ESTUDIO DE SUELOS SECCIONAL DE INVESTIGACIN CRIMINAL

MUNICIPIO DE ARAUCA

PRESENTADO A

ING. Luis Pierez

ELABORADO POR:

EDWIN FERNANDO VALENCIA P.

6 DE SEPIEMBRE DE 2012

BUCARAMANGA

TABLA DE CONTENIDO

1. LOCALIZACIN GENERAL ............................................................................. 4 2. GEOLOGA E HIDROGEOLOGIA .................................................................... 5

Descripcin Fsica: ............................................................................................... 6

LLANURA ALUVIAL DE DESBORDE SUBRECIENTE .................................... 7

PLANO ALUVIAL CON COBERTURA ELICA LOCALIZADA ........................ 7 ASOCIACIN BELLAVISTA (Suelos, subclases VIIhs): .................................. 7 CONJUNTO MUSIU ( TYPIC TROPAQUULT): ............................................... 8 CONJUNTO PIAS: (OXIC DYSTROPEPT): .................................................. 8 ASOCIACION COROCORA: (Suelos subclase VHS): ..................................... 9 CONJUNTO COROCORA ( PLINTHIC TROPAQUULT): ................................ 9 VALLES ALUVIALES ....................................................................................... 9

ASOCIACION DELICIAS ( Suelos subclase vhs) ............................................ 9 CONJUNTO DELICIAS (FLUVAQUENTIC DISTROPEPT): .......................... 10

3. ENSAYO SPT ................................................................................................ 11

4. CALCULO CAPACIDAD PORTANTE ............................................................ 16

5. CONCLUSIONES .......................................................................................... 20

6. RECOMENDACIONES .................................................................................. 21

7. LIMITACIONES .............................................................................................. 23

8. Anexos ........................................................................................................... 24

1. LOCALIZACIN GENERAL

2. GEOLOGA E HIDROGEOLOGIA

La disposicin geolgica del Municipio de Arauca, es el resultado del solevantamiento del Pleistoceno, fenmeno que caus una intensa erosin en la cordillera oriental y en consecuencia, fue transportada una gran cantidad de arena, grava y arcilla hacia los llanos, rellenando gran parte de la Zona Oriental.

En la llanura de desborde durante el Pleistoceno se deposit un basto manto aluvial, constituido por grandes depsitos de arcilla, que rellenaron gran parte de la cuenca. Esta zona ha sido rejuvenecida posteriormente por aportes sucesivos de los principales ros que surcan la llanura. Los aportes elicos que se presentan en el sector oriental del rea, son el resultado de los cambios climticos.

En los perodos secos hubo una fuerte accin del viento, el cual form espesos depsitos de limos y arenas que cubrieron parte de la llanura aluvial de desborde. Los depsitos elicos ms espesos, se encuentran localizados al norte y sur del ro Casanare, cerca de la desembocadura del ro Meta donde forman los mdanos. El resto de los residuos elicos se esparcieron en forma de cobertura, fosilizando los aluviones finos de la llanura de desborde y cuyos espesores alcanzan los 50 cms.

Mdanos o Dunas: Constituidos por espesos mantos elicos de arena (20 a 40 mts de altura) cubiertos por sabanas naturales y en algunas zonas por relictos de bosque, con pendientes del 3 hasta el 12% y un rea de 11.700 Has aproximadamente que corresponde a un 5% de la superficie total.

Descripcin Fsica: El Municipio de Arauca, hace parte de la gran llanura Orinoquense; sus suelos son el resultado de la interaccin de factores como el geolgico, relieve, clima y la accin de lo organismos, incluido el hombre. Los suelos en su mayora son de sabana, mal drenados, de baja fertilidad, pobres en nutrientes y generalmente cidos.

La llanura Orinoquense y amazonence constituyeron la cuenca de un mar interior que en transcurso de millones de aos se fue rellenando con sedimentos provenientes de la cordillera oriental de los Andes y el Macizo de las Guyanas. Los estudios geolgicos dejan saber que en el Pleistoceno la Cordillera Oriental se sacudi de abajo hacia arriba causando una intensa erosin de grava, arena y arcilla que, a la manera de un dique, le fue ganando espacio al mar. Las lluvias, los ros y los vientos continuaron actuando en las modificaciones del relieve. Por la parte del sur, idnticos agentes tectnicos desbastaron el flanco norte del macizo de las Guyanas para llevar material de relleno a la parte plana. Los levantamientos y plegamientos construyeron una catstrofe hacia el final de la ltima glaciacin se hundieron suelos que hoy corresponden a Arauca y Casanare, dndoles configuracin de batea.

El solevantamiento caus una intensa erosin en la cordillera Oriental, cuyos productos fueron transportados hacia los llanos constituyendo un manto aluvial conformado por grandes depsitos de arcilla que rellenaron gran parte de la cuenca. Esta zona ha sido rejuvenecida posteriormente por sucesivos aportes de los principales ros que surcan la llanura. Durante los perodos secos hubo una fuerte accin del viento (aportes elicos) el cual form espesos depsitos de limos y arenas.

As pues, la totalidad del municipio de Arauca es de superficie plana, perteneciente a un departamento que por su origen tiene forma cncava, propia para retener el agua lo que hace que pertenezca a la gran orinoquia inundable.

Existen dos grandes Paisajes Fisiogrficos segn la clasificacin del IGAC que pertenecen a la llanura aluvial de desborde, son las siguientes:

LLANURA ALUVIAL DE DESBORDE SUBRECIENTE

Est constituida por arcillas recubiertas parcialmente por depsitos elicos; ste paisaje de relieve plano est conformado por los sedimentos blandos de origen fluvio-delticoarcillas, arenas y limos- del pleistoceno y holoceno, provenientes de la cordillera y depositados en una extensa cuenca de relleno progresivo. Presenta dos tipos de relieve que son Plano Aluvial con cobertura elica Localizada y Plano Aluvial con cobertura Elica Generalizada.

PLANO ALUVIAL CON COBERTURA ELICA LOCALIZADA

Presenta relieve plano, con pendientes menores al 3%, alturas entre 200 y 500 m.s.n.m, clima dominante es clido hmedo y vegetacin compuesta de bosques y sabanas naturales, con pH de 4.0 a 5.0 Se localiza inmediatamente despus de los conos de explayamiento extendindose hasta el contacto en la zona elica; incluye gran parte de la zona dominada con materiales de origen fluvial, acompaada de fenmenos deposicionales caractersticos de una sedimentacin diferencial, que se expresa en forma de bancos, diques y napas de desborde. Las Unidades Cartografcas presentes son:

ASOCIACIN BELLAVISTA (Suelos, subclases VIIhs):

Ocupa los diques y napas de los caos que atraviesa la llanura, relieve plano y pendientes simples que no pasan el 3%. Los materiales de los que se han desarrollado los suelos, provienen de los sedimentos lejanos por las aguas de desborde en las pocas de invierno, a una altitud entre los 150 y 500 msnm, con los climas clido hmedo y clido seco.

CONJUNTO MUSIU ( TYPIC TROPAQUULT):

Se localiza en las napas de desborde, reas cncavas con suelos superficiales, originados de aluviones, de arcilla y limo, limitados por el nivel fratico alto y arcillas endurecidas o compactas.

El origen climtico- edfico, es acuico - isohipertrmico; los drenajes son de medio (externo), lento (interno) a pobre (natural). La vegetacin nativa es pasto cola de vaca, con uso actual en la ganadera extensiva.

El horizonte superficial posee un espesor de 25cm, color en hmedo es pardo grisceo oscuro textura es franca o francoarcillosa.

CONJUNTO PIAS: (OXIC DYSTROPEPT):

Son suelos que aparecen espordicamente dentro de la Asociacin y se localiza en los diques naturales en parte alta, forma convexas, relieve plano, originados de aluviones limosos, con una profundidad efectiva de moderada o profunda.

El origen climtico- edfico es acuico isohipertrmico; los drenajes son de medio (externo e interno) a moderado y bien drenado (natural).

La vegetacin nativa es palma de cuesco, pasto cola de vaca, malvaceas y yarumo, con uso actual en ganadera muy extensiva en pastos naturales.

Los suelos poseen un ph de 4.2 a 5.1, fertilidad baja, escasos contenidos de calcio, potasio y fsforo, alta saturacin de aluminio, con niveles txicos para algunas plantas.

ASOCIACION COROCORA: (Suelos subclase VHS):

Est separada entre s por los caos que sirven de drenajes, formando un complejo de varios diques; su relieve va de plano a cncavo, con pendientes de 0.3%, altura entre 150 a 400 msnm y clima clido hmedo.

CONJUNTO COROCORA ( PLINTHIC TROPAQUULT):

Se ubica en las zonas depresionales, cubeta decantacin parte central, relieve forma cncava originadas de arcillas aluviales, con profundidad efectiva superficial (10cm); son los suelos de calor en hmedo pardogrisaceo muy oscuro, textura franco-arcillosa, erosin hdrica-elica ligeras, y arcillas compactas y nivel fretico como limitantes.

VALLES ALUVIALES

Este paisaje es el menos extenso dentro de la cuenca de sedimentacin y se localiza a lo largo de los principales ros que se encajonan en los aluviones de la llanura aluvial de desborde, formando un complejo de orllales y napas como resultado de los frecuentes cambios en el curso de los ros, ejemplo Casanare y Cravo Norte, que se desbordan en poca de invierno cambiando su curso e inundando grandes reas, lo que permite rejuvenecimiento progresivo de los suelos por el aporte de sedimentos.

Presenta relieve plano con pendientes no mayores del 3 %. Y alturas entre 100 y 150 msnm; el clima dominante es clido hmedo, su vegetacin natural ha sido reemplazada por cultivos de subsistencia y algunos comerciales.

El Ph vara de 4.5 a 5.

ASOCIACION DELICIAS ( Suelos subclase vhs)

Se encuentra en los valles aluviales de los ros casanare, Cravo norte y otros, formando un complejo de diques y orllales, en forma de fajas angostas y semi lunares. Modeladas dentro de los aluviones recientes de la llanura aluvial de desborde.

Presenta un relieve plano con pendientes menores al 3%, altitud no mayor a 500 msnm y clido hmedo. Sus suelos se desarrollan a partir de aluviones recientes, rejuvenecidos por inundaciones de los ros en invierno y son moderadamente profundos a superficiales.

CONJUNTO DELICIAS (FLUVAQUENTIC DISTROPEPT):

Se ubica en las partes altas de los diques y orillales su relieve es plano, con pendientes de 0 a 1 %, su material de origen son limos y arenas aluviales, con buena profundidad efectiva.

El rgimen climtico edfico es acuico isohipertemico con inundaciones peridicas, los drenajes son de lento (Externo) intermedio (interno) a imperfecto y pobre (natural).

La vegetacin natural es palma de Cuezco con uso actual en pltano, maz y otros cultivos de pancojer.

3. ENSAYO SPT

El ensayo de penetracin estndar (SPT) es uno de los ms utilizados en ingeniera geotcnica y bsicamente consiste en obtener muestras de suelo mediante la hinca de un muestreador como el mostrado en la Figura 1. Para la hinca de dicho muestreador se empela la energa generada por el impacto de un martillo de 63.6 Kg en cada libre desde una altura de 76 cm (Figura 2). El objetivo de la prueba es conocer el nmero de golpes necesarios para introducir el muestreador 45 cm en 3 intervalos de 15 cm, tomando el nmero de golpes para hincar los 30 cm finales como valor N. Este N es indicador de la resistencia del material muestreado.

Figura 1.

Figura 2.

CALCULO DE ASENTAMIENTOS:

TIPO DE ASENTAMIENTO

METODO PARMETRO BASE APLICACIN

INMEDIATO ELSTICO PROPIEDADES ELASTICAS DEL SUELO

ARENAS, GRAVAS, SUELOS NO SATURADOS, ARCILLAS DURAS

Y ROCAS

INMEDIATO MEYERHOF N (SPT) ARENAS, GRAVAS Y SIMILARES

INMEDIATO PRUEBA DE CARGA PRUEBA DE CARGA ARENAS, GRAVAS, SUELOS NO SATURADOS, ARCILLAS DURAS

Y ROCAS

CONSOLIDACIN PRIMARIA

TEORIA DE LA CONSOLIDACIN

ENSAYO CONSOLIDACIN

ARCILLAS BLANDAS A MEDIAS SATURADAS

CONSOLIDACIN PRIMARIA Y

SECUNDARIA IDEM. IDEM.

ARCILLAS BLANDAS A MUY BLANDAS, TURBAS Y SUELOS

ORGANICOS Y SIMILARES

Simbologia:

Si = Asentamiento Probable (cm) = Relacion de Poisson ( -) Es = Mdulo de Elasticidad (ton/m2) If = Factor de Forma (cm/m) B = Ancho de la Cimentacin (m) q = Presin de Trabajo (ton/m2)

TIPO DE SUELO ( - )

ARCILLA

Saturada 0.4 - 0.5

No saturada 0.1 - 0.3

Arenosa 0.2 - 0.3

LIMO 0.3 - 0.35

ARENA

Densa 0.2 - 0.4

De grano grueso 0.15

De grano fino 0.25

ROCA 0.1 - 0.4

LOESS 0.1 - 0.3

HIELO 0.36

CONCRETO 0.15

TIPO DE SUELO ES (TON/M2)

Arcilla

Muy Blanda 30 - 300

Blanda 200 - 400

Media 450 - 900

Dura 700 - 2000

Arcilla Arenosa 3000 - 4250

Suelos Glaciares 1000 - 16000

Loess 1500 - 6000

Arena Limosa 500 - 2000

Arena Suelta 1000 - 2500

Densa 5000 - 10000

Grava Arenosa Densa 8000 - 20000

suelta 5000 - 14000

Arcilla Esquistosa 14000 - 140000

Limos 200 -2000

FORMA DE LA ZAPATA

VALORES DE IF (CM/M) CIM. FLEXIBLE RGIDA

Ubicacin Centro Esq. Medio --- Rectangular L/B = 2 L/B = 5 L/B = 10

153 210 254

77 105 127

130 183 225

120 170 210

Cuadrada 112 56 95 82 Circular 100 64 85 88

Se obtuvo un valor de N aproximado de 15, segn el ensayo de SPT.

Este valor N depende del tipo de suelo, el nivel de confinamiento y la densidad del terreno, pero tambin est influenciado por el procedimiento de realizacin del ensayo y el equipo. De acuerdo con lo anterior, el valor de resistencia N debe corregirse en funcin de la energa aplicada. La siguiente expresin corrige este valor al 65% de la energa segn el equipo utilizado.

Tabla 2.

Se obtuvo un valor promedio de N de 15 a 3 mts de profundidad para el sondeo 1 y de 16 para el sondeo 2 a 3 mts de profundidad, lo que corresponde a un perfil de diseo tipo D, segn lo estipulado en la norma NSR 10.

Pudiendo encontrar resistencias promedio de 50 a 100 Kpa como se muestra en la tabla 5 (NSR10)

Tabla 5.

Segn Muromachi (1974), tenemos:

Donde N= 16

= 28 Densidad seca= 1.7 gr/cm3

Tomando un factor de seguridad de 30%, trabajamos con un = 18.

Para el clculo de la capacidad portante del suelo se modelaron varias alternativas, las cuales se presentan a continuacin:

4. CALCULO CAPACIDAD PORTANTE

Teniendo en cuenta la estratigrafa detectada en los sondeos, y los datos corregidos para el ensayo de penetracin estndar (SPT) y los cortes directos realizados, se acogen como valores de diseo los siguientes asumiendo unas condiciones de suelo homogeneo:

Parmetro Valor Unidad

Cohesin 5 kN/m2 ngulo de friccin 18

Peso unitario sumergido 10 kN/m3 Profundidad de desplante, Df 1.0 m

Como se puede observar en la tabla anterior, se asume un valor de cohesin de 5kN/m2 para estos suelos cohesivos. Lo anterior, como valor conservativo teniendo en cuenta que los resultados obtenidos en los cortes directos varan segn el grado de saturacin. En este caso se presenta primero un anlisis de la capacidad portante en condiciones drenadas y seguidamente un anlisis de capacidad para la condicin no drenada. Para el anlisis de la capacidad portante del suelo en condiciones drenadas, se tienen en cuenta varias aproximaciones. Por una parte se realiza un anlisis de capacidad portante convencional utilizando

factores de correccin de BrinchHansen teniendo en cuenta la siguiente ecuacin general:

12ult c cs cd ci q qs qd qi s d i

q c N F F F qN F F F BN F F F = + +

Se pueden distinguir tres componentes; la componente cohesiva, la de sobrecarga del terreno y la del peso de la cua de falla. Los resultados de capacidad portante ltima y admisible para un factor de seguridad F.S. =3.0 se presentan en la siguiente tabla.

Cimiento B=L (m)

q_ltimo (kN/m2)

q_admisible (kN/m2)

q_estructural (kN/m2) Cumple

1,0 232 77 130 No 1.5 218 73 100 No 2,0 215 71 80 No 3.0 289 96 60 ok

De la Tabla anterior, se puede observar que las capacidades admisibles son menores que el esfuerzo estructural aplicado por cada columna para el caso de todas las zapatas aisladas. Por otra parte, la ltima condicin considerando una losa de cimentacin de B=L=3m ofrece en trminos de cimientos superficiales la nica condicin favorable en trminos de capacidad portante.

Alternativamente la capacidad portante admisible en condiciones drenadas se puede estimar a travs de correlaciones. Meyerhof (1956) plante la siguiente ecuacin para estimar la capacidad portante neta a partir del nmero de golpes corregido (N1)60 considerando un ancho del cimiento B> 1.22m. Como se puede observar ofrece valores bastante conservativos de la capacidad portante y por

tanto no se cumple el criterio de carga para ninguna de las dimensiones propuestas en trminos de cimientos superficiales.

2

( ) 1 603.28 17.99( )

3.28neta admBq N

B+

=

Ancho del cimiento, B (m)

q_admisible (kN/m2)

q_estructural (kN/m2) Cumple

1,5 23 100 No 2 21 80 No 3 20 60 No

Bowles (1977) propuso unas ecuaciones modificadas para el clculo de la capacidad portante admisible. A partir de la siguiente ecuacin y teniendo en cuenta un asentamiento admisible de Se= 25mm se estiman los siguientes valores de capacidad portante admisible neta para un ancho del cimiento B>1.33m

2

( ) 1 603.28 111.98( )

3.28 25Donde

1 0.33 1.33

eneta adm d

fd

SBq N FB

DF

B

+ =

= +

Ancho del cimiento, B (m)

q_admisible (kN/m2)

q_estructural (kN/m2) Cumple

1,5 42 100 No 2 37 80 No 3 34 60 No

Como se observa en la Tabla anterior, la capacidad portante admisible no cumple con los requerimientos de la edificacin. En definitiva se sugiere realizar la cimentacin mediante pilotes o placa flotante.

5. CONCLUSIONES

El Objetivo de este Estudio es conocer las caractersticas geolgicas, hidrogeolgicas y geotcnicas que sirvan como fundamento tcnico preliminar para realizar los diseos de Ingeniera para estructuras de mximo 4 pisos segn los lineamientos de las normas NSR10 .

Estas regiones generan una expresin Geomorfolgica plana a ligeramente ondulada y depresiones moldeadas por las corrientes superficiales.

La regin en general presenta una alta pluviosidad con una zona muy hmeda formando pantanos de gran extensin y corrientes superficiales, que hidrolgicamente corresponde a parte de la cuenca del ro Arauca.

Se encontraron niveles freticos desde el primer metro de perforacin. La zona estudiada, segn la caracterizacin geotcnica, presenta similares

propiedades geo mecnicas.

6. RECOMENDACIONES

La construccin de la estructura de cimentacin debe hacerse preferiblemente en poca de verano para evitar alteraciones y remoldeo del suelo.

Los ductos sanitarios que estn enterrados dentro del suelo deben construirse en tubera flexible tipo PVC para evitar roturas. Si se hace necesario perforar un elemento de cimentacin, dichas perforaciones no deben tener alturas mayores a 15 cm ni longitudes superiores a 30 cm. Cuando se perfora la viga de amarre se deben colocar dos estribos adicionales a cada lado de la perforacin a 5 cm de la misma y espaciados 10 cm uno del otro.

En los sitios donde se requieran hacer rellenos, estos se deben compactar a una densidad mxima del 90% de la mxima del Proctor modificado, en capas no superiores a 15 cm.

Los refuerzos que se coloquen en la cimentacin deben estar aislados del suelo natural no menos de 5 cm en suelo seco y 7.5 cm en suelo hmedo, dado que los suelos encontrados en los sondeos realizados poseen un apreciable contenido de humedad se debe realizar un recubrimiento del refuerzo de 7.5 cm.

Debido a la baja capacidad portante encontrada en los primeros 50 cm, los pisos debern ser reforzados con una malla electrosoldada para controlar las fisuras debidas a las deflexiones que se puedan presentar.

Para dar una correcta interpretacin y aplicabilidad a este estudio se debe contemplar en su totalidad y limitaciones a los captulos de conclusiones y recomendaciones.

Se recomienda programar visitas del Ingeniero a cargo de este estudio durante la construccin de la cimentacin, con el fin de inspeccionar el proceso de excavacin, la construccin de los elementos de cimentacin y la aprobacin del suelo de fundacin.

7. LIMITACIONES

Los resultados obtenidos en esta caracterizacin geotcnica, al igual que las recomendaciones, estn basados en la informacin suministrada por los proyectistas, respecto a la posible tipologa estructural del proyecto, condiciones geolgicas y propiedades geomecnicas del perfil del suelo explorado mediante pruebas de campo y laboratorio.

El estudio geotcnico est proyectado para un anlisis de excavaciones a 2 y 3 mts de profundidad, para cimentaciones aisladas, cualquier modificacin de esta profundidad deber ser notificada al geotecnista para realizar los clculos correspondientes y sugerencias a que haya lugar para la nueva excavacin.

Cualquier modificacin a la tipologa referida tanto en altura como en rea en planta, implicar nuevas condiciones de interaccin suelo-estructura, por lo cual ser necesario introducir las variables de ajuste o profundizacin al estudio de suelos; e incluso aumentar la profundidad de exploracin y nmero de sondeos, de acuerdo con los parmetros respectivos de la NSR-10.

El procedimiento constructivo de la cimentacin, al igual que el piso de fundacin, el manejo de drenaje y la adecuacin de rellenos de nivelacin; debern ser aprobados por un ingeniero con experiencia. Lo anterior mediante visitas concertadas con los proyectistas y constructores.

8. Anexos Resultados de laboratorio