Soil-Geo_StudyFacatativa.pdf

ANTONIO A. CHARRY VASQUEZ Y CIA LTDA

INGENIEROS CIVILES

ESTUDIOS DE SUELOS – SONDEOS – ANALISIS LABORATORIO

INTERVENTORIAS CIMENTACIONES Y PAVIMENTOS

Carrera 13 No. 42 – 36 Of. 204 Teléfono: 245 15 08 Telefax: 323 08 64 – Bogotá D.C

EMBAJADA DE LOS ESTADOS UNIDOS DE AMERICA

SECCION DE ASUNTOS ANTINARCOTICOS - NAS

ESTUDIO DE SUELOS

ZONA PARA TORRE DE SOGA RAPIDA

BASE DE ANTICARCOTICOS – ESCUELA DE CARABINEROS

FACATATIVA (CUNDINAMARCA)

INGENIEROS CIVILES – MAYO / 2.011

Carrera 13 No. 42 – 36 Of. 204 Teléfono: 2456 15 08 Telefax: 323 08 64 – Bogotá D.C

INFORME

I- OBJETO Y CONTENIDO DEL ESTUDIO DE SUELOS

El presente Estudio de Suelos se realizó con el objeto de evaluar los resultados obtenidos de las exploraciones practicadas sobre el subsuelo de la zona escogida para la construcción de La Torre de Soga Rápida en la Base Antinarcóticos, predios de la Escuela de Carabineros - Facatativa (Cund.).

Este Informe contiene los perfiles estratigráficos de los sondeos realizados, ensayos de laboratorio practicados, plano de localización de perforaciones, nivel freático, recomendaciones pertinentes a la cota de fundación, capacidad portante del suelo de cimentación, tipo de cimiento aplicable, asentamientos probables y demás datos requeridos para el diseño o construcción de cimientos, con destino a una Torre de

18.0 mts de altura y sección aproximada de 5.00 x 6.00 mts.

II- LOCALIZACION Y DESCRIPCION DEL PROYECTO ARQUITECTONICO

1- La zona explorada se encuentra ubicada en el Sector Sur de los Predios de la

Escuela de Carabineros, a unos 250 mts del Edificio de la Base de Antinarcóticos.

(Ver Plano Localización Sondeos).

2- El área a construir corresponde a una pequeña altiplanicie con algunos arbustos.

3- El sector investigado fue verificado y demarcado por los Oficiales de la Base de

Antinarcóticos y el Ingeniero Civil representante de la Sección de Asuntos

Antinarcóticos – NAS.

4- El proyecto corresponde a una Torre de 18.00 mts de altura y sección 5.00 x 6.00 mts aproximadamente, la cual contara con todos los accesorios y elementos propios de este Tipo de Estructura.

III- EXPLORACION DEL SUB-SUELO Y PROFUNDIDAD DE INFLUENCIA DE LAS

CARGAS TRANSMITIDAS POR LA CIMENTACION

1- Teniendo como base la información suministrada, adelantamos la investigación del suelo mediante la perforación de 4 sondeos, los cuales alcanzaron cotas variables entre 6.00 y 7.00 mts de profundidad. Tomamos muestras del perfil y tubos Shelby donde lo permitió la conformación del sub-suelo y practicamos la

Prueba de Penetración Standard sobre el estrato tipo rocoso.

2- Profundidad necesaria explorar, según la capacidad portante del suelo y la influencia de las cargas sobre los estratos de suelos profundos:

a- Una columna con carga P = 1.000 KN (100 tons), capacidad portante del suelo qad = 165.0 KN/m2 (16.50 Ton/m2), requiere una zapata de ancho = 2.46 mts.

Según la Norma NSR-2010 Capitulo H.3 Tabla H.3.1.1. Clasificación de las

Unidades de Construcción por Categorías, la Edificación corresponde a

Categoría Media y según la Tabla H.3.2.1 el número mínimo de sondeos serían 4, en el lote se efectuaron 4 Sondeos. Para el presente caso aplicamos el Apéndice H.3.2.4 “Características y distribución de los Sondeos”, literales

(a), (c), (e) y el Apéndice H.3.2.5 “Profundidades de los Sondeos” literales

(c), (i).

3- En cuanto a la proyección de cargas sobre los suelos profundos, las cotas alcanzadas fueron suficientes porque una zapata de ancho b = 2.46 mts transmite debajo de la misma los siguientes esfuerzo. (bulbo de presiones).

a- 2.00 mts de profundidad 0.48 qad = 79.2 KN/m2 b- 4.00 mts de profundidad 0.15 qad = 24.7 KN/m2

La transmisión de cargas a partir de los 4.00 mts bajo la zapata, es muy baja y está por debajo de la Compresión Simple (qu) del suelo, el cual aumenta su resistencia con la profundidad.

IV- ENSAYOS DE LABORATORIO

De acuerdo con la conformación del sub-suelo, así como las cargas a transmitir al terreno, el programa de laboratorio contempló la realización de los siguientes ensayos de laboratorio:

1- Sobre muestras seleccionadas se efectuaron granulometrías y Límites de

Atterberg, cuyos resultados aportaron los elementos básicos para el análisis de asentamientos y simplificaron la clasificación de los suelos mediante los sistemas de la A.A.S.H.T.O. y U.S.C.

2- Con las muestras inalteradas de tubos Shelby, se llevaron a cabo compresiones inconfinadas, contenidos de humedad y pesos unitarios, que facilitaron calcular la capacidad portante del suelo de fundación.

3- Ensayo de Corte Directo, indicador del ángulo de fricción interna del suelo.

Las perforaciones ejecutadas, profundidades alcanzadas y ensayos de laboratorio practicados, fueron suficientes en la obtención de toda la información Geotécnica de los suelos afectados por la futura cimentación.

V- ESTRATIGRAFIA O CONFORMACION DEL SUELO

De conformidad con los resultados de las clasificaciones e identificación visual verificada sobre el sitio, el perfil estratigráfico del lote podemos resumirlo así:

1- Pasto raíces; Limo orgánico negro con raíces; Limo orgánico carmelito con raíces; Limo orgánico arcilloso carmelito oscuro vetas amarillas:

Capa vegetal de espesor promedio 0.05 mts, seguida de los limos orgánicos, altamente compresibles cuando se desecan, los cuales avanzan hasta 2.70 ó 3.10 mts de profundidad, sobre estos suelos no aconsejamos apoyar cimientos.

2- Arcilla amarilla vetas habanas; Gravas y piedras con arcilla arenosa amarilla:

A partir de las cotas anteriores y hasta la profundidad máxima explorada (7.00mts) prevalece la arcilla amarilla de consistencia media a dura, la cual contiene algunas piedras de diversos tamaños. Estrato recomendado como suelo de fundación.

3- Nivel freático y Cota 0.00 de los Sondeos a- Durante el proceso de exploración no detectamos agua.

b- El 0.00 de las perforaciones corresponde a la altura del terreno donde localizamos cada una de ellas. El área explorada según nuestra apreciación visual la consideramos plana.

VI- GEOLOGIA

1- Entre las altiplanicies intercaladas en varias partes de los Andes tropicales, a la mitad más o menos de la altura entre el nivel del mar y la región de la nieve perpetua, un poco por debajo del límite superior de la zona poblada de árboles, la llamada sabana de Bogotá es la mayor extensión y la más conocida. Ubicada en el centro de la cordillera de Bogotá, esta casi equidistante del Piedemonte oriental y del occidental de la cordillera.

2- Subiendo apenas un poco por las colinas cercanas a Bogotá, alcanzamos una orientación bastante satisfactoria de lo que es la sabana en su extensión tanto hacia el oeste como el norte. En dirección noroeste observamos más pequeñas sierras formadas a la manera de terrazas y dispuestas como especies de islas o penínsulas, en cuyo fondo se levanta luego la montaña circundante de la sabana con sus cimas peculiarmente dentadas. Las elevaciones al oeste y al suroeste son menores y carecen de características imponentes, exceptuando tal vez los dos cerros aislados que en forma de féretros resaltan de ellas cerca de Facatativa.

3- Tanto lo plano como la contextura del suelo, con sus numerosos lagos pequeños, algunos de ellos constantes y otros dependientes de las épocas de lluvia, casi no dejan lugar a duda sobre la preexistencia de un lago gigantesco en el sitio de la actual sabana, lago rellenado a través de los tiempos por los sedimentos de los ríos y desaguado a la vez por una brecha que se abrió camino a través de la montaña circundante en su extremo sur, con el efecto de bajarse el nivel.

4- Geología Altiplanicie Oriental – Sabana de Bogotá a- Comprende las sabanas de Bogotá, Ubate, Chiquinquirá, Tunja y Duitama.

Son formaciones cretáceas y terciarias de origen transicional y continental, conformadas por rocas cementadas y poco cementadas (areniscas, limonitas, calizas) con porosidad primaria y secundaria por fracturamiento, que originan acuíferos con agua de buena calidad química.

b- Hacia los bordes de núcleo de la Cordillera Oriental se presentan formaciones calcáreas, calizas y areniscas donde la porosidad es secundaria, desarrollándose acuíferos locales con permeabilidad moderada a baja, de regular calidad química, generalmente dura.

VII- COMPORTAMIENTO SUELOS BAJO LAS CARGAS SISMICAS

Según las Normas de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-2010 tenemos:

a- Facatativa (Cundinamarca), está localizada dentro de una de las zonas de

Amenaza Sísmica Intermedia, donde el Coeficiente de Aceleración correspondiente a la velocidad pico esperada es Aa = 0.15 Av = 0.20.

b- De acuerdo con el subsuelo encontrado, el perfil del suelo pertenece al Tipo D.

VIII- PROFUNDIDAD DE CIMENTACION Y CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO DE

FUNDACION PARA ZAPATAS Y CIMIENTOS CORRIDOS

1- Las cargas de las zapatas o cimientos corridos, deben transmitirse directamente sobre el estrato natural de Arcilla amarilla vetas habanas, localizado después del limo arcilloso carmelito oscuro vetas amarillas, por tal razón es necesario avanzar las excavaciones de zapatas a 3.00 mts de profundidad promedio, medidos desde los niveles actuales del área explorada.

2- Para no profundizar tanto la cimentación, sobre el fondo de las excavaciones para zapatas, es factible colocar Concreto Ciclópeo de 17.5 Mpa (60% Concreto y 40% piedra ó rajón pequeño), con una altura promedio de 2.00 mts. Sobre estas pilastras construirán las zapatas que quedarán todas a 1.00 mts de profundidad con relación a la superficie de la posible placa de contrapiso, la cual estará situada al mismo nivel del terreno actual.

3- Capacidad Portante del suelo de fundación:

Teniendo en cuenta la disminución de la acción de las cargas bajo de las zapatas, (bulbo de presiones) y el resultados de los ensayos de Compresión Inconfinada, para el cálculo de la capacidad portante = qad tenemos:

qu = 145 KN/m2 (14.50 ton/m2 ) df = 1.00 mts rd = 14.0 KN/m3 (1.40 ton/m3 ) qc = 1.3 C.Nc + rd.Df. Nq (Terzaghi) qc = 1.3 x 72.50 x 5.14 + 14.0 x 1.00 x 1.00 qc = 484.44 + 14.0 = 498.44 KN/m2 qad = 498.44 / 3.00 = 166.14 = 165.0 KN/m2 (16.50ton/m2 ) Zapatas qc = 72.50 x 5.14 + 14.0 = 374.05 KN/m2 qad = 374.05/ 3.00 = 124.68 = 125.0 KN/m2 (12.50ton/m2 ) Cimientos corridos

4- Módulo de reacción o Coeficiente de Balasto del Suelo

Del Libro “Diseño Estructural de Cimentaciones“ de Roberto Meli Piralla, Tabla 7.2 se obtiene para qu = 1.45 Kg / cm2 K1 = 2.65 Kg/cm3.

Como el suelo estará sometido a cargas permanentes tenemos:

Módulo de Reacción K1 = 2.65 x 0.25 = 0.663 = 0.650 Kg/cm3

5- Asentamientos teóricos probables (Zapatas)

Principios de Ingeniería de Cimentaciones – Braja M. Das Pág 46

P = 1.000 KN/ m2 (100 ton/m2 ) Pn = 165 KN/m2 H.Compresible = 5.00 mts

Po = 14.0 x 3.00 + 18.0 x 2.50 = 87.0 KN/ m2

Ap = 0.30 x 165.0 = 49.50 KN/ m2 Co = 2.50 x 40 / 100 = 1.00

Cs = 0.0463 x 120 x 2.50 / 100 = 0.13 mts Princip. Ing. Braja M. Das Pág. 43

0.13 x 5.00 87.0 + 49.5

S = ------------------ Log ------------------- = 0.06 mts 1 + 1.00 87.0

Los asentamientos totales teóricos oscilan entre 3.0 y 6.0 centímetros, los diferenciales serán absorbidos por la Rigidez de la cimentación.

IX- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: ZAPATAS Y CIMIENTOS CORRIDOS

1- El subsuelo de consistencia media a dura, en general está conformado superficialmente por limos orgánicos de espesor 3.00 mts, seguidos de estratos arcillosos con incrustaciones o bolsas de piedras, predominantes hasta los 7.00 mts de profundidad explorada. Las arcillas tienen posibilidades de sufrir cambios volumétricos moderados, cuando les varían considerablemente sus condiciones de humedad. El Nivel freático no lo detectamos durante las perforaciones.

2- Las edificaciones existentes en la Escuela, no muestran fisuras o grietas, que puedan ser consecuencias de una posible expansión del suelo, sin embargo es necesario tomar medidas preventivas para eliminar el fenómeno de la expansión, evitando la infiltración de aguas sobre ó cerca de la cimentación de la Edificación.

Deben abstenerse de sembrar árboles frondosos a menos de 6.00 metros de los bordes de andenes perimetrales.

3- Por la profundidad del suelo de fundación recomendamos como cimentación diseñar zapatas a 1.00 mts de profundidad, construidos sobre relleno ó pilastras de Concreto Ciclópeo.

4- En el área a construir, y en todas direcciones, realizarán una excavación de espesor mínimo de 0.15 mts con el fin de eliminar la capa vegetal.

5- Seguidamente colocarán un relleno de Recebo Tipo Sub-base preparada B-200

(Tamaño gruesos máximo 2” e Índice de plasticidad máximo 10.0%), capa que se extenderá sobre el área a construir. Esta base tendrá una altura mínima de

0.20 mts. Compactación con vibro-compactador por capas de espesor máximo

0.10 mts, hasta obtener el 95% del proctor modificado.

6- El espesor del Material seleccionado puede aumentar de acuerdo con las cotas del Proyecto.

7- La capacidad portante o esfuerzo de trabajo máximo del suelo de fundación, utilizando cargas reales sin mayorar, no excederá de:

qad = 165.0 KN/m2 (16.50 ton/m2 ) Zapatas qad = 125.0 KN/m2 (12.50 ton/m2 ) Cimientos Corridos

Módulo de Reacción o Coeficiente Balasto Suelo K1 = 0.650 Kg / cm3

8- Después de extendido el Recebo Tipo Sub-base B-200, sugerimos adelantar las excavaciones para zapatas a 3.00 mts de profundidad, con relación a la posible superficie una placa de contrapiso ó nivel del terreno actual, cota a la cual encontrarán el suelo de fundación el estrato natural de Arcilla amarilla vetas habanas.

9- Para no profundizar tanto la cimentación, sobre el fondo de las excavaciones para zapatas, es factible colocar Concreto Ciclópeo de 17.5 Mpa (60% Concreto y 40% piedra ó rajón pequeño), con una altura promedio de 2.00 mts.

Sobre estas pilastras construirán las zapatas que quedarán todas a

1.00 mts de profundidad con relación a la superficie de la posible placa de contrapiso, la cual estará situada al mismo nivel del terreno actual.

10- Las zapatas irán unidas con “Vigas de Rigidez “, diseñadas según criterio del

Ing. Estructural, las cuales deben ser capaces de hacer transferencias del 10.0% de la carga más pesada entre columnas contiguas al presentarse deformaciones verticales de 1/200 de la luz entre estos soportes.

11- Dado el caso de pequeños muros no Cargueros, es viable utilizar cimientos de concreto ciclópeo de 17.5 MPa. (60% concreto y 40% Piedra ó rajón), apoyados a 0.80 mts de profundidad. Sobrecimiento viga en concreto de 21.0 MPa, adicionado de impermeabilizante integral, sección propuesta 0.20 x 0.20 mts y reforzada utilizando 4 varillas diámetro 5/8”.

12- Dado el caso de utilizar zapatas corridas, sugerimos diseñar “Vigas T invertidas“ o cimientos semejantes amarrados entre si. Cumplir con Numeral IX

Conclusiones y Recomendaciones Zapatas Puntos No. 1 al No. 11.

13- La posible placa de contrapiso en concreto de 21.0 MPa. adicionado de impermeabilizante integral de espesor aconsejado 0.10 mts, reforzada en ambas direcciones empleando varilla 3/8 c. 0.20 mts o malla electrosoldada equivalente.

Base con Material granular seleccionado Recebo tipo Sub-base B-200 (Numeral

IX Conclusiones y Recomendaciones Punto No 5).

14- La altura vertical admisible para cortes del terreno según el suelo encontrado, la determinamos de la siguiente manera:

Hc = Altura critica Hv =Altura vertical admisible rd = peso unitario suelo w = Posible sobre carga

C = Cohesión Fs = Factor seguridad = 3.0

2C - W 2 X 7.25 – 2.00 Hc = --------------------- = ----------------------- = 8.92 mts rd 1.40

Hv = 8.92 / 3.0 = 2.97 mts

15- Las excavaciones temporales para cimientos en el terreno natural, es factible realizarlas verticalmente hasta 3.00 mts de profundidad, pero de todas formas para excavaciones mayores a 2.00 mts de profundidad, ó en época de invierno, es aconsejable colocar tableros laterales acodalados convenientemente.

X- OTRO TIPO DE CIMENTACION

Es posible la utilización de cimientos corridos o placa de cimentación, pero por la profundidad del estrato de fundación (3.00 mts de profundidad) magnitud de los rellenos de material seleccionado, superiores a 2.50 mts de altura, y su difícil compactación así como los probables asentamientos, nos conducen a desestimarlos como cimientos. La cimentación propuesta (zapatas), es la más acorde con las necesidades y cumple las condiciones de estabilidad y economía.

XI- MUROS DE CONTENCION EN CASO DE REQUERIRSE:

1- De acuerdo con lo observado en el terreno no hay necesidad de muros de contención, pero de todas formas, seguidamente detallamos los parámetros básicos para su diseño.

a- Suelo de cimentación; Previa coordinación con el Ingeniero de Suelos se definirá en el sitio.

b- Profundidad de cimentación: Mínimo 1.00 mts contados desde el nivel superior del terreno más bajo o desfavorable.

c- Capacidad Portante del suelo: qad = 125.0 KN/m2 = 12.5 ton/m2 d- Peso unitario suelo: rd = 1.80 tons/m3 = 18.0 KN/m3 e- Coeficiente activo empuje de tierras : Ka = 0.50 f- Coeficiente fricción entresuelo y cimiento = 0.35 g- Ángulo de Fricción interna suelo = 15.0 grados h- Para los muros de concreto en zonas libres aconsejamos dejarles pases de diámetro 2” a efecto de evacuar posibles aguas.

i- Cambios de nivel con tierra

Para los cambios de nivel en tierra aconsejamos conformar taludes 1.0 H : 1.0 V y empradizarlos convenientemente.

j- Riesgos y Vulnerabilidad

La población de Facatativa (Cundinamarca) no ha estado amenazado por fenómenos naturales de remoción en masa, tempestades, vientos huracanados, erosión y volcanismo o por una alta actividad sísmica.

Facatativa, no ha sido afectada por deslizamientos, que es el proceso más rápido de los movimientos en remoción en masa. Las probables inundaciones en el área tienen origen fluvial y para evitar que el Proyecto a construir sea afectado en forma directa, se ha previsto levantar las Edificaciones con relación el nivel actual del terreno.

2- Si durante la construcción de cimientos se presentan dudas o características del terreno no previstas en este Estudio, serán consultadas oportunamente.

3- En la obra permanecerá una copia del presente Informe con el fin de hacer cumplir las recomendaciones y especificaciones consignadas en el mismo.

Atentamente

ANTONIO A CHARRY VASQUEZ

Ing Civil Mat. Nº 7354 Cund Bogotá, Mayo de 2.011

CONTENIDO

Página

I- OBJETO Y CONTENIDO DEL ESTUDIO DE SUELOS 1

II- LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCION DEL PROYECTO ARQUITECTONICO 1

III- EXPLORACION DEL SUELO Y PROF. INFLUENCIA CIMENT 2

IV- ENSAYOS DE LABORATORIO 3

V- ESTRATIGRAFIA O CONFORMACIÓN SUELO 4

V-3 NIVEL FREATICO Y COTA 0.00 DE LOS SONDEOS 4

V-4 PLANO LOCALIZACION SODEOS 4A

VI- GEOLOGIA 5

VII- COMPORTAMIENTO SUELOS BAJO CARGAS SISMICAS 6

VII-1 PERFILES ESTRATIGRAFICOS 6A

VIII- PROFUNDIDAD DE CIMENTACION Y CAPACIDAD PORTANTE SUELO 7

IX- CONCLUSIONES Y RECOMEND. ZAPATAS CIMIENT. CORRIDOS 9

X- OTRO TIPO DE CIMENTACION 13

XI- MUROS DE CONTENCION 13

XII- ENSAYOS DE LABORATORIO

XIII- REGISTRO FOTOGRAFICO

XIV- MEMORIAL DE RESPONSABILIDAD Y COPIA MATRICULA PROFESIONAL