Soil-Geo_StudyTulua.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 – ESC. SIMON BOLIVAR

TULUA (VALLE)

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- FINALIDAD Y CONTENIDO DEL ESTUDIO DE SUELOS

El presente Estudio de Suelos se realizó con el fin de conocer y analizar las condiciones ó características predominantes sobre el subsuelo de la zona escogida para la construcción de La Torre de Soga Rápida, en la Base de Antinarcóticos, de

Tulua (Valle).

Este Informe incluye 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- UBICACION Y DESCRIPCION DEL PROYECTO ARQUITECTONICO

1- La Base de Antinarcóticos está localizada en el Sector Sur de los Predios de la

Escuela de Policía Simón Bolívar de Tulua (V) y el área explorada se encuentra arriba de la Cancha de Futbol a un lado de los Caniles. (Ver Plano Localización

Sondeos).

2- El sector a utilizar corresponde a una pequeña Terraza ya explanada, con algunos árboles y palmas.

3- La zona investigada fue verificada y demarcada por Oficiales de la Base de

Antinarcóticos, según plano enviado por 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 5.30 y 6.00 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.

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 = 230.0 KN/m2 (23.0 Ton/m2), requiere una zapata de ancho = 2.08 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 = 2.08 mts transmite debajo de la misma los siguientes esfuerzo. (bulbo de presiones).

a- 2.00 mts de profundidad 0.32 qad = 73.6 KN/m2 b- 4.00 mts de profundidad 0.12 qad = 27.6 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 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 junto con la Prueba de Penetración Standar facilitaron calcular la capacidad portante del suelo de fundación.

3- Ensayo de Expansión Libre Aparato de Lambe que determina los empujes ó expansiones del sub-suelo arcilloso.

4- Un Ensayo de Corte Directo, indicador del ángulo de fricción interna del sub-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- PERFIL ESTRATIGRAFICO 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; Relleno de arcilla carmelita con piedras y sobrantes de construcción; Arcilla arenosa carmelita oscura:

Capa vegetal de espesor promedio 0.05 mts, seguida en la franja de terreno paralelo a la Cancha de futbol por un relleno de deficiente conformación, el cual avanza hasta 0.50 ó 0.75 mts de profundidad, donde aparece la citada arcilla de consistencia dura, empujes de 1.56 Kg/cm2 y expansión “MARGINALl”, predominante hasta 1.10 ó 1.20 mts de profundidad.

2- Arcilla arenosa carmelita clara con piedras; Arcilla amarilla vetas grises con piedras; Gravas y piedras con arcilla arenosa amarilla; Arcilla arenosa amarilla con gris claro y piedras:

A partir de las cotas anteriores y hasta la profundidad máxima explorada (6.00mts) prevalece la arcilla amarilla de consistencia dura empujes de 2.04 Kg/cm2 y expansión “CRITICA”, la cual contiene piedras de diversos tamaños. Desde los

2.00 ó 3.00 mts de profundidad el porcentaje de gravas y piedras se incrementa.

3- Nivel freático y Cota 0.00 de los Sondeos aumentar 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 y corresponde una parte a corte y otra un pequeño relleno efectuado con el material de corte.

VI- GEOLOGIA

1- El Departamento del Valle del Cauca hace parte del denominado Sur-occidente

Colombiano, donde los rasgos fisiográficos principales son la Cordilleras Central y

Occidental del Sistema Andino, separadas por la depresión interandina de los ríos

Cauca y Patía, y la Llanura Costera del Pacifico que se extiende al occidente de la

Cordillera Occidental.

2- En el Departamento del Valle del Cauca se encuentran rocas o formaciones geológicas con edades comprendidas entre el Paleozoico y el Cuaternario, las cuales en este sector del departamento, se encuentran distribuidas de la siguiente manera: Hacia la parte alta y media del flanco oriental de la Cordillera Occidental, rocas ígneas volcánicas cretácicas; en la parte baja de este mismo flanco, rocas sedimentarias terciarias; en el sector del Piedemonte, abanicos aluviales cuaternarios; en la zona plana, depósitos aluviales del río Cauca.

3- En general, los depósitos están conformados por materiales heterogéneos que varían entre arcillas, limos, arenas y gravas, predominando la mezcla entre ellas.

Sobre el terreno es muy difícil diferenciar los límites entre estos materiales, por ser la zona plana y no observarse afloramientos, ni evidencias de cambios geomorfológicos que permitan hacer esta distinción.

4- El Departamento del Valle del Cauca hace parte del Sur-occidente Colombiano, caracterizado por un sistema complejo de fallas regionales, como los sistemas de fallas de Cauca - Almager en la Cordillera Central, Cali – Patía y Dagua – Calima en la Cordillera Occidental; son de carácter regional y algunos se extienden desde el

Sur de Ecuador hasta el Norte de Colombia.

VII- COMPORTAMIENTO SUELOS BAJO LAS CARGAS SISMICAS

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

a- Tulua (Valle), está localizada dentro de una de las zonas de Amenaza Sísmica

Alta, donde el Coeficiente de Aceleración correspondiente a la velocidad pico esperada es Aa = 0.25 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 cualquiera de los estratos naturales de Arcilla amarilla vetas grises con piedras ó Arcilla arenosa carmelita clara con piedras, localizados después de la arcilla carmelita oscura ó superficialmente, por tal razón es necesario avanzar las excavaciones de zapatas a 1.30 mts de profundidad promedio, medidos desde los niveles actuales del área explorada.

2- Si a la cota de cimentación (1.30 mts de profundidad) en alguna de las excavaciones para zapatas no encuentran el suelo de cimentación recomendado, sobre el fondo de las excavaciones para zapatas, es factible colocar Concreto

Ciclópeo de 17.5 Mpa (60% Concreto y 40% piedra pequeña).

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) los resultados de las Compresiones Inconfinadas y Ensayos de Penetración Standard, para el cálculo de la capacidad portante = qad tenemos:

qu = 200.0 KN/m2 (20.00 ton/m2) df = 1.30 mts rd = 18.0 KN/m3 (1.80 ton/m3) qc = 1.3 C.Nc + rd.Df. Nq (Terzaghi) qc = 1.3 x 100.0 x 5.14 + 18.0 x 1.30 x 1.00 qc = 668.2 + 23.4 = 691.6 KN/m2 qad = 691.6 / 3.00 = 230.53 = 230.0KN/m2 (23.00ton/m2 ) Zapatas qc = 100.0 x 5.14 + 23.4 = 537.4 KN/m2 qad = 537.4/ 3.00 = 179.13 = 180.0 KN/m2 (18.00ton/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 = 2.00 Kg /cm2 K1 = 3.95 Kg/cm3.

Como el suelo estará sometido a cargas permanentes tenemos:

Módulo de Reacción K1 = 3.95 x 0.25 = 0.987 = 0.950 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 = 230.0 KN/m2 H.Compresible = 4.00 mts

Po = 18.0 x 3.30 = 59.4 KN/ m2

Ap = 0.30 x 230.0 = 69.0 KN/ m2 Co = 2.50 x 15.0 / 100 = 0.375

Cs = 0.0463 x 63.0 x 2.50 /100 = 0.07 mts Princip. Ing. Braja M. Das Pág. 43 y 251

0.07 x 4.00 59.4 + 69.0

S = ------------------ Log ------------------- = 0.06 mts 1 + 0.375 59.4

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 dura, en general está conformado por arcillas arenosas y arcillas conteniendo gravas y piedras a partir de 2.00 ó 3.00 mts se incrementan las gravas y piedras. Las arcillas tienen posibilidades de sufrir cambios volumétricos, cuando les varían considerablemente sus condiciones de humedad. El nivel freático no lo detectamos durante las perforaciones.

2- Las edificaciones existentes en la Base de Antinarcóticos y vecinas, 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 cerca de la cimentación de la Edificación.

3- Es muy conveniente situar las columnas de la Torre mínimo a 4.00 mts de distancia del Arbol frondoso y las palmas existentes.

4- Como cerca a los Caniles existe un talud en Tierra, el cual limita el área a construir, es necesario adecuarlo perfilándolo 1.0H por 1.0V y empradizarlo. En la parte alta de este Talud construirán una Canal ó Cuneta de concreto para recoger y conducir las aguas que vienen de la parte alta del terreno.

5- Por la profundidad del suelo de fundación, recomendamos como cimentación diseñar zapatas a 1.30 mts de profundidad.

6- En el área a construir, y en todas direcciones, realizarán una excavación de espesor mínimo de 0.10 mts con el fin de eliminar la capa vegetal.

7- Seguidamente colocarán un relleno de Rocamuerta 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 0.15 mts. Compactación con vibro-compactador en una capa de espesor máximo 0.15 mts, hasta obtener el 95% del proctor modificado.

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

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

qad = 230.0 KN/m2 (23.00 ton/m2 ) Zapatas qad = 180.0 KN/m2 (18.00 ton/m2 ) Cimientos Corridos

Módulo de Reacción o Coeficiente Balasto Suelo K1 = 0.950 Kg / cm3

10- Después de extendida la Rocamuerta Tipo Sub-base B-200, sugerimos adelantar las excavaciones para zapatas a 1.30 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 cualquiera de los estratos de Arcilla amarilla vetas grises con piedras; Arcilla arenosa carmelita clara con piedras.

11- Si a la cota de cimentación (1.30 mts de profundidad) en alguna de las excavaciones para zapatas no encuentran el suelo de cimentación recomendado, sobre el fondo de las excavaciones para zapatas, es factible colocar Concreto

Ciclópeo de 17.5 Mpa (60% Concreto y 40% piedra pequeña).

12- 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.

13- 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”.

14- 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. 13.

15- 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 Rocamuerta tipo Sub-base B-200

(Numeral IX Conclusiones y Recomendaciones Punto No 7).

16- 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 10.0 – 2.00 Hc = --------------------- = ----------------------- = 10.0 mts rd 1.80

Hv = 10.0 / 3.0 = 3.33 mts

17- 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.

18- Vía de acceso a la futura Torre de Soga Rápida.

Para este posible acceso a la Torre se aconseja:

a- Nivelación de precisión del eje de la vía para definir la pendiente de la Sub-rasante.

b- Realizar los cortes y rellenos del caso.

c- El firme de pavimento que se propone, es el siguiente:

- Excavación general de aprox 0.35 mts ó más según las cotas del diseño correspondiente.

- Carpeta Asfáltica MDC-2 7.00 cms

- Asfalto Líquido o emulsión asfáltica para liga Tipo CRL-0 o

CRL-1, entre la base de y la Carpeta asfáltica 0.0 cms

- Sub - base Rocamuerta Tipo Sub- Base preparada B - 200

(tamaño gruesos 2” e Índice plasticidad 10%). Compactación

95% el proctor modificado por capas espesor máx 0.15 mt. 35.0 cms

Total espesor firme de pavimento Asfáltico 42.0 cms

X- OTRO TIPO DE CIMENTACION

Es posible la utilización de cimientos corridos o placa de cimentación, pero por la profundidad (1.30 mts) y buena capacidad portante del estrato de fundación, nos conducen a recomendar zapatas. 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, en caso de requerirse.

a- Suelo de cimentación; Arcilla amarilla vetas grises, piedras ó Arcilla arenosa carmelita clara con piedras.

b- Profundidad de cimentación: Mínimo 1.30 mts contados desde el nivel superior del terreno más bajo o desfavorable.

c- Capacidad Portante del suelo: qad = 230.0 KN/m2 = 23.0 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 = 21.3 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 Tulua (Valle) no ha estado amenazado por fenómenos naturales de remoción en masa, tempestades, vientos huracanados, erosión y volcanismo o por una alta actividad sísmica.

Tulua, 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- FINALIDAD Y CONTENIDO DEL ESTUDIO DE SUELOS 1

II- UBICACION Y DESCRIPCION DEL PROYECTO ARQUITECTONICO 1

III- EXPLORACION DEL SUELO Y PROF. INFLUENCIA CIMENT 2

IV- ENSAYOS DE LABORATORIO 3

V- PERFIL ESTRATIGRAFICO O CONFORMACIÓN SUELO 4

V-3 NIVEL FREATICO Y COTA 0.00 DE LOS SONDEOS 5

V-4 PLANO LOCALIZACION SODEOS 5A

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 14

XI- MUROS DE CONTENCION 14

XII- ENSAYOS DE LABORATORIO

XIII- REGISTRO FOTOGRAFICO

XIV- MEMORIAL DE RESPONSABILIDAD Y COPIA MATRICULA PROFESIONAL