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Contrato IDU-UEL-18-19-00-162 DE 2007 ESTUDIOS Y DISEÑOS; EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO Y ACTUALIZACIÓN DE LOS ESTUDIOS Y DISEÑOS, PARA ACCESOS A BARRIOS Y PAVIMENTOS LOCALES GRUPO 1

GEO-73-SC-R.6 GEO-74-SC-R.6

CONSORCIO VIM

1-1

ESTUDIOS Y DISEÑOS; EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO; Y ACTUALIZACIÓN DE ESTUDIOS Y DISEÑOS, PARA ACCESOS A BARRIOS Y PAVIMENTOS LOCALES GRUPO 1, EN BOGOTÁ D.C.

IDU-UEL-18-19-00-162 de 2007

InstitutoDESARROLLO URBANO

ALTERNATIVA Y RECOMENDACIÓN DE ALTERNATIVA Y RECOMENDACIÓN DE ALTERNATIVA Y RECOMENDACIÓN DE ALTERNATIVA Y RECOMENDACIÓN DE

CIMENTACIÓN PARA ESTRUCTURAS.CIMENTACIÓN PARA ESTRUCTURAS.CIMENTACIÓN PARA ESTRUCTURAS.CIMENTACIÓN PARA ESTRUCTURAS.

DEFINICIONES DE CIMENTACIÓN DE DEFINICIONES DE CIMENTACIÓN DE DEFINICIONES DE CIMENTACIÓN DE DEFINICIONES DE CIMENTACIÓN DE

ESTRUCTURASESTRUCTURASESTRUCTURASESTRUCTURAS

LOCALIDAD DE SAN CRISTOBAL LOCALIDAD DE SAN CRISTOBAL LOCALIDAD DE SAN CRISTOBAL LOCALIDAD DE SAN CRISTOBAL

Enero de 2010




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1-2

TABLA DE CONTENIDO

CAPÍTULO 1 ASPECTOS GENERALES .................................................................................................... 1-4

1.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1-4

1.2 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................... 1-4

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................................... 1-4

1.4 ALCANCE ...................................................................................................................................... 1-4

CAPÍTULO 2 LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO .......................................................... 2-5

CAPÍTULO 3 CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL SUELO............................................................... 3-6

3.1 PERFILES ESTRATIGRÁFICOS ................................................................................................... 3-6

CAPÍTULO 4 DIMENSIONAMIENTO DE MUROS.................................................................................... 4-10

4.1 Definiciones Generales ................................................................................................................ 4-10

4.2 Tipología de Muros....................................................................................................................... 4-10

4.3 Criterios de Dimensionamiento de las estructuras de Contención........................................................... 4-15

4.3 Resultado del Dimensionamiento de los Muros ........................................................................... 4-26

CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES................................................................................................................ 5-29

CAPÍTULO 6 RECOMENDACIONES........................................................................................................ 6-31

CAPÍTULO 7 LIMITACIONES ................................................................................................................... 7-34

CAPÍTULO 8 ANEXOS.............................................................................................................................. 8-35

Anexo 1. Reportes de Ensayos de Laboratorio

Anexo 2. Resumen de Ensayos de Laboratorio

Anexo 3. Memoria de Cálculo

Anexo 4. Tipología y Localización de Muros

Anexo 5. Planos



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1-3

TABLA DE FIGURAS

Figura 1. Muro Para Contener Espacio Público de Acceso a Predios. ............................................................ 4-11

Figura 2. Muro Para Contener Espacio Público de Tráfico Peatonal. ............................................................ 4-12

Figura 3. Distancia mínima necesaria para evitar colapso de los predios..................................................... 4-13

Figura 4. Tipología de Muros Según Disponibilidad de Espacio para la Fase Constructiva. .......................... 4-14

Figura 5. Registro de los Ensayos de Veleta y Penetrómetro ........................................................................ 4-17

Figura 6. Presentación de Parámetros de Caracterización del Suelo ............................................................ 4-18

Figura 7. Nomenclatura de Elementos de Estructuras de Contención........................................................... 4-18

Figura 8. Dimensionamiento de las Estructuras de contención..................................................................... 4-19

Figura 9. Revisión de Estabilidad al Volcamiento .......................................................................................... 4-22

Figura 10. Revisión de Estabilidad al Deslizamiento...................................................................................... 4-23

Figura 11. Revisión de la Capacidad Portante ............................................................................................... 4-23

Figura 12. Definición de la Zona de Amenaza Sísmica .................................................................................. 4-25

Figura 13. Chequeo al Deslizamiento en condición Pseudodinámica ............................................................ 4-25

Figura 14. Determinación del FS al Deslizamiento – Condición Pseudodinámica.......................................... 4-26



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CAPÍTULO 1 ASPECTOS GENERALES

1.1 INTRODUCCIÓN El Instituto de Desarrollo Urbano IDU, dando cumplimiento al Plan de Ordenamiento Territorial adoptado por el Decreto 619 de 2000 y con el objeto de promover una ciudad ambientalmente sostenible, ha contratado al Consorcio VIM 2008 con el fin de efectuar los Estudios y Diseños; Evaluación y Diagnóstico y Actualizaciones de los Estudios y Diseños, para accesos a barrios y pavimentos locales grupo 1: Localidad de Usme, Ciudad Bolívar, San Cristóbal y Rafael Uribe en Bogotá D.C. Bajo el anterior contexto, este documento presenta los estudios geotécnicos requeridos para el diseño de estructuras de contención, así como también el dimensionamiento de las mismas, que se constituyen como complementarias a las estructuras de espacio público diseñadas para la localidad de San Cristóbal. El estudio se fundamentó en la definición de parámetros geotécnicos establecidos a partir de la caracterización del suelo y del perfil de diseño, que son a su vez el resultado de los sondeos realizados en cada una de las mallas que constituyen la localidad, y de los ensayos de laboratorio efectuados sobre las muestras recuperadas de cada uno de los estratos encontrados. Una vez definidos los parámetros de diseño, se dimensionó las estructuras, que esencialmente corresponden a muros de contención de altura no mayor a 4.50 m, a partir de la profundidad de desplante. 1.2 OBJETIVO GENERAL Dimensionar las estructuras de contención que permitan la adecuación del espacio público en los sectores de influencia del proyecto en la localidad de San Cristóbal, garantizando así la estabilidad de las obras de urbanismo proyectadas.

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Realizar la caracterización geomecánica de los materiales del suelo de cimentación, mediante la ejecución de sondeos y la recuperación de muestras de los estratos presentes, así como también, de la elaboración de ensayos de laboratorio, sobre el material de recobro, y ensayos in situ.

• Definir el perfil estratigráfico de diseño de los diferentes sectores del proyecto y sus respectivos

parámetros de diseño geotécnico, a partir del análisis de los resultados de los ensayos efectuados.

• Realizar el dimensionamiento de las estructuras de contención de acuerdo con los parámetros geotécnicos y de urbanismo, establecidos para el proyecto.

1.4 ALCANCE Este informe presenta el dimensionamiento de las estructuras de contención que se requieren para garantizar la estabilidad de las obras de urbanismo proyectadas, con base en la elaboración de perforaciones y ensayos in situ y de laboratorio, y de las características urbanísticas definidas para cada uno de los sectores de la localidad de San Cristóbal.



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CAPÍTULO 2 LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El contrato contempla la ejecución de los Estudios y Diseños, para accesos a barrios y pavimentos locales que hacen parte del Grupo 1: Localidades de Usme, Ciudad Bolívar, San Cristóbal y Rafael Uribe en Bogotá D.C. Este informe en particular, contiene el diseño de los muros de contención requeridos para garantizar la estabilidad de las estructuras de espacio público en la de San Cristóbal. LOCALIDAD DE SAN CRISTÓBAL

La localidad de San Cristóbal se ubica en el sur oriente de la ciudad, y tiene los siguientes límites:

Norte: con la localidad de Santafé. Sur: con la localidad de Usme Oriente: con los municipios de Choachí y Ubaque. Occidente: con las localidades de Rafael Uribe y Antonio Nariño.

San Cristóbal tiene una extensión total de 4.816,32 hectáreas (ha), de las cuales 1.629,19 se clasifican en suelo urbano y 3.187,13 corresponden a suelo rural. El total del suelo rural de San Cristóbal pertenece a la estructura ecológica principal de la ciudad, en razón de que hace parte de los cerros orientales de Bogotá.

Los suelos de la localidad están caracterizados por presentar grados avanzados de erosión, altos grados de compactación y tendencia a generar deslizamientos. Se destacan los siguientes barrios por estar ubicados en zonas de alto riesgo: Alto del Virrey, Molinos de Cafam, y Santa Rosa. Otros presentan alto riesgo por ubicarse en áreas de canteras (barrio San Vicente, el Alto del Zuque y Quindío). El cerro Juan Rey presenta suelos muy erosionados generados por antiguas actividades extractivas y es objeto de una fuerte presión de urbanización hasta media ladera por parte de sectores marginales. El cerro Guacamayas soporta una presión de urbanización similar en toda su falda y hasta casi la cima, coexistiendo con zonas de extensa erosión superficial, focos de erosión severa y canteras abandonadas. La Cuchilla del Gavilán, que representa un mosaico de pastizales, cultivos, matorrales y rastrojos, con algo de cobertura leñosa es un sistema deteriorado por el manejo agropecuario inadecuado y es objeto de un proceso de urbanización generado a partir del desarrollo vial de la Autopista al Llano. Deforestación a lo largo del perímetro urbano-rural, principalmente en los barrios San Jacinto, Sagrada Familia, La Gran Colombia y El Pilar generando inestabilidad de suelos y procesos de erosión en estos sectores. Procesos erosivos generados por sobre pastoreo de ganado, deforestación debido a utilización de leña como combustible y perdida de diversidad biológica y de nutrientes del suelo en áreas de quemas principalmente a lo largo de la zona de transición urbano - rural.



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CAPÍTULO 3 CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL SUELO

En la Localidad de San Cristóbal se efectuaron 22 sondeos manuales distribuidos. La profundidad de los sondeos es variable dadas las características heterogéneas del material, en especial por su dureza. De cada sondeo realizado se obtuvo muestras remoldeadas e inalteradas sobre las cuales se efectuaron ensayos de Humedad natural, Límites de consistencia, Granulometría, Compresión inconfinada. A partir de los registros de las perforaciones y de los resultados de laboratorio se establecieron los parámetros de resistencia del suelo tales como la cohesión y el ángulo de fricción interna.

3.1 PERFILES ESTRATIGRÁFICOS Con base en los reportes de perforación y los ensayos realizados por el laboratorio – Ingeniería de Suelos y Laboratorio de Materiales y Control de Calidad Ltda., se establecen los perfiles estratigráficos de cada uno de os tramos que comprenden la localidad. ▪ Tramo 2 y 3

A nivel superficial se encuentra un espesor de 0.60 m en promedio de material de relleno (Arcilla, limo, arena y escombros) y de recebo compacto, estos materiales se apoyan sobre arcillas de baja plasticidad. Se llama la atención sobre el segmento 4005444, donde se encontró un estro de turba apoyado sobre arcillas de alta plasticidad.



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▪ Tramo 4

El segmento cuenta con un espesor de 0.60 m de recebo compacto, apoyado sobre arcillas y limos de baja plasticidad. ▪ Tramo 5 y 6

Los segmentos de este tramo cuentan a nivel superficial con materiales tipo rellenos (Arcillas, limos, arenas y escombros), apoyados sobre arcillas y limos de baja plasticidad, con un lente de arcilla de alta plasticidad.



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▪ Tramo 7

Este tramo cuenta con un perfil heterogéneo, conformado a nivel superficial por recebo compacto y relleno, apoyados sobre arcillas de baja y alta plasticidad. Se resalta el segmento 4001506, dada la presencia de material de turba, además el segmento 4001533, por la presencia de un importante espesor de arena arcillosa. ▪ Tramo 8 y 9



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El segmento 4001595 está conformado por material de recebo compacto apoyado sobre limo y arcilla de baja plasticidad, hasta una profundidad de de 1.70 m donde se encuentra un estrato de gravas arcillosas. ▪ Tramo 10, 11, 12 y 13

El tramo 10 (4001716), cuenta con capa asfáltica como superficie de la vía, apoyada sobre una capa de recebo compacta que alcanza la profanidad de 1.50 m, este a su vez se apoya sobre gravas arcillosas. La vía del tramo 11, tiene un perfil heterogéneo, dado que el segmento 4001863 tiene como rodadura placa de concreto apoyado sobre un espesor de 0.1 m de recebo compacto, este a su vez se apoya sobre limos y arcillas de baja plasticidad, hasta una profundidad de 3.0 m donde aparece arenas arcillosas. El segmento 4001957, cuenta con superficie de rodadura en capa asfáltica, apoyada sobre recebo compacto que alcanza una profundidad de 1.0 m, éste a su vez se apoya sobre arenas arcillosas que llegan hasta 2.4 m, que se apoyan sobre arcillas de baja plasticidad. El tramo 12 (4001968), cuenta con rodadura en placa de concreto, apoyada sobre recebo compacto de 0.65 m de espesor, apoyado a su vez sobre arcillas de baja plasticidad. Por último el tramo 13 (4001880), cuenta con rodadura en placa de concreto apoyada sobre recebo compacto de espesor variable a lo largo del segmento (0.20 a 1.40 m), apoyado sobre limos de baja plasticidad y arenas arcillosas.



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CAPÍTULO 4 DIMENSIONAMIENTO DE MUROS

4.1 Definiciones Generales

MALLA: Conjunto de segmentos viales (CIV´s) que se encuentran próximos entre sí. Se determinación obedece a la facilidad de manejo de la información. DISTANCIA DEL MURO AL PARAMENTO: Es la distancia existente entre el cuerpo del muro y la línea de paramento correspondiente al predio. REEMPLAZO O SUSTITUCIÓN DE MATERIAL DE FUNDACIÓN: Se define como el procedimiento de sustituir el material existente en el lugar de fundación de la estructura debido a su baja competencia mecánica por otro material que garantice la estabilidad geotécnica y estructural del elemento de cimentación. PROFUNDIDAD DE DESPLANTE: Es la profundidad a la cual se pretende emplazar la estructura de contención, medida desde la rasante actual del proyecto hasta la parte inferior de la zarpa. LOCALIZACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN: Es la ubicación exacta de las estructuras de contención a lo largo de la zona de emplazamiento del proyecto. Se define por la abscisa de inicio y finalización del muro al igual que el costado al cual se encuentra de la vía (derecho o izquierdo). ALTURA TOTAL DEL MURO: Es la altura comprendida desde la parte superior del vástago hasta la parte inferior de la zarpa de la estructura de contención.

4.2 Tipología de Muros

De acuerdo con los aspectos urbanísticos que enmarcan el área de influencia de cada una de las mallas definidas para la localidad en estudio, es necesario definir las tipologías de muros de contención que se describen a continuación, con el objeto de emplazarlas en los reducidos espacios comprendidos entre el límite del paramento actual y las estructuras de espacio público proyectadas. La tipología de muros utilizada para este proyecto se ha dividido en dos clases según el espacio disponible para su construcción y según la función que éstos cumplen: 4.2.1 Muros según su función Debido a las condiciones de pendiente que presenta la localidad de San Cristóbal, los diseños urbanísticos han dividido, en múltiples sectores, el espacio público en dos tipos: Espacio público para acceso a predios y espacio público para el libre tránsito de peatones. Esta clasificación conlleva dos tipos de muros de contención, uno para cada tipo de espacio público (Figura 4-1 y Figura 4-2).



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4.2.2 Muros según disponibilidad de espacio La división del espacio público ha provocado la reducción del ancho de andenes; el ancho promedio de andén correspondiente a espacio público para acceso a predios es de 0.80 m, mientras que un andén de espacio público para tránsito peatonal tiene un ancho promedio correspondiente a 1.00 m. Estos espacios marcan la pauta a la hora de dimensionar la estructura de contención, debido a que se debe guardar una distancia prudente, en su mayoría 0.50 m, entre el extremo final de pie del muro y el predio (Figura 4-3) con el fin de evitar el colapso de la excavación y del predio como tal. Si el sitio en el cual se va a construir un muro posee el suficiente ancho de andén para desarrollar el pie y dejar la distancia mencionada anteriormente, se está hablando de un muro de contención tipo Normal (Figura 4); sin embargo, existen casos en los cuales no es posible emplazar un muro Normal debido al reducido espacio con que se cuenta. Para estos casos es necesario construir un muro de contención tipo Inverso (Figura 4), es decir, un muro cuyo pie es diminuto y su talón es mucho mayor con el fin de cumplir con la estabilidad del mismo.

Figura 1. Muro Para Contener Espacio Público de Acceso a Predios.



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Figura 2. Muro Para Contener Espacio Público de Tráfico Peatonal.



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Figura 3. Distancia mínima necesaria para evitar colapso de los predios



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Figura 4. Tipología de Muros Según Disponibilidad de Espacio para la Fase Constructiva.



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4.3 Criterios de Dimensionamiento de las estructuras de Contención

La metodología de cálculo empleada para el dimensionamiento de cada una de las tipologías de muros que se plantean en este informe, se fundamenta en los principios de estabilidad geotécnica; incluyendo la revisión de falla del elemento por volteo, deslizamiento y capacidad portante. A continuación se presenta el proceso de cálculo detallado que permite determinar el dimensionamiento adecuado de las estructuras de contención mediante la evaluación de los criterios anteriormente mencionados. 4.3.1 Determinación de los parámetros de entrada del modelo Dentro de los parámetros de entrada del modelo se encuentran características geométricas y geomecánicas. 4.3.1.1 Parámetros geométricos El diseño de las estructuras de contención se realiza teniendo en cuenta la información obtenida del diseño urbanístico contemplado para cada uno de los tramos correspondientes a la localidad de San Cristóbal.

Ilustración 1. Información geométrica suministrada por el Urbanismo

ABSISA

TRAMO

CIV

LADO INICIAL FINAL

PENDIENTE DISTANCIA

DESDE EL MURO HASTA EL

Izquierdo - - 12.33 - KO+003 KO+006 14.22 0.88 KO+006 KO+007 14.22 0.88 KO+007 KO+008 14.22 0.93 KO+008 KO+009 14.22 0.97 KO+009 KO+011 14.22 1.00 KO+011 KO+014 12.33 1.06 KO+017 KO+018 14.22 1.14 KO+018 KO+019 14.22 1.10 KO+024 KO+024 14.22 1.10

416

4001776

Derecho

KO+031 KO+035 12.33 1.09 4.3.1.2 Parámetros geomecánicos Dentro de los parámetros geomecánicos se encuentran la densidad del estrato (γ) de relleno y del material de fundación, su ángulo de fricción interna (Φ) y su Cohesión (C`). 4.3.1.3 Sobrecarga Vertical: Debido a la imposibilidad de cuantificar de manera adecuada el parámetro de sobrecarga vertical dada la incertidumbre que existe en el comportamiento de las variables de las cuales este depende, se establece un valor igual a 1 Ton/m2 (10 kN/m2) que será considerado en todos los casos de diseño presentados en este documento.



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4.3.1.4 Densidad y ángulo de fricción interna del material de relleno: El material empleado como relleno se establece como de carácter granular, seleccionado y susceptible de ser compactado manual o mecánicamente con la finalidad de mejorar la competencia mecánica de los elementos de contención. Por tal razón se establece un valor de peso unitario total (γ) que corresponde a 18 kN/m3 y un ángulo de fricción interna (φ) igual a 300 para todos los casos de diseño presentados en este documento. 4.3.1.5 Densidad del suelo de fundación: El parámetro de densidad del suelo de fundación se obtiene de informes de los ensayos de laboratorio obtenidos para cada uno de los sectores intervenidos. 4.3.1.6 Angulo de fricción interna del estrato de fundación: En ausencia de resultados de ensayos de corte directo o prueba triaxial y en los casos en los que no sea necesario hacer reemplazo del material de fundación se empleará un ángulo de fricción interna igual a 200; este valor se determina teniendo en cuenta que el ángulo de fricción de suelos cohesivos en condición drenada decrece al aumentar el índice de plasticidad. En los casos en los que sea necesario realizar reemplazo del material de fundación, se empleará un ángulo de fricción interna igual a 300 que corresponde a un material seleccionado de tipo granular.

Datos de Entrada del Modelo

4.3.1.7 Cohesión del estrato de fundación: Teniendo en cuenta la imposibilidad de recuperar muestras inalteradas del subsuelo que permitieran la obtención por medio de ensayos de laboratorio de parámetros de diseño (parámetros de resistencia), se lograron efectuar ensayos de campo sobre suelos cohesivos (Veleta de Campo) y sobre suelos granulares (Ensayo de Penetración Estándar) para la obtención de dichos parámetros; no obstante lo anterior y como criterio de diseñó se toma como hipótesis conservadora que la resistencia al corte no drenada del estrato portante corresponde a 0.70 veces el valor obtenido mediante la veleta de campo. Con este criterio y teniendo en cuenta los múltiples registros de perforación, se puede afirmar que con este criterio de diseño se garantiza satisfacer las condiciones más críticas.



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Figura 5. Registro de los Ensayos de Veleta y Penetrómetro

Dada la dureza e imposibilidad de obtener muestras representativas, se obtienen los parámetros de resistencia en función de los registros de ensayos de campo. 4.3.2 PARÁMETROS DE CARACTERIZACIÓN DEL SUBSUELO Los parámetros geotécnicos del subsuelo de cimentación de las estructuras de contención, se determinaron a partir de ensayos de campo y de laboratorio, éstos últimos efectuados sobre muestras remoldeadas e inalteradas recuperadas de los estratos encontrados. Los ensayos de campo consistieron en:

▪ Determinar la resistencia a la penetración mediante el SPT, con el objeto de inferir la capacidad del suelo a soportar esfuerzos y la deformación que de ellos se pueda generar.

▪ Determinar la resistencia no drenada del suelo, mediante ensayos de penetrómetro de bolsillo y veleta de campo.



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Cabe mencionar, que estos ensayos se pueden catalogar como de aproximación, dado el inminente remoldeo que se alcanza con perforaciones con barreno y con el equipo de Rotación y Lavado. Los ensayos de laboratorio consistieron en:

▪ Caracterizar físicamente el material, mediante ensayos como Humedad natural, Límites de consistencia, y Granulometría.

▪ Caracterizar geomecánicamente los estratos de fundación, mediante ensayos de compresión inconfinada.

Los resultados de ambos tipos de ensayos se presentan mediante una tabla como la expuesta en la siguiente ilustración, la cual puede ser consultada el Anexo 2, donde además se puede apreciar los tramos viales caracterizados y su respectivo perfil estratigráfico. De otro lado en el Anexo 1 se presenta en medio digital los registros que evidencian los estratos identificados en cada uno de los sondeos efectuados y los resultados de los ensayos tanto de campo como de laboratorio. Respecto a los registros de perforación y de ensayos, es conveniente mencionar que éstos son puntuales, por lo tanto proporcionan las características específicas del sitio de perforación. Teniendo en cuenta lo anterior, a la hora de realizar la construcción de las estructuras de contención, es posible encontrar condiciones diferentes a las establecidas en este documento, razón por la cual será necesario contar con la asesoría de un especialista en geotecnia en obra, el cual deberá evaluar la necesidad de adecuar los diseños a las condiciones no previstas.

Figura 6. Presentación de Parámetros de Caracterización del Suelo

4.3.2 Dimensionamiento de las estructuras de contención El dimensionamiento de las estructuras de contención se realiza teniendo en cuenta la siguiente nomenclatura de sus elementos:

Figura 7. Nomenclatura de Elementos de Estructuras de Contención



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Para estructuras de contención cuya altura total sea igual o inferior a 3.0 metros, se adoptará un ancho mínimo del vástago igual a 0.25 metros de manera que sean estructuralmente competentes y constructivamente viables. De igual manera por aspectos constructivos se considera un espesor mínimo de zarpa igual a 0.25 metros

Figura 8. Dimensionamiento de las Estructuras de contención.

ELEMENTOS ADICIONALES: Para muros cuya altura total sea igual o superior a 1.5 metros será necesario dimensionar y posteriormente diseñar estructuralmente una “llave” o “diente” que permita disminuir la vulnerabilidad de la estructura al deslizamiento previa verificación de los parámetros de estabilidad geotécnica de la estructura. Cuando existan limitaciones de espacio para ubicar adecuadamente la estructura de contención será necesario dimensionar muros de tipo invertido garantizando la estabilidad geotécnica y la competencia mecánica de la estructura mediante análisis de sensibilidad de los parámetros de estabilidad (volteo respecto al pie, falla por deslizamiento, falla de capacidad de carga de la base y estabilidad en conjunto). Para las estructuras de tipo invertido se recomienda ubicar la “llave” o el “diente” en el pie del muro de manera que disminuya la vulnerabilidad de éste a fallar por volcamiento.



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4.3.3 Análisis de estabilidad contra el volcamiento. Hipótesis de análisis: La presión activa de Rankine actúa a lo largo de un plano vertical AB dibujado por el talón del muro. 4.3.3.1 Presión Activa y Pasiva de Rankine La presión activa y pasiva de Rankine se determinan mediante las siguientes relaciones:

2

2

2

2 2

2

1

2

1 2

2

resión activa de rankine

resión pasiva de rankine

especifico del suelo en frente del talón y bajo

a a

p p p

a

b

P K D

P K D c k D

Donde

P P

P P

Peso

γ

γ

γ

=

= +

=

=

=

2

la losa de base.

de presión activa de rankine

de presión pasiva de rankine

Cohesión del suelo

a

p

K Coeficiente

K Coeficiente

c

=

=

=

4.3.3.2 FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA EL VOLTEO: El factor de seguridad contra volteo respecto a la punta se expresa mediante la relación:



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( )

Suma de los momentos de las fuerzas que tienden a voltear el muro con respecto al punto C.

Suma de los mom

R

VOLTEO

o

R

o

MFS

M

Donde

M

M

=

=

=

∑∑

∑∑ entos de las fuerzas que tienden a resistir el volteo con respecto al punto C.

4.3.3.3 MOMENTO DE VOLTEO: El momento de volteo es equivalente a:

0

´

3

cos

Pr

h

h a

HM P

Donde

P P

Pa esión activa

α

=

=

=

∑

La componente vertical de la presión activa se determina mediante la relación:

v aP P senα=

El momento producido por la fuerza Pv respecto al punto C es:

:

v v aM PB P sen B

Donde

B es el ancho de la losa de base

α= =

Luego de conocer ΣMR se determina el factor de seguridad contra el volteo mediante la expresión:

1 2 3 4( )

´cos

3

VOLTEO

a v

M M M MFS

HP Mα

+ + +=

−

Se establece como valor mínimo para el factor de seguridad al volcamiento de 2.0 El análisis de estabilidad al volcamiento empleado para el dimensionamiento de las estructuras de contención se ilustra a continuación:



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Figura 9. Revisión de Estabilidad al Volcamiento

4.3.4 Revisión por deslizamiento a lo largo de la base: Condición Estática El factor de seguridad se determina mediante la relación:



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2

2

1 F.S -

2

. 2.0

1 2.0 -

2

p A

mín

p A

h k E

Considerando F S

h k E

γ

γ

=

=

=

Figura 10. Revisión de Estabilidad al Deslizamiento

4.3.5 Revisión de la falla por capacidad portante

Figura 11. Revisión de la Capacidad Portante



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4.3.6 Revisión por deslizamiento a lo largo de la base: Condición Seudo Estática Con el fin de analizar la falla por deslizamiento provocada por una posible onda sísmica, se procede a determinar la influencia de ésta mediante el método de Mononobe-Okabe, el cual considera la aplicación de aceleraciones seudo-estáticas. Se procede a calcular el coeficiente de presión activa de tierras en estado Seudo-dinámico (KAE) mediante la siguiente formulación (Tomado de Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo-Resistente NSR-98, Titulo H.4.3.2.1):

Donde: φ’= Angulo de fricción interno del material de relleno

β < (φ′ −ψ)

β = ángulo del terreno con la horizontal α = ángulo de la cara del muro con la horizontal δ' = ángulo de las fuerzas con la normal a la cara del muro ah = aceleración horizontal del terreno, debida al sismo av = aceleración vertical del terreno, debida al sismo



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Figura 12. Definición de la Zona de Amenaza Sísmica

Tomado de Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo-Resistente NSR-98, Apéndice A-3.

Figura 13. Chequeo al Deslizamiento en condición Pseudodinámica

Una vez calculado el coeficiente de presión activa de tierras en estado Seudo-dinámico (KAE), se procede a calcular el empuje activo dinámico (Pae) y estático (Pa) para obtener así el incremento dinámico de empuje (∆Pae). Estos cálculos se realizan a partir de la siguiente formulación:

KaHPa ⋅⋅= 2

2

1γ y KaeaHPae v ⋅−⋅= )1(

2

1 2γ

PaPaePae −=∆

Finalmente se revisa el factor de seguridad al deslizamiento como la relación entre las fuerzas que se oponen al movimiento y las fuerzas que sostienen el movimiento.

( ) 0.2)(

*)(.. >

+∆=

∑∑

H

V

FPae

FSF

µ

Donde:

VerticalesFuerzasdeSumatoriaFV =∑ )(

esHorizontalFuerzasdeSumatoriaFH =∑ )(

EstructuraSueloFriccióndeeCoeficient −=µ



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En caso de que el factor de seguridad sea menor a 2.0 es necesario dimensionar una “llave” o “diente” que permita disminuir la vulnerabilidad de la estructura ante la falla por deslizamiento.

Figura 14. Determinación del FS al Deslizamiento – Condición Pseudodinámica

4.3 Resultado del Dimensionamiento de los Muros En este numeral se presenta una breve descripción de las características de los muros dimensionados para la localidad en de San Cristóbal, dada la cantidad importante de muros que se requieren para garantizar la estabilidad de las estructuras de espacio público. El Detalle de esta información puede ser consultada en el Anexo 3. 4.4.1 Interpretación de las memorias de dimensionamiento Las memorias de dimensionamiento presentan la clasificación de las tipologías de muros de contención en voladizo al igual que el dimensionamiento detallado de cada uno de sus elementos:

El cuadro que presenta el dimensionamiento de los elementos estructurales, en función de su ubicación dentro de la localidad, contiene la siguiente la siguiente información:



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Elementos presentados en los cuadros de dimensionamiento y planos de ubicación de muros



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En los anexos se indican dos cuadros que permiten mayor claridad en la lectura de la información plasmada, a saber:

1. Cuadro de resumen de Tipologías de muros 2. Cuadro de ubicación de muros.

En el Anexo 5, se presenta los planos que ilustran la ubicación de las estructuras de contención a lo largo de los tramos que hacen parte de esta entrega.



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CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES

Para cada una de las mallas definidas se realizó la exploración del subsuelo encaminada a definir el perfil de diseño y los parámetros geotécnicos necesarios para el dimensionamiento de los muros de contención. No obstante, al realizar el análisis respectivo de los resultados de los ensayos se estableció que no es posible generalizar dichos parámetros por cada malla, dada la heterogeneidad de la tipología de los materiales encontrados. Al respecto es imperante resaltar el hecho de encontrar a nivel superficial rellenos contaminados con escombros de basuras, y a profundidades mayores a 1.0 m lentes de material orgánico o turba. Ambos materiales se consideran indeseables como soporte de las estructuras de contención aquí recomendadas, razón por la cual en el caso de los rellenos, se recomienda su reemplazo, cuando la profundidad de desplante no logre eliminarlos. En cuanto al material tipo turba, se realizó el respectivo análisis geotécnico de acuerdo con su potencial de colapso y/o expansión. Con base en los registros estratigráficos presentados para cada uno de los segmentos viales, se determinó la profundidad de desplante (D) teniendo en cuenta el tipo y propiedades mecánicas del material. A la hora se establecer la profundidad de desplante se tuvo en cuenta la afectación de las estructuras de pavimento y/o adoquin, y espacio público peatonal. Se vio la necesidad de dimensionar diversas tipologías de muros de contención, discriminados según su altura total, debido a la dificultad del terreno en cuanto a sus pendientes, sumado a los aspectos urbanísticos existentes versus los proyectados, que no proporcionan los espacios ideales para el emplazamiento de los mismos. Este aspecto, contribuyó a modificar la geometría común de los muros, para poderlos ajustar a las condiciones especificas del proyecto. El criterio principal que se contempla en el diseño de las estructuras de contención es la disponibilidad de espacio que se obtiene a partir del diseño urbanístico. Teniendo en cuenta éste aspecto, cabe notar que las redes de servicios públicos deben estar contempladas dentro del diseño urbanístico. Debido a las limitaciones de espacio y a los tipos de espacio público se tuvo la necesidad de dimensionar las estructuras de contención de acuerdo con su función y disponibilidad de espacio, clasificándolos de la siguiente manera: � Muros para la contención de espacio público de acceso a predios (Muro en Sentido Normal). � Muros para la contención de espacio público de tránsito peatonal (Muro en Sentido Normal).

� Muros para la contención de espacio público de acceso a predios donde existe limitación de espacio

para su emplazamiento (Muro en Sentido Invertido) � Muros para la contención de espacio público de tránsito peatonal donde existe limitación de espacio

para su emplazamiento (Muro en Sentido Invertido).



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Es necesario resaltar la importancia de estudiar aquellos casos en los cuales la altura que requiere la estructura de contención es superior a 3.0m.



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CAPÍTULO 6 RECOMENDACIONES

Para muros cuya altura total sea igual o superior a 1.5 metros se recomienda diseñar una “llave” o ”diente” que permita disminuir la vulnerabilidad de la estructura ante una posible falla por deslizamiento; por tal razón, se presenta en las memorias de cálculo el dimensionamiento de dicho elemento. Es necesario durante el proceso constructivo realizar las excavaciones por tramos, con el fin de disminuir el riesgo potencial de afectación o colapso de las edificaciones aledañas por dicho proceso. De esta manera se disminuye el impacto que genera el desconfinamiento del suelo en las edificaciones cercanas. En aquellos lugares en los cuales existen estructuras de contención perpendiculares a las requeridas para contener espacio público, estas deberán diseñarse estructuralmente con las mismas dimensiones de la estructura que le confina (ver página siguiente). El emplazamiento de postes de conducción eléctrica, cajas de inspección, redes de servicios públicos domiciliarios y de mas elementos que se ubican en proximidades a las estructuras de contención generaran eventualmente dificultades durante el proceso constructivo, por tal razón se llama la atención sobre este hecho particular. Se recomienda que las estructuras de contención que soportan escaleras sean diseñadas estructuralmente de la siguiente forma: diseñar con la mayor altura del muro y disminuir el acero de refuerzo a medida que esta disminuye. Cabe resaltar que el pie y talón corresponden a la estructura de mayor altura.

Se recomienda realizar reemplazo del material de fundación en aquellos lugares donde previamente, teniendo en cuenta los parámetros de caracterización del suelo, se establezca su necesidad. Dicho material de reemplazo deberá ser de tipo granular, seleccionado y susceptible de ser compactado manual o mecánicamente. Se recomienda realizar un plan de mejoramiento de las propiedades fisicoquímicas y mecánicas del suelo en aquellos lugares en donde se detectan espesores importantes de limos orgánicos o materiales de desecho que imposibiliten la adecuada fundación de las estructuras de contención.



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Los muros de contención dimensionados a lo largo del proyecto deberán ser replanteados y relocalizados mediante abscisado en campo con el fin de lograr una correcta ubicación de los mismos.

Para evitar el desarrollo de empujes debido a fuerzas hidrostáticas se debe realizar la construcción del filtro ubicado en el espaldón del muro como se indica en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Para evitar la contaminación del material de filtro es necesario que se proteja con geotextil del tipo no Tejido. Para evitar daños sobre el geotextil se debe evitarse el tránsito directo de equipos de construcción sobre él. Para evitar el ingreso de agua al material de relleno y el exceso en las presiones sobre el muro, se debe desarrollar un manejo adecuado del bombeo en la parte superior del relleno como se indica en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., conduciendo el agua a las estructuras hidráulicas adecuadas que permitan el flujo del agua. Para evitar la contaminación del concreto es necesario que en la base de la zapata de cimentación de cada uno de los muros, se construya una capa preliminar de 5cm de concreto de limpieza. Se recomienda la instalación de cinta PVC de 0.15m de ancho en la junta constructiva que se desarrolla en el momento de la fundida del vástago. La instalación tiene el fin de garantizar la impermeabilidad de la estructura. El relleno, debe ser compactado en capas máximo de 0.20cm con equipo liviano, alcanzando un grado de compactación mínimo de 90% del Proctor Modificado en las capas inferiores y del 95%del Proctor Modificado en las capas superiores. Se aceptan valores de grado de compactación menores en las capas inferiores debido a las dificultades en el procedimiento constructivo, que impiden el acceso adecuado de los equipos.



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En el momento del desarrollo de la excavación, se deben desarrollar un sistema de apoyo mediante apuntalamiento a lo largo de la excavación desarrollada para la construcción del muro de contención. Debido a las dificultades operativas en la construcción de los muros de contención es recomendable que el contratista establezca antes de empezar las excavaciones necesarias, un inventario de cada una de las viviendas que pueden llegar a ser afectadas, ya que, estas al ser construidas de manera artesanal, pueden presenta daños significativos en el proceso.



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CAPÍTULO 7 LIMITACIONES

La investigación del subsuelo efectuada es de carácter puntual, por lo que a lo largo de cada segmento pueden variar los parámetros índice y las propiedades geomecánicas aquí definidas, al momento de realizar las excavaciones, momento en el cual el especialista en geotecnia del contratista deberá analizar la problemática. Debido a la alta variabilidad de condiciones geotécnicas del subsuelo en la mayoría de las mallas, no es posible establecer perfiles de diseño en la mayoría de éstas; por tal razón, el dimensionamiento de las estructuras de contención se realiza particularizando cada uno de los casos de diseño. Sin embargo, en aquellas mallas donde es posible establecer un perfil de diseño se hace uso de él para realizar el dimensionamiento de las estructuras de contención. El presente estudio se basa fundamentalmente en la investigación del subsuelo efectuada y en el programa de ensayos de laboratorio desarrollado. En tal sentido, cualquier modificación a las condiciones descritas en este estudio, deberá ser informada a este Consultor para analizar la problemática y efectuar las conclusiones del caso.



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CAPÍTULO 8 ANEXOS

Los anexos que hacen parte de este informe son: Anexo 1. Reportes de Ensayos de Laboratorio Anexo 2. Resumen de Ensayos de Laboratorio Anexo 3. Memoria de Cálculo

Anexo 4. Tipología y Localización de Muros Anexo 5. Planos

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