J-2-4_Soil_Study_Candelilla.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 Y LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO

LOTE PARA TORRE METALICA DE 55.0 MTS ALTO

EN PREDIOS BASE DE LA ARMADA NACIONAL

CANDELILLA DE LA MAR – TUMACO (NARIÑO)

INGENIEROS CIVILES – MARZO/ 2.014

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 predominantes sobre el subsuelo del lote escogido para la instalación de una Torre Metálica de 55.0 metros de alto, predios de la Base de la Armada Nacional en Candelilla de la Mar - Tumaco.

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, tipos de cimientos aplicables, asentamientos probables y demás datos requeridos para el diseño o construcción de cimientos, con destino a una Torre

Metálica de 55.0 mts de alto.

II- LOCALIZACION DEL SITIO Y CARACTERISTICAS DE LA TORRE

1- El Lote semiplano para la instalación de la Torre, está ubicado sobre el predio de la Base de la Armada Nacional en Candelilla de la Mar – Tumaco (Nariño). (Ver

Bosquejo Localización Sondeos).

2- El predio de la Armada se encuentra próximo a la Frontera con el Ecuador, cercano a una Torre metálica de Claro y una Cancha de Futbol que conecta con el

Océano Pacifico.

3- El sector explorado fue indicado por los Oficiales de la Base de la Armada en

Tumaco, mediante fotografías Aéreas Se observan arboles de Mango, Palmeras, edificación en demolición, placa de piso y rastrojo.

4- El acceso hasta el sitio donde instalaran la Torre, se realiza por vía marítima a 2 o

3 horas de Tumaco y también desde Tumaco vía terrestre hasta un sitio denominado Invili para pasar el Rio Mira en lancha, luego vía terrestre hasta

Puerto Palma, donde se toma lancha hasta Candelilla de la Mar.

5- El Proyecto corresponde a una Torre Metálica de 55.00 mts de alto, apoyada sobre 4 patas ó soportes, los cuales están separados aproximadamente entre patas 8.00 mts, trasmitiendo al terreno un peso total aproximado de 18.0 toneladas, según información de la Sección NAS.

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

CARGAS TRANSMITIDAS POR LA CIMENTACION

1- De conformidad con la información suministrada, adelantamos la investigación del suelo mediante la perforación de 4 sondeos, los cuales alcanzaron cotas variables entre 6.00 y 6.30 mts de profundidad. Tomamos muestras del perfil y tubos

Shelby donde lo permitió la conformación del suelo y practicamos la Prueba de

Penetración Standard a diferentes profundidades.

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

Una columna con carga P = 300.0 KN (30.0 tons), capacidad portante del suelo qad = 80.0 KN/m2 (8.00 Ton/m2), requiere una zapata de ancho = 1.93 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 baja y según la Tabla H.3.2.1 el número mínimo de sondeos serían 3, a 6.00 mts de profundidad c/u. En el lote se realizaron 4 perforaciones entre 6.00 y 7.00 mts de profundidad por lo cual se cumple con la Norma.

IV- ENSAYOS DE LABORATORIO

Teniendo como base 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 Standard facilitaron calcular la capacidad portante del suelo de fundación.

3- Ensayo de Corte Directo, para determinar el ángulo de fricción interna del suelo.

4- Ensayo de Expansión Libre (Aparato de Lambe) indicador de las condiciones expansivas de los estratos areno-arcillosos.

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 acuerdo con los resultados de las clasificaciones e identificación visual verificada, el perfil estratigráfico del lote podemos resumirlo como sigue:

1- Pasto, raíces, Rastrojo; Relleno de arena arcillosa carmelita con sobrantes de construcción:

Capa vegetal de espesor promedio 0.05 mts y pequeño relleno observado en el

Sondeo No 4.

2- Arena arcillosa carmelita; Arena limosa gris:

A partir de las cotas anteriores y hasta0.80 o 1.20 mts de profundidad se encuentra la arena arcillosa carmelita y posteriormente la arena limosa gris hasta la profundidad máxima explorada (6.30mts), suelos de densidad media a suelta.

3- Nivel freático y Cota 0.00 de los Sondeos a- Durante el proceso de exploración detectamos agua de la siguiente forma:

Sondeo No 1 broto a 0.50 mts y estabilizó a 0.40 mts de profundidad.

Sondeo No 2 broto a 0.70 mts y estabilizó a 0.50 mts de profundidad.

Sondeo No 3 broto a 0.40 mts y estabilizó a 0.35 mts de profundidad.

Sondeo No 4 broto a 0.90 mts y estabilizó a 0.40 mts de profundidad.

En conclusión es factible encontrar agua a partir de 0.35 mts de profundidad, con relación a los niveles actuales del lote explorado.

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 semiplana.

VI- GEOLOGIA

La Costa Pacífica Colombiana se deriva de la cuenca oriental de Panamá, presentando una topografía muy accidentada, al estar localizada en una zona de colisión de placas de la litosfera, cuyos choques producen desplazamientos, que a su vez ocasionan fricciones, elevaciones geológicas y subducciones, para finalmente, formar un sistema muy activo de bandas sedimentarias costeras.

El Municipio de Tumaco al estar localizado al occidente de la Cordillera occidental, se encuentra sobre la gran fractura del Choco denominada también sistema de fallas del Río Atrato, y más exactamente en la sub-unidad geomorfológica Fosa

Pacifica, la cual se compone por sedimentos abísales del cretáceo, turbiditas pre– miocenas y sedimentos del mioceno, depósitos cuaternarios: aluviales, flujos de lodo, o flujos piroclásticos.

El litoral pacífico sur Colombiano hace parte del terreno suprayacente Atrato –

San Juan - Tumaco, y es el resultado de la colmatación, desde el Eoceno superior hasta el plioceno de la cuenca formada durante la colisión de las placas oceánica y continental. La litología del terreno está constituida principalmente por Shales, areniscas, conglomerados, y calizas en menor proporción.

En la zona afloran una secuencia de arcillolitas y limolitas con bancos de areniscas y conglomerados que consolidan la formación Naya-Guapi. Las rocas de esta formación que afloran en la Isla del Morro corresponden al Mioceno superior de acuerdo con las determinaciones paleontológicas de fósiles de lamelibranquios.

Sobre esta unidad se encuentran localmente niveles de tobas de composición intermedia, y horizontes de suelos rojos altamente arcillosos, que no presentan evidencias de estructuras geológicas. El resto de la planicie costera está constituido principalmente por gravas, arenas, limos y localmente arcillas.

El principal elemento estructural lo constituye una serie de domos y cuencas alargadas, paralelos a la cordillera occidental. Estos domos y las cuencas han sido asociados con los últimos movimientos importantes de los Andes Colombianos hacia el fin del Pleistoceno inferior.

Al Noroccidente de la Isla del Morro y de la Punta Cascajal presenta los restos de un domo alargado, mientras que al oeste del río Mejicano está ubicada una cuenca tectónica. Hacia el NE, exactamente al SE del río Patía, se localizan tres

(3) domos separados por cuencas menores.

Esta zona presenta afectación por las fallas de El Charco y Tumaco; la primera falla tiene expresión superficial sobre los sedimentos cuaternarios y presenta algunas evidencias de neotectonismo en la Punta Cascajal. La falla se prolonga desde el norte de esta punta hasta el SO de Tumaco. Las rocas que atraviesa esta falla se han levantado progresivamente, insinuando basculamiento del bloque oriental hacia el SO y del bloque oeste hacia el NE. A la falla de Tumaco le asigna un rumbo N 45° W y se clasifica como transcurrente.

Es así como se evidencia que la geología del Municipio de Tumaco, discurre por diferentes unidades que han sido consolidas a partir de la orogenia característica de la zona.

VII- COMPORTAMIENTO SUELOS BAJO LAS CARGAS SISMICAS

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

a- Tumaco (Nariño), está localizado dentro de una de las zonas de Amenaza Sísmica

Alta, donde el Coeficiente de Aceleración correspondiente a la velocidad pico esperada es Aa = 0.45 Av = 0.40. Ae = 0.16 Ad = 0.08 b- De acuerdo con el subsuelo encontrado, el perfil del suelo pertenece al Tipo E.

50 Kpa (= 0.50 Kgf/cm2) = > Su Tabla A. 2. 4. 1. NSR – 2010

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, pueden transmitirse directamente sobre cualquiera de los estratos naturales de Arna arcillosa carmelita o Arena limosa gris, localizados superficialmente, por tal razón es necesario avanzar las excavaciones de zapatas a 1.00 mts de profundidad promedio, medidos desde los niveles actuales del área explorada.

2- Si en alguna de las excavaciones para zapatas a la cota de fundación recomendada

(1.00 mts), no encuentran el suelo de fundación especificado ó aparece relleno del material del sitio obtenido de los posibles cortes, en necesario continuar la excavación, hasta encontrar el suelo de cimentación y esta sobre-excavación la pueden rellenar empleando Concreto Simple ó Ciclópeo de 17.5 Mpa (60%

Concreto y 40% piedra pequeña), con una altura variable. Sobre estas pilastras construirán la zapata que quedará a 1.00 mts de profundidad con relación a la superficie del terreno.

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 resultado de los ensayos de Compresión Inconfinada, cono de Penetración Standard, para el cálculo de la capacidad portante = qad tenemos:

qu = 70.0 KN/m2 (7.00 ton/m2) df = 1.00 mts rd = 16.0 KN/m3 (1.60 ton/m3) qc = 1.3 C.Nc + rd.Df. Nq (Terzaghi) qc = 1.3 x 35.0 x 5.14 + 16.0 x 1.00 x 1.00 qc = 233.87 + 16.00 = 249.87 KN/m2 qad = 249.87 / 3.00 = 83.29 = 80.00 KN/m2 (8.0ton/m2) Zapatas qc = 35.00 x 5.14 + 16.00 = 195.90 KN/m2 qad = 195.90/ 3.00 = 65.30 = 65.00 KN/m2 (6.50ton/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 = 0.70 Kg / cm2 K1 = 1.30 Kg/cm3.

Como el suelo estará sometido a cargas permanentes tenemos:

Módulo de Reacción K1 = 1.30 x 0.25 = 0.325= 0.300 Kg/cm3

5- ASENTAMIENTOS TEÓRICOS PROBABLES, (Suelos granulares)

Cimentación flexible sobre suelo granular Principios de Ingeniería de

Cimentaciones Braja M. Dass Cuarta Edición (2.001) Pág. 243

Bqo

Se = -------- ( 1 – μs 2 ) αr

Es αr = Fig. 4.18 Pág 242 Principios de Ing. de Ciment. Braja M Dass μs = Relación de Poissons = 0.20

Es = Modulo de Elasticidad = 800 ton /m2 8.000 KN/m2 q ad = 80.0 KN/m2 = 8.00 ton/m2 Capacidad portante

Carga transmitida por zapata = 300.0 KN = 30.0 tons

Zapata cuadrada: 300.0 / 80.0 = 3.75 m2 = 1.95 x 1.95 mts

L / B = 1,5 αr = 1,20 Fig. 4.18 Braja M Dass Pág 242 qo = 300.0 /1.95 x 1.95 = 78.90 KN / m2

1.95 x 78.90 S = -------------------- ( 1 – 0,04 ) 1,20 = 0,03 mts 8.000

Los asentamientos totales Teóricos son del orden de 3.0 a 5.00 centímetros, y los diferenciales serán absorbidos por la rigidez de la estructura.

IX- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: ZAPATAS Y CIMIENTOS CORRIDOS

1- El subsuelo en general está conformado por arenas arcillosas y limosas de densidad media a suelta.

2- Es necesario tomar medidas preventivas para eliminar el erosionamiento del sub-suelo arenoso, evitando la infiltración de aguas sobre ó cerca de la cimentación de la nueva estructura a construir.

Deben abstenerse de sembrar árboles frondosos a menos de 6.00 metros de los bordes de la cimentación.

3- Por las condiciones del lote y dificultad para la construcción de la cimentación en el sitio, consideramos viable diseñar zapatas, cimientos corridos o una sola zapata ó placa de cimentación para los 4 apoyos.

4- En el área a construir, y en todas direcciones, aconsejamos una excavación de espesor mínimo de 0.20 mts con el fin de eliminar la capa vegetal, cimentaciones, bordillos y obras de infra-estructura a la vista.

5- Seguidamente realizarán los cortes y rellenos necesarios para nivelar toda el área a ocupar por la cimentación, más un sobre-ancho de mínimo 0.50 mts en todas direcciones, el material de corte y del sitio es factible usarlo para rellenos.

6- Colocar una capa de concreto de 17.5 Mpa y 0.05 mts de espesor para proteger el área de la cimentación.

7- Después de extendida la Capa de Concreto, sugerimos adelantar las excavaciones para zapatas a 1.00 mts de profundidad, con relación a la posible superficie de la placa de contrapiso del punto anterior, cota a la cual encontrarán el suelo de fundación cualquiera de los estratos naturales de Arena arcillosa carmelita o Arena limosa gris.

8- Si en alguna de las excavaciones para zapatas a la cota de fundación recomendada (1.00 mts), no encuentran el suelo de fundación especificado ó aparece relleno del material del sitio obtenido de los posibles cortes, es necesario continuar la excavación, hasta encontrar el suelo de cimentación y esta sobre-excavación la pueden rellenar empleando Concreto Simple ó Ciclópeo de 17.5 Mpa (60% Concreto y 40% piedra pequeña), con una altura variable.

Sobre estas pilastras construirán la zapata que quedará a 1.00 mts de profundidad con relación a la superficie del terreno.

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

qad = 80.0 KN/m2 (8.00 ton/m2 ) Zapatas qad = 65.0 KN/m2 (6.50 ton/m2 ) Cimientos Corridos

Módulo de Reacción o Coeficiente Balasto Suelo K1 = 0.300 Kg / cm3

10- De utilizar zapatas, estas 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.

BOSQUEJO SUGERIDO

11- Dado el caso de emplear 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. 10.

BOSQUEJO SUGERIDO

12- De requerirse de una gran zapata ó placa de cimentación para apoyar las cuatro patas ó soportes de la Torre, la cota de fundación será 1.00 mts y Capacidad portante del suelo de fundación 65.0 KN/m2 (6.50 ton /m2).

13- 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 35.0 – 2.00 Hc = --------------------- = ----------------------- = 4.25 mts rd 16.0

Hv = 4.25 / 3.0 = 1.42 mts

14- Las excavaciones temporales para cimientos en el terreno natural, es factible realizarlas verticalmente hasta 1.40 mts de profundidad, pero de todas formas para excavaciones mayores a 0.80 mts de profundidad, ó en época de invierno, es aconsejable colocar tableros laterales acodalados convenientemente.

15- Durante el proceso de excavación y construcción de la cimentación deben prever el bombeo permanente de agua.

X- OTRO TIPO DE CIMENTACION

Es posible la utilización de pilotes ó Caissons de cimentación, pero por la profundidad del estrato de fundación con mayor capacidad portante presencia del nivel freático tan alto y dificultades del sitio para desplazar equipos, nos conducen a desestimarlos como cimientos. Las cimentaciones propuestas son las más acordes 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 fundación; Arena arcillosa carmelita o Arena limosa gris.

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 = 65.0 KN/m2 = 6.50 ton/m2 d- Peso unitario suelo: rd = 2.00 tons/m3 = 20.0 KN/m3 e- Coeficiente activo empuje de tierras : Ka = 0.50 f- Coeficiente fricción entresuelo y cimiento = 0.25 g- Ángulo de Fricción interna suelo = 25.0 grados h- Para los muros de concreto en zonas libres aconsejamos dejarles pases de diámetro 2” a efecto de evacuar posibles aguas.

2- Cambios de nivel con tierra

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

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

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

Atentamente

Bogotá, Marzo de 2.014

CONTENIDO

Página

I- FINALIDAD Y CONTENIDO DEL ESTUDIO DE SUELOS 1

II- LOCALIZACIÓN DEL SITIO Y CARACTERISTICAS DE LA TORRE 1

III- EXPLORACION DEL SUB-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

VI- GEOLOGIA 5

VII- COMPORTAMIENTO SUELOS BAJO CARGAS SISMICAS 7

VIII- PROFUNDIDAD DE CIMENTACION Y CAPACIDAD PORTANTE SUELO 7

IX- CONCLUSIONES Y RECOMEND. ZAPATAS CIMIENT. CORRIDOS 10

X- OTRO TIPO DE CIMENTACION 14

XI- MUROS DE CONTENCION EN CASO DE REQUERIRSE 14

XII- ANEXO No 1 SERVICIOS PUBLICOS

XIII- PLANO LOCALIZACION SONDEOS

XIV- PERFILES ESTRATIGRAFICOS

XV- ENSAYOS DE LABORATORIO

XVI- REGISTRO FOTOGRAFICO

XVII- PLANOS LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO

XVIII- MEMORIAL DE RESPONSABILIDAD Y COPIA MATRICULA PROFESIONAL