estudio geotÉcnico y diseÑo de estructura de …

“ESTUDIO GEOTÉCNICO Y DISEÑO DE ESTRUCTURA DE PAVIMENTO PARA UN TRAMO DE 100 METROS DE VÍA EN EL MUNICIPIO DE

ABRIAQUÍ, DEPARTAMENTO DE ANTIOQUIA”

JAIME HARBEY ZAPATA JARAMILLO; FLOR MAYERLY ARIAS MOLINA; MIGUEL ANDRES CAMPOS GOMEZ

DOCENTES: OSCAR EGIDIO RODRIGUEZ GONZALEZ; EDUARD DANILO VANEGAS; HERNANDO

MUÑOZ LARA.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 2021

MODALIDAD DE GRADO: DIPLOMADO EN GEOTECNIA VIAL

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CONTENIDO FIGURAS ......................................................................................................................................................... 5

TABLAS ........................................................................................................................................................... 7

AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................................................... 8

RESÚMEN ....................................................................................................................................................... 9

ABSTRACT ..................................................................................................................................................... 9

OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................................. 10

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................ 10

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................................... 11

PROBLEMÁTICA .......................................................................................................................................... 12

JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................................... 13

1. ESTUDIO GEOTÉCNICO .................................................................................................................... 14

1.1. LOCALIZACIÓN GENERAL DEL PROYECTO ......................................................................... 14

1.2. LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ........................................................................... 15

1.3. CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO .................................................................................... 16

1.3.1. Reconocimiento de la zona de estudio ...................................................................................... 16

1.4. EXPLORACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ........................................................................... 18

1.4.1. Ensayo de Penetración estándar SPT ....................................................................................... 19

1.4.2. Procedimientos del Ensayo de Penetración Estándar .............................................................. 19

1.5. ASPECTOS GEOLÓGICOS REGIONALES ............................................................................. 21

1.5.1. Grupo Cañasgordas (Formación Penderisco) ........................................................................... 21

1.5.1.1. Miembro Urrao (K2u) .................................................................................................................. 21

1.5.2. Depósitos de talud (Qdt) ............................................................................................................. 22

1.5.3. Terrazas aluviales (Qt) ............................................................................................................... 22

1.5.4. Diorita de Morrogacho (Ndmg) ................................................................................................... 23

1.6. ASPECTOS GEOLÓGICOS ESTRUCTURALES ..................................................................... 23

1.6.1. Falla Abriaquí .............................................................................................................................. 23

1.7. ANÁLISIS MULTITEMPORAL .................................................................................................... 25

1.7.1. Año 2015 ..................................................................................................................................... 25

1.8. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DEL SUELO............................................................................... 26

1.8.1. Propiedades básicas de los suelos ............................................................................................ 26


3

1.8.2. depósitos Intermareales ............................................................................................................. 26

1.8.3. Nivel Freático .............................................................................................................................. 28

1.9. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DEL SUELO ....................................................................... 28

1.9.1. Corte Directo CD ......................................................................................................................... 28

1.9.2. Estimativos de parámetros efectivos de resistencia con el spt ................................................ 29

1.9.3. Procedimiento ............................................................................................................................. 29

1.10. PARAMETROS SÍSMICOS ........................................................................................................ 32

1.10.1. Perfil del suelo ............................................................................................................................. 32

1.10.2. Zona de Amenaza Sísmica ........................................................................................................ 34

1.10.3. Coeficiente Fa ............................................................................................................................. 34

1.10.4. Coeficiente Fv ............................................................................................................................. 35

1.10.5. Coeficiente de Importancia (I) .................................................................................................... 35

1.11. ANALISIS DE ESTABILIDAD ..................................................................................................... 36

1.11.1. Espectro de aceleraciones ......................................................................................................... 36

1.11.1.1. Componente Horizontal ....................................................................................................... 36

1.11.1.2. Componente Vertical............................................................................................................ 37

1.11.2. Valores del factor de seguridad geotécnico básico FSB .......................................................... 38

1.11.3. PERFIL 1 ..................................................................................................................................... 39

1.11.4. PERFIL 2 ..................................................................................................................................... 43

1.12. OBRAS DE CONTENCIÓN ........................................................................................................ 47

1.12.1. Consideraciones de diseño ........................................................................................................ 47

1.12.1.1. Presión de tierras ................................................................................................................. 47

1.12.1.1.1. Coeficiente de empuje en reposo ................................................................................... 50

1.12.1.1.2. Coeficiente de empuje dinámico ..................................................................................... 50

1.13. OBRAS DE ESTABILIDAD ......................................................................................................... 52

1.13.1. Concreto lanzado con malla electrosoldada .............................................................................. 52

1.13.2. Vegetalización en Vetiver (Vetiveria Zizanioides) ..................................................................... 52

1.13.3. Anclajes Activos .......................................................................................................................... 52

1.14. OBRAS DE DRENAJE ............................................................................................................... 54

1.14.1. Cunetas ....................................................................................................................................... 54

1.14.2. Rondas de coronación ................................................................................................................ 54

1.14.3. Drenes sub-horizontales ............................................................................................................. 55


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1.15. RECOMENDACIONES GEOTECNICAS GENERALES ........................................................... 57

1.15.1. Secuencia de excavacion ........................................................................................................... 57

1.15.2. Proteccion de taludes permanentes........................................................................................... 57

1.15.3. Plan de contingencia para excavaciones .................................................................................. 58

1.15.4. Control del flujo de agua ............................................................................................................. 58

2. ESTRUCTURA DE PAVIMENTO ........................................................................................................ 59

2.1 Método INVIAS para carreteras con medios y altos volúmenes de tránsito ............................ 59

2.2 Proceso a seguir ......................................................................................................................... 60

2.2.1 Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton para el periodo de diseño ................................. 60

2.2.2 Capacidad portante de la subrasante (CBR) ...................................................................... 63

2.2.3 Clima ..................................................................................................................................... 64

2.2.4 Variables para el diseño de la estructura de pavimento por el método INVIAS ............... 65

2.3 Diseño de la estructura de pavimento flexible ........................................................................... 66

CONCLUSIONES ACADÉMICAS ................................................................................................................ 68

Bibliografía ..................................................................................................................................................... 69

ANEXOS ........................................................................................................................................................ 71


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FIGURAS Figura 1. Localización general de la zona de estudio. Fuente: Municipio de Abriaquí.............................. 14

Figura 2. Localización de la zona de estudio, Vía Frontino - Abriaquí. Fuente: Google Earth, (modificado). .................................................................................................................................................. 15

Figura 3. Plano Topografía 100 tramos de la vía Frontino - Abriaquí. Fuente: Docente Diplomado, Oscar Rodríguez, (modificado)................................................................................................................................ 16

Figura 4. Reconocimiento del tramo de vía en estudio. Fuente: Google Earth. ........................................ 17



Figura 7. Ensayo de penetración estándar SPT. Fuente: Dr. Ing. Jorge E. Alva Hurtado ........................ 19

Figura 8. Vista Perforaciones en el tramo de la vía Frontino - Abriaquí. Fuente: Google Earth, (modificado). .................................................................................................................................................. 20

Figura 9. Mapa Geológico Municipio de Abriaquí. Fuente: (Ingeominas, 2005) ........................................ 21

Figura 10. Mapa Geología Estructural Municipio de Abriaquí. Fuente: (Ingeominas, 2005) .................... 24

Figura 11. Análisis multitemporal año 2015. Fuente: Google Earth Modificado. ....................................... 25

Figura 12. Envolvente de falla, depósitos Intermareales, corte directo CD. Fuente: Elaboración propia. 29

Figura 13. Envolvente de falla, depósitos Intermareales, correlaciones. Fuente: Elaboración propia. .... 30

Figura 14. N SPT y N 45. Fuente: Elaboración propia. ............................................................................... 31

Figura 15. Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como fracción de g. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010). ..................................................................................................... 36

Figura 16. Perfiles para el análisis de estabilidad. Fuente: Topografía entregada por el docente del diplomado. ..................................................................................................................................................... 38

Figura 17. Perfil 1, cortes de talud estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. 39

Figura 18. Perfil 1, cortes de talud estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. ................................................................................................................................................................ 40

Figura 19. Perfil 1, Talud Proyectado estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. ....................................................................................................................................................................... 41

Figura 20. Perfil 1, Talud Proyectado estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. ...................................................................................................................................................... 42

Figura 21. Perfil 2, cortes de talud estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. 43

Figura 22. Perfil 2, cortes de talud estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. ................................................................................................................................................................ 44

Figura 23. Perfil 2, Talud Proyectado estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. ....................................................................................................................................................................... 45

Figura 24. Perfil 2, Talud Proyectado estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06. ...................................................................................................................................................... 46

Figura 25. Variación del coeficiente de presión de tierras, K, con el desplazamiento. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)................................................................................................. 48

Figura 26. Esquema cunetas propuestas para el diseño. Fuente: ............................................................. 53

Figura 27. Esquema cunetas y ronda de coronación, propuestas para el diseño. Fuente: (EPM, 2018). 55


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Figura 28. Esquema cunetas y ronda de coronación, propuestas para el diseño. Fuente: Elaboración propia, Software Slide V06. .......................................................................................................................... 56

Figura 29. Esquema método INVIAS para carreteras con medios y altos volúmenes de tránsito. Fuente: Elaboración propia. ....................................................................................................................................... 59

Figura 30. Esquema Carga VS Penetración ensayo CBR Inalterado. Fuente: Elaboración propia. ........ 63

Figura 31. Esquema Factor de Entrada MMAT. Fuente: elaboración propia, esquema modificado. ....... 64

Figura 32. Esquemas Estructuras de Pavimento por el Método INVIAS. Fuente: elaboración propia. .... 67


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TABLAS Tabla 1. Profundidad Perforaciones realizadas en la zona de estudio. Fuente: Elaboración propia ...... 18

Tabla 2. Cantidad de Ensayos de laboratorio. Fuente: Elaboración propia ....................................... 26

Tabla 3. Perfil estratigráfico. Fuente: Elaboración propia ............................................................... 27 Tabla 4. Propiedades físicas depósitos Intermareales. Fuente: Elaboración propia ........................... 27

Tabla 5. Profundidad Nivel Freático. Fuente: Elaboración propia .................................................... 28

Tabla 6. Ensayo Corte directo CD S4-M4. Fuente: Elaboración propia ............................................ 28 Tabla 7. Propiedades mecánicas Depósitos Intermareales. Fuente: Elaboración propia ..................... 31

Tabla 8. Ecuaciones Correlaciones entre valores de N y Vs. Fuente: (Javier Alexander Aponte Gonzalez, 2011) ...................................................................................................................... 32

Tabla 9. Correlaciones entre valores de N y Vs. Fuente: Elaboración propia .................................... 32

Tabla 10. Correlaciones entre valores de N y Vs Fuente NSR-10.................................................... 33

Tabla 11. Tabla A.2.4-3, valores del coeficiente Fa, para la zona de periodos cortos del espectro. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) ...................................................... 34

Tabla 12. Tabla A.2.4-4, valores del coeficiente Fv, para la zona de periodos cortos del espectro. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) ...................................................... 35

Tabla 13. Tabla A.2.5-1, valores del coeficiente de importancia, I. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) ....................................................................................................... 35

Tabla 14. Tabla H.5.2-1, valores de KST amax Mínimos para Análisis Seudoestatico de Taludes Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) .................................................................. 37

Tabla 15. Tabla H.2.4-1, Factores de Seguridad Básicos Mínimos Directos Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) ...................................................................................... 38

Tabla 16. Resumen empujes estáticos. Fuente: Elaboración Propia ................................................ 49 Tabla 17. Coeficiente de empuje pasivo. Fuente: Elaboración Propia .............................................. 50

Tabla 18. Resumen empujes con sismo. Fuente: Elaboración Propia .............................................. 51

Tabla 19. Aforo de tránsito 29 de agosto año 2015. Fuente: Docente diplomado .............................. 60 Tabla 20. Aforo de transito 30 de agosto . Fuente: Docente diplomado ............................................ 61

Tabla 21. Aforo de transito 9 de septiembre. Fuente: Docente diplomado ........................................ 61

Tabla 22. Tránsito Promedio Diario Semanal. Fuente: Elaboración propia ....................................... 62 Tabla 23. Factores Daño Universidad del Cauca. Fuente: Elaboración propia .................................. 62

Tabla 24. Factores Daño Camiones. Fuente: Elaboración propia .................................................... 62

Tabla 25. Número de Ejes Equivalentes a utilizar por la metodología de diseño INVIAS. Fuente: Elaboración propia ................................................................................................................... 63

Tabla 26. Ensayo CBR Inalterado. Fuente: Docente Diplomado ..................................................... 63 Tabla 27. Parámetros climáticos promedio de Abriaquí. Fuente: climate-data.org ............................. 64

Tabla 28. Cálculo del w-MMAT municipio de Abriaquí. Fuente: Elaboración propia ........................... 65

Tabla 29. Regiones climáticas de Colombia. Fuente: (Ministerio de Transporte, 1999) ...................... 65 Tabla 30. Variables para diseño de estructura de pavimento. Fuente: Elaboración propia .................. 66

Tabla 31. Carta de Diseño estructura de pavimento. Fuente: Diseño de Pavimento de Carreteras - Alfonso Montejo ....................................................................................................................... 66


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AGRADECIMIENTOS

Queremos expresar primero nuestra gratitud a nuestros tutores los cuales durante el diplomado de geotecnia vial fueron de mucha ayuda y nos retroalimentaron con su conocimiento para poder llevar a cabo este informe. A la universidad cooperativa la cual nos proporcionó las herramientas necesarias con las cuales logramos finalizar satisfactoriamente cada uno de los semestres de nuestra carrera universitaria. Finalmente, a nuestros compañeros y a nuestros padres ya que sin su apoyo en todos los ámbitos no hubiese sido posible llegar a este punto el cual es más que merecido nuestro agradecimiento hacia ellos. Muchas gracias a todos.


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RESÚMEN

Se realiza el Estudio geotécnico y diseño de estructura de pavimento para un tramo de 100 metros de vía en el municipio de Abriaquí, departamento de Antioquia , esto con base en los datos proporcionados por nuestros tutores del diplomado; realizando así un análisis de estabilidad de taludes, logrando determinar las obras de estabilización que éste debe llevar, para evitar a futuro un desastre natural. Con los ensayos de laboratorio, se realiza los respectivos cálculos para determinar la respectiva caracterización del suelo y sus respectivas resistencias. Posteriormente se hizo un análisis sísmico con los perfiles de suelo analizando la condición de inestabilidad y determinando las distintas soluciones que se pueden dar para cumplir con los parámetros normativos, garantizando la estabilidad de los taludes y el ancho de calzada requerido. Como último paso, se analizan las condiciones climáticas de la zona para determinar un posible diseño de estructura de pavimento; por medio de las cartas de diseño estructural de pavimento de volúmenes medios y altos de tránsito. Se aplicó lo aprendido durante el diplomado en geotecnia vial, adicional que se hizo basado y regidos por las normas, en este caso el título H y el título A de la NSR-10 y la AASHTO-93 y el INVIAS.

ABSTRACT

The geotechnical study and design of pavement structure was carried out for a 100-meter road section in the municipality of Abriaquí, department of Antioquia, based on the data provided by our course professor; an developing a slope stabilization analysis, achieving the stabilization structure that should be built, to avoid a natural disaster in the future. With the laboratory tests, the respective calculations are made to determine the characterization of the soil and its strength. Them, a seismic analysis was made with the soil profiles, analyzing the stability condition and determining the different solutions that can be given to apply the normative parameters, guaranteeing the stability of the slopes and the required roadway width. As a last step, the weather conditions of the area was analyzed to determine a possible pavement structure design; on behalf of the pavement structural design charts of the medium and high traffic volumes. The knowledge learned during the course highway geotechnical engineering was applied, beside it was done based on the standards governed of Colombia, in this case the H and A Title of NSR-10 and AASHTO-93 and INVIAS.


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OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio geotécnico y un diseño estructural de pavimento para un tramo de 100 metros de vía ubicada en el municipio de Abriaquí (Antioquia); identificando así las condiciones de estabilidad de los taludes y laderas que involucran el diseño de una estructura de pavimento, de acuerdo a la norma NSR-10 e INVIAS.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Caracterizar física y mecánicamente las propiedades de los suelos para un tramo de 100 metros de vía ubicada en el municipio de Abriaquí (Antioquia).

Estabilizar mediante el software Slide, los taludes y laderas de la zona de estudio

Implementar los parámetros establecidos en la norma sismo resistente colombiana NSR-10 e INVIAS para proyectos geotécnico viales.

Establecer las obras de estabilidad y contención necesarias para la estabilidad del tramo de 100 metros de vía

Recomendar las obras pertinentes que garanticen la vida útil, seguridad e integridad de las obras propuestas.


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INTRODUCCIÓN

Hoy en día son muchos los sistemas ingenieriles que se emplean para mejorar la calidad de vida de las personas, sin embargo, en este caso el enfoque del informe está en la geotecnia y diseño de estructuras de pavimento, específicamente la estabilidad de taludes, que busca garantizar la seguridad e integridad de los habitantes del municipio de Abriaquí departamento de Antioquia. La ubicación topográfica del municipio en estudio es propicia de generar riesgos en la estabilidad de taludes y laderas al llegarse a presentar fenómenos naturales, deslizamientos de tierra, zonas geológicas con fallas, entre otros procesos que ocurren a raíz de no darle un debido manejo a las obras horizontales que forman el diseño de una vía. Por esta razón dentro de este informe a través de una serie de información suministrada por los docentes en busca de un aprendizaje académico como sustentación de grado, se realizó un estudio geotécnico para la construcción de una vía pavimentada con una longitud de 100m, en donde tuvimos como referencia, unos registros de perforación, perfiles topográficos, estudio geológico de la zona, ensayos de laboratorio tales como humedad natural, limite líquido y plástico, granulometría y corte directo y se hizo uso del programa SLIDE para así poder determinar el factor de seguridad de la estabilidad de la zona. Para el diseño de la estructura se desarrollaron unos estudios de tránsito mediante aforos, ensayos de CBR y estudio detallado de la condición climática del municipio para poder determinar la estructura de pavimento mediante el manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos volúmenes de tránsito.


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PROBLEMÁTICA

En la actualidad el municipio de Abriaquí, presenta altos índices de accidentalidad en la vía que comunica con el municipio de Frontino, (calle 10), la cual, por sus condiciones geológicas, presenta distintos deslizamientos, lo cual provoca accidentes y cierres totales de la vía, debido a esto y al mal estado de la estructura de pavimento se han perdido vidas humanas, se ha visto afectada la economía del municipio y sus veredas, ya que no se pueden comercializar los productos y bienes producidos, a zonas de comercio en el departamento.


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JUSTIFICACIÓN

Como punto académico buscando una sustentación de grado se plantea la siguiente justificación hipotética, la cual es proteger la integridad humana de la población que se ve con la necesidad de transitar por la vía Frontino-Abriaquí, y mejorar las condiciones económicas del municipio; es necesaria hacer una intervención a un tramo de vía de 100 metros, realizando la estabilización de los taludes, y mejorando la estructura de pavimento, de tal forma que se garantice seguridad a las transeúntes y con ello generar prosperidad a la comunidad.


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1. ESTUDIO GEOTÉCNICO

1.1. LOCALIZACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

El municipio de Abriaquí pertenece a la subregión del occidente del departamento de Antioquia, limita por

el norte con los municipios de Frontino y Cañasgordas, por el este con los municipios de Giraldo y Santa

Fe de Antioquia, por el sur con los municipios de Urrao y Frontino, cuenta con 16 veredas; su clima

durante el año se encuentra entre los 23°C y los 12°C. Dentro de su geografía encontramos que su

sistema hidrográfico es agrupado en tres arterias principales y un cuarto estrato para las caídas de agua.

Encontramos el Rio Herradura, el cual recorre el municipio en una extensión de 30km de sudoeste a

noreste, el Río Abriaquí que se encuentra en límites con el municipio de Urrao, la Quebrada San Pedro

junto con otras caídas de agua que recorren el municipio. El municipio cuenta con una extensión total de

290 km2, Abriaquí se encuentra con una distancia de referencia desde Medellín de 125 km por el municipio

de Cañasgordas. (Municipio de Abriaquí, 2021).

Figura 1. Localización general de la zona de estudio. Fuente: Municipio de Abriaquí.


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1.2. LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

El proyecto se encuentra ubicado en la entrada del municipio de Abriaquí, vía Frontino-Abriaquí, por la calle 10 con Carrera 11, las coordenadas del proyecto son 6°38'0.18" latitud Norte y 76° 4'4.21" longitud Oeste.

Figura 2. Localización de la zona de estudio, Vía Frontino - Abriaquí. Fuente: Google Earth, (modificado).


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1.3. CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO

El proyecto pretende la estabilización de taludes y diseño de estructura de pavimento de 100 metros de vía en el municipio de Abriaquí, específicamente el tramo de la vía Frontino-Abriaquí que conecta al municipio desde la cabecera con el resto del departamento.

Figura 3. Plano Topografía 100 tramos de la vía Frontino - Abriaquí. Fuente: Docente Diplomado, Oscar Rodríguez, (modificado).

1.3.1. Reconocimiento de la zona de estudio

Se realiza una inspección visual por medio de la plataforma Google Earth (año 2015) de las condiciones superficiales de la zona de estudio, con el fin de identificar aspectos físicos que puedan afectar la integridad y seguridad de las obras del proyecto. De la inspección visual se infiere:

La topografía de la zona es alta

El tramo de la vía tiene un promedio de 30 metros en estructura de pavimento rígido

Hay viviendas a lo largo del proyecto

No se evidencian sistema de drenaje a lo largo de la vía

La superficie de la vía se encuentra en material clasificado.


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Se evidencian redes eléctricas.

Redes de acueducto

El estado de los taludes es natural, es decir sin ningún tratamiento u obras de estabilidad y contención.

Se presenta un alto nivel de vegetación.

Figura 4. Reconocimiento del tramo de vía en estudio. Fuente: Google Earth.



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1.4. EXPLORACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

El número mínimo de sondeos de exploración que deberán efectuarse en el terreno donde se desarrollara el proyecto se definen en la tabla H.3.2-1 de la NSR-10, título H, donde se establece una categoría Media donde se requiere una mínima profundidad de sondeo de 15 m y un número mínimo de 4 sondeos. Sin embargo, la característica del proyecto no determina una estructura en altura, la vía está al nivel de corte del terreno. Por indicación del ingeniero geotecnista docente del diplomado, se realizaron 4 perforaciones a lo largo del tramo, alcanzando profundidades máximas de 15 metros.

Tabla 1. Profundidad Perforaciones realizadas en la zona de estudio. Fuente: Elaboración propia

Perforación Profundidad (m)

P1 15

P2 10

P3 15

P4 9

NOTA: En todo caso primara el concepto del ingeniero geotecnista, quien definira la exploración necesaria siguiendo los lineamientos ya señalados, y en todos los casos, el 50% de las perforaciones,


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deberán alcanzar una profundidad por debajo del nivel de apoyo de la cimentación. En algunos casos, a juicio del Ingeniero Geotecnista responsable del estudio, se podrán reemplazar algunos sondeos por apiques o trincheras. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

1.4.1. Ensayo de Penetración estándar SPT

Consiste en medir el número de golpes necesario para que se introduzca una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que le permite tomar una muestra en su interior, naturalmente alterada. El peso de la masa y la altura de la caída libre, están normalizados, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente. (Construmática, 2014).

Figura 7. Ensayo de penetración estándar SPT. Fuente: Dr. Ing. Jorge E. Alva Hurtado

1.4.2. Procedimientos del Ensayo de Penetración Estándar

Cuando en la perforación del sondeo se alcanza la profundidad donde se efectuará la prueba, sin avanzar la entubación y viendo limpio el fondo del sondeo, se desciende el toma muestras SPT unido al varillaje hasta apoyar en el fondo con suavidad. Luego se eleva repetidamente la maza con una frecuencia constante, dejándola caer libremente sobre una sufridera colocada en la zona superior del varillaje.


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Seguidamente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30 centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 centímetros de penetracion (N15 − 30 y N30 − 45). El resultado del ensayo es el golpeo SPT o Resistencia a la Penetración Estándar:

NSPT = N15 − 30 + N30 – 45. Si el número de golpes requerido para profundizar en cualquiera de estos intervalos de 15 centímetros, supera los 50, el resultado del ensayo deja de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R), debiéndose anotar también la longitud hincada en el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. (Construmática, 2014). A continuación en la figura 8, se muestra la ubicación de las perforaciones realizadas en el lugar de estudio.

Figura 8. Vista Perforaciones en el tramo de la vía Frontino - Abriaquí. Fuente: Google Earth, (modificado).

Las muestras obtenidas de la exploración de campo deberán ser objeto de los manejos y cuidados que garanticen su representatividad y conservación. Las muestras para la ejecución de ensayos de laboratorio deberán ser seleccionadas por el ingeniero geotecnista y deberán corresponder a los diferentes materiales afectados por el proyecto.


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1.5. ASPECTOS GEOLÓGICOS REGIONALES

Figura 9. Mapa Geológico Municipio de Abriaquí. Fuente: (Ingeominas, 2005)

1.5.1. Grupo Cañasgordas (Formación Penderisco)

Las rocas sedimentarias de la Formación Penderisco del Grupo Canasgordas, se han dividido en dos miembros (Álvarez & Gonzales, 1978) de características litológicas y posición geográfica diferentes: Miembro Urrao, de composición areno arcillosa, localizado hacia el este de las planchas y regionalmente al occidente de las rocas volcánicas de la Formación Barroso, y Miembro Nutibara, localizado al occidente del anterior, de composición calcáreo liditica y separado de éste, en algunos sectores, por flujos basálticos y localmente inter digitado con éstos. (Ingeominas, 2005) Al occidente de estas unidades aparece un conjunto areno arcilloso que por litología es similar al Miembro Urrao, pero por su posición geográfica es preferible considerarlo como una unidad litológica independiente, denominada informalmente sedimentitos de El Sireno.

1.5.1.1. Miembro Urrao (K2u)

El Miembro Urrao aflora en la parte oriental de las planchas y cubre un área de 1.400 km2 aproximadamente; los mejores afloramientos se encuentran en la Plancha 129 Canasgordas, en las carreteras a Canasgordas (A-12), Frontino - Abriaqui (A, B-10, C-11), en las quebradas El Carmen (B-9), Morrogacho (B-11), Anacozca (G-12), Carmelita (B-9,10) La Mina (E-9) y La Blanquita (C-9), en el río


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Encarnación (H-8, G- 8) y cerca al páramo de Frontino (F-9,10), mientras que en la Plancha 145 Urrao aflora en la carretera Betulia – Urrao (G-12; F-12,11; E-10) y Urrao - Caicedo (B-10,11, A-11) y en el río Pen- derisco (A-7,8). (Ingeominas, 2005) Hacia el oriente, fuera de las planchas, el contacto con las vulcanitas de la Formación Barroso es normal, mientras que, hacia el oeste, esta en contacto neto a transicional con la secuencia de liditas y calizas del Miembro Nutibara y, localmente, separado de ésta por silos y derrames diabasicos y basaltos (Basaltos de La Clara - Río Calle). Localmente, los contactos con las unidades adyacentes pueden ser fallados. (Ingeominas, 2005) Esta unidad consta de una secuencia de más de 3.000 m de espesor (Toussaint, 1996; González, 1997) de sedimentos tipo flysch, plegados y fallados, que pueden interpretarse como turbiditas proximales, pero hacia el tope, cuando aparecen intercalados o transicionales a la secuencia de calizas y lidita, correspondería a turbiditas distales. Es predominantemente areno arcilloso, compuesto por conglomerados ocasionales, arenitas liticas, wacas, limolitas y lodolitas siliceas, con bancos delgados de chert y caliza hacia el tope. Aunque en el mapa no aparecen separados los diferentes tipos de roca que se encuentran en esta unidad, a continuación se describen las características de ellos, pero debe tenerse en cuenta que el contacto entre unidades litológicas, en muchos casos, no es neto, sino transicional. (Ingeominas, 2005).

1.5.2. Depósitos de talud (Qdt)

Los depositos de talud tienen una distribucion más amplia que la indicada en los mapas de las planchas 129 y 145, donde sólo se han indicado los de mayor extensión; el espesor de éstos y los del material deslizado es variable entre menos de un metro, en las cabeceras de algunos ríos y quebradas, y varios metros en los cortes de carreteras y sobre las laderas. (Ingeominas, 2005) Los taludes están formados por bloques de tamaños variable y de distintos grados de meteorización de rocas granitoides del Batolito de Mande, de rocas volcanicas basicas y, ocasionalmente, de sedimentitas, algunos de los cuales alcanzan varios metros de diámetro. En parte se encuentran como bloques sueltos y aislados, mientras otros están embebidos en una matriz ferruginosa, producto de la descomposición química de las rocas. (Ingeominas, 2005)

1.5.3. Terrazas aluviales (Qt)

Algunas zonas aluviales elevadas con respecto al cauce actual de las corrientes se han delimitado mediante fotografías aéreas y clasificado como terrazas. Por su extensión, son notables en la Plancha 129, las que se encuentran en los ríos El Cerro (A-9), Herradura (B-10), Encarnación (H-8), La Blanquita (A-4), Calle (F, G-6) y Jengamecoda (F, G-5); en la Plancha 145, en los ríos Pabón (D, E, F - 9), Penderisco (B-9), Urrao (A, B-10, B-9) y Nendo (B-4,5; C-4). (Ingeominas, 2005) Estos depositos están constituidos por gravas y bloques en una matriz arcillosa con mala selección; son resistentes a la erosión y forman salientes topográficas planas en la cima y paredes casi verticales. Su altura con respecto a la zona aluvial actual de las corrientes que delimitan es variable, pero, por lo general, es menor de 50 m. En muchas de ellas se observan evidencias de ciclos fluviales de características muy


23

diferentes, marcados por la diferencia en el tamaño de los bloques que lo constituyen y su relación con respecto al material fino que le sirve de matriz. (Ingeominas, 2005) La edad no se conoce con exactitud, pero algunas de estas terrazas están siendo erosionadas por las corrientes actuales y podrían ser del Pleistoceno; sin embargo, por no disponer de suficiente información se ha considerado todas como del Holoceno. (Ingeominas, 2005)

1.5.4. Diorita de Morrogacho (Ndmg)

La Diorita de Morrogacho constituye un stock de forma rectangular que conforma el cerro Morrogacho (Plancha 129, B, C-11,12), de donde recibe el nombre, localizado a 8 km al SW de Canasgordas (A-12) tiene feldespato potásico, varía considerablemente aun dentro de cada facies; por lo general, presenta textura pertitica y es intersticial entre plagioclasas. Hacia los contactos con los sedimentos, algunas muestras contienen cuarzo como accesorio, pero es escaso y falta en la mayoría de las muestras. Otros accesorios son circón, esfena y minerales opacos, una longitud de 3 km en dirección norte sur y 1-2 km en dirección este-oeste y una extensión aproximada de 5,6 km2. (Ingeominas, 2005) Los mejores afloramientos se encuentran en las quebradas Santa Teresa y Morrogacho (B-11) y corresponde al denominado stock de Morrogacho por Álvarez & González (1978). Es intrusivo en sedimentitas areno arcillosas del Grupo Canasgordas y forma una aureola de contacto de 250 m de amplitud donde predominan cornubianitas biotiticas (Álvarez & González, 1978). (Ingeominas, 2005)

1.6. ASPECTOS GEOLÓGICOS ESTRUCTURALES

1.6.1. Falla Abriaquí

La Falla Abriaqui esta situada 10 km al sur de Abriaquí (Plancha 129, C-11) con rumbo N50°W y buzamiento subvertical, con una traza moderadamente recta. Se extiende por 35 km desde Abriaqui al sur hasta Dabeiba (Plancha 114 Dabeiba) al norte. Al norte de Abriaqui tiene una expresión morfológica clara definida por el alineamiento de corrientes, boquerones, cambios bruscos de pendiente y ríos desplazados en sentido lateral izquierdo. En esta área, Page (1986) indica que dos ramales de la falla principal desplazan abanicos de escombros del Cuaternario y considera para ella un grado de actividad bajo a moderado. (Ingeominas, 2005)


24

Figura 10. Mapa Geología Estructural Municipio de Abriaquí. Fuente: (Ingeominas, 2005)


25

1.7. ANÁLISIS MULTITEMPORAL

Se realiza un análisis a través de los años para la zona de estudio, mediante imágenes satelitales que permitan identificar de manera visual, cambios en la capa superficial del suelo, que puedan ser indicios de procesos morfo dinámicos.

1.7.1. Año 2015

Para el año 2015 se evidencia que los taludes que involucran el tramo de vía en estudio en una cubierta vegetal y árboles de gran tamaño, los procesos antrópicos no han sido indicadores de que se estén presentando construcciones u otro uso del suelo por parte de la comunidad.

Figura 11. Análisis multitemporal año 2015. Fuente: Google Earth Modificado.

NOTA: a partir de Google Earth solo se pudo tener información satelital para el año 2015, lo cual impide realizar de la mejor manera el análisis multitemporal para la zona de estudio.


26

1.8. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DEL SUELO

1.8.1. Propiedades básicas de los suelos

Las propiedades básicas mínimas de los suelos a determinar con los ensayos de laboratorio son: peso unitario, humedad y clasificación completa para cada uno de los estratos o unidades estratigráficas y sus distintos niveles de meteorización. Igualmente debe determinarse como mínimo las propiedades de resistencia en cada uno de los materiales típicos encontrados en el sitio mediante compresión simple o corte directo en suelos cohesivos, y corte directo o SPT en suelos granulares. (Ministerio de Ambiente, 2010).

Tabla 2. Cantidad de Ensayos de laboratorio. Fuente: Elaboración propia

Tipo de Ensayo Norma Técnica Cantidad Realizada

Humedad Natural INV E – 122 – 07 12

Limite Liquido y Limite Plástico

INV E – 125 – 07 INV E – 126 – 07

3

Granulometría Tamizado INV E – 123 – 07 6

Corte directo CD INV E – 154 – 07 1

Total ensayos realizados 22

NOTA: El tipo y número de ensayos depende de las características propias de los suelos o materiales rocosos por investigar, del alcance del proyecto y del criterio del ingeniero geotecnista. El ingeniero geotecnista ordenara los ensayos de laboratorio que permitan conocer con claridad la clasificación, peso unitario y permeabilidad de las muestras escogidas. Igualmente, los ensayos de laboratorio que ordene el ingeniero geotecnista deben permitir establecer con claridad las propiedades geomecanicas de compresibilidad y expansión de las muestras escogidas, asi como las de esfuerzo-deformacion y resistencia al corte ante cargas monotonicas. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)

1.8.2. depósitos Intermareales

El material determinado en la estratigrafía de la zona de estudio denominado depósito de material, presenta una humedad natural que va desde 12.28% a 33.17%, el límite liquido varía desde 37.36% a 46.77%, el límite plástico 29.28% a 31.63%, el índice de plasticidad varía desde 6.84% a 17.49%. La granulometría de los materiales presenta un % de gravas que varía desde 0.0% a 9.49%, el % de arenas varía desde 7.4% a 74.14%, y el % de finos varía desde 25.86% a 92.6%.


27

Tabla 3. Perfil estratigráfico. Fuente: Elaboración propia

Profundidad ESTRATIGRAFÍA

[m] S1 S2 S3 S4

0,73 DEPOSITOS

INTERMAREALES DEPOSITOS



INTERMAREALES 1,73

2,73

3,73

DEPOSITOS INTERMAREALES

SATURADO


SATURADO


SATURADO


SATURADO

4,73

5,73

6,73

7,73

8,73

9,73

10,73

11,73

12,73

13,73

14,73

Tabla 4. Propiedades físicas depósitos Intermareales. Fuente: Elaboración propia

La clasificación unificada USCS determina materiales ML (Limos de baja plasticidad con arenas) y SM (arenas limosas)

% Fondo %GRAVA %ARENA %FINOS

1 17,22% 46,77 29,28 17,49 0 1,78 26,97 71,25 ML Limo de baja plasticidad con arena Ml A-7-5 Suelo arcilloso

1 21,30% 0 1,25 57,88 40,87

1 19,63% 0 0 70,86 29,14

1 21,39% 0 0 58,92 41,08

2 17,14% 42,83 31,63 11,2 0 0 58,92 41,08 SM Arena limosa SM A-7-5 Suelo arcilloso

2 25,58% 0 0,82 43 56,18

2 17,84% 0 0,09 58,55 41,36

3 17,76% 37,36 30,52 6,84 0 9,49 33,51 57 ML Limo baja plasticidad arenoso ML A-4 Suelo limoso

3 33,17% 0 0 7,4 92,6

3 25,05% 0 0 20,72 79,28

3 28,07% 0 0 74,14 25,86

4 12,28%

4

4

Clasificación Grupo U.S.C. Clasificación AASHTOMuestra Nº

Clasificació

n Grupo

U.S.C.

L.L. % L.P. % I.P. %Humedad a la Prof.


28

1.8.3. Nivel Freático

A partir de la exploración de campo se determina la profundidad del nivel freático

Tabla 5. Profundidad Nivel Freático. Fuente: Elaboración propia

Perforación Profundidad (m)

P1 2.73

P2 2.73

P3 2.73

P4 2.73

1.9. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DEL SUELO

1.9.1. Corte Directo CD

Mediante este ensayo se determinan los parámetros de resistencia de suelo tales como Angulo de fricción y Cohesión.

Tabla 6. Ensayo Corte directo CD S4-M4. Fuente: Elaboración propia

200

158,11

400

310,226

600

460,469

Esfuerzo Axial (kPa)

Esfuerzo Cortante (kPa)




CORTE DIRECTO MODALIDAD CD PUNTO B

CORTE DIRECTO MODALIDAD CD PUNTO C


CORTE DIRECTO MODALIDAD CD PUNTO A

ENSAYO DE CORTE DIRECTO MODALIDAD CD SONDEO 4

MUESTRA 4


29

Figura 12. Envolvente de falla, depósitos Intermareales, corte directo CD. Fuente: Elaboración propia.

A partir de la figura 12, se determina la envolvente de falla del material depósitos intermareales por corte directo CD, una cohesión de 7.24 kPa y Ángulo de fricción de 37.1º.

1.9.2. Estimativos de parámetros efectivos de resistencia con el spt

Se presenta un método aproximado de evaluación de los parámetros efectivos de resistencia c' y φ', mediante el empleo de los datos de SPT (N en golpes/pie). Aunque el método provee valores estimados, se obtienen resultados razonables útiles iniciales, especialmente para materiales granulares o intermedios, siendo menos aproximados para materiales cohesivos. (Alvaro J. Gonzalez G, 1999).

1.9.3. Procedimiento

El procedimiento para obtener valores aproximados de valores efectivos de resistencia c' y φ’ con SPT es el siguiente, teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente: a) Obtener el valor de N (golpes/pie) en campo, con la profundidad respectiva e identificar al tipo de suelo en el cual se hizo el ensayo. b) Colocar al ensayo la profundidad media entre las dos lecturas de golpes que se usen c) Obtener o estimar el valor del peso unitario total de la muestra, preferentemente en el sitio. Esta se puede obtener de la muestra de la cuchara perdida, pero corrigiendo el area por la

y = 0,7559x + 7,2427

R² = 1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 100 200 300 400 500 600 700

Esf

uerz

o C

orta

nte

(kP

a)


Envolvente de falla Esfuerzo Axial VS Esfuerzo Cortante Depósitos Intermareales


30

compresión que sufre la muestra al entrar al muestreador. d) Obtener lo más fiablemente posible la posición del nivel piezometrico e) Calcular el valor de los esfuerzos totales (σ), la presión de poros (uw) y los esfuerzos efectivos (σ’ = σ - uw) para toda la columna de ensayo. Hay que tener en cuenta que el material puede estar saturado y la presión de poros puede ser negativa hasta la altura de capilaridad. f) El valor de N45 para Colombia se corrige por confinamiento con la formulación de Cn de Seed- Idriss (Marcuson), Fórmula (5f), teniendo cuidado que Cn ≤ 2. g) Se obtiene el valor de φeq’ con la fórmula de Kishida (8c). h) Se calcula el valor de τ = σ’ × tan(φeq’) i) Se agrupan los valores de τ y σ’ por tipos de materiales j) Se hace la regresión τ vs σ' para cada tipo de material y se obtienen c' y tanφ’. Si en la regresión resulta c' < 0, se obliga a la regresión a pasar por cero. k) Se puede obtener el φ’ mínimo de cada material haciendo φ’ mínimo = φeq’ mínimo k) Se colocan los resultados en un diagrama c' - tanφ' y si son materiales del mismo origen geológico, los puntos normalmente se alinean en forma aproximada.

Figura 13. Envolvente de falla, depósitos Intermareales, correlaciones. Fuente: Elaboración propia.

A partir de la figura 13, se determina la envolvente de falla del material depósitos intermareales por correlaciones del SPT, una cohesión de 0 kPa y Ángulo de fricción de 29º.

y = 0,5547x - 7,0149

-20,00

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0

Esf

uerz

o C

orta

nte

(kP

a)


Envolvente de falla Esfuerzo Axial VS Esfuerzo Cortante Depósitos Intermareales


31

S1

S2

S3

S4

Figura 14. N SPT y N 45. Fuente: Elaboración propia.

A continuación, se determinan los parámetros mecánicos del material Depósitos Intermareales.

Tabla 7. Propiedades mecánicas Depósitos Intermareales. Fuente: Elaboración propia

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Pro

fun

did

ad

[m

]NSPT [golpes/pie]

DEPÓSITOS INTERMAREALES

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Pro

fun

did

ad

[m

]

N45 [golpes/pie]

DEPÓSITOS INTERMAREALES


32

Parámetros mecánicos

Cohesión 7,24 kPa

Angulo de Fricción 37,1 º

Peso Específico húmedo 17,2 kN/m3

Peso Específico Saturado 17,6 kN/m3

1.10. PARAMETROS SÍSMICOS

1.10.1. Perfil del suelo

En cuanto a correlaciones con velocidades de onda de corte, es claro que a pesar de que la realización de ensayos para la determinación de perfiles de Vs es relativamente fácil y que los costos resultan marginales comparados con las perforaciones tradicionales, su ejecución no se ha extendido en país. Debido a ello, en muchas oportunidades se acude a la utilización de correlaciones empíricas basadas en pruebas desarrolladas en diferentes partes del mundo (Imai y Yoshimura, 1970; Ohba y Toriumi ,1970; Hara et al., 1974; Imai, 1977; Ohta y Goto, 1978; Wroth, 1979; Imai y Tonouchi, 1982; Okamoto, 1989; Japan Road Association, 2002, Alfaro, (2007), entre otras). (Javier Alexander Aponte Gonzalez, 2011)

Tabla 8. Ecuaciones Correlaciones entre valores de N y Vs. Fuente: (Javier Alexander Aponte Gonzalez, 2011)

A partir de las ecuaciones anteriormente mencionadas en la tabla 8, con los resultados del ensayo SPT en campo se procede a calcular el perfil del suelo en función de las velocidades de onda.

Tabla 9. Correlaciones entre valores de N y Vs. Fuente: Elaboración propia


33

De la tabla 9, da como resultado un promedio de 302,95 Vs.

Tabla 10. Correlaciones entre valores de N y Vs Fuente NSR-10.

Clasificación Geológica

Profundidad S1 S2 S3 S4 Promedio

[m] Vs Vs Vs Vs Vs

DEPÓSITO INTERMAREALES

0,73 199,96 180,97 190,61 199,96 192,87

1,73 204,44 231,42 222,63 222,63 220,28

2,73 259,92 259,92 207,17 143,88 217,72

3,73 294,76 318,24 294,76 333,53 310,32

4,73 146,89 229,32 181,02 170,27 181,87

5,73 192,64 314,15 257,11 221,62 246,38

6,73 213,46 331,15 275,32 232,04 262,99

7,73 233,17 324,74 268,15 428,37 313,61

8,73 277,65 325,93 310,19 492,60 351,59

9,73 295,16 480,09 206,66

327,30

10,73 312,24

335,81 324,02

11,73 336,75 344,47 340,61

12,73 368,20 368,20 368,20

13,73 384,02 384,02 384,02

14,73 485,27 519,75 502,51


34

El procedimiento que se emplea para definir el tipo de perfil de suelo se basa en los valores de los parámetros del suelo de los 30 metros superiores del perfil, medidos en el sitio que se describieron en A.2.4.3. La clasificación se da en la tabla A.2.4-1. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) De tal forma los resultados determinan un perfil de suelo D.

1.10.2. Zona de Amenaza Sísmica

El municipio de Abriaquí presenta los siguientes coeficientes

Aa: 0,20 Av: 0,25 Ae: 0,13 Ad: 0,07

La zona de amenaza sísmica para el municipio de estudio es ALTA.

1.10.3. Coeficiente Fa

En la tabla A.2.4-3 se dan los valores del coeficiente Fa que amplifica las ordenadas del espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el rango de periodos cortos del orden de T0. Para valores intermedios de Aa se permite interpolar linealmente entre valores del mismo tipo de perfil.

Tabla 11. Tabla A.2.4-3, valores del coeficiente Fa, para la zona de periodos cortos del espectro. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)

De la tabla 11, se determina un Fa igual a 1,4.


35

1.10.4. Coeficiente Fv

En la tabla A.2.4-4 se dan los valores del coeficiente Fv que amplifica las ordenadas del espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el rango de períodos intermedios del orden de 1 s. Para valores intermedios de Av se permite interpolar linealmente entre valores del mismo tipo de perfil.

Tabla 12. Tabla A.2.4-4, valores del coeficiente Fv, para la zona de periodos cortos del espectro. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)

De la tabla 12, se determina un Fv igual mediante interpolación dando así el siguiente resultado

Av: 0,20 > Fv: 2,0 Av: 0,30 > Fv: 1,8

Av: 0,25 > Fv: 2,0+1,8

2 = 1,9

1.10.5. Coeficiente de Importancia (I)

El Coeficiente de Importancia, I, modifica el espectro, y con ello las fuerzas de diseño, de acuerdo con el grupo de uso a que este asignada la edificación para tomar en cuenta que para edificaciones de los grupos II, III y IV deben considerarse valores de aceleración con una probabilidad menor de ser excedidos que aquella del diez por ciento en un lapso de cincuenta años considerada en el numeral A.2.2.1. Los valores de I se dan en la tabla A.2.5-1. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

Tabla 13. Tabla A.2.5-1, valores del coeficiente de importancia, I. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)


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A partir de la tabla 13, se determina un coeficiente de importancia 1,00, (Grupo I), estructuras de ocupación normal, es decir todas las edificaciones cubiertas por el alcance de este Reglamento, pero que no se han incluido en los Grupos II, III y IV. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

1.11. ANALISIS DE ESTABILIDAD

1.11.1. Espectro de aceleraciones

La forma del espectro elástico de aceleraciones, Sa expresada como fracción de la gravedad, para un coeficiente de cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el diseño, se da en la figura 15 y se define por medio de la ecuación A.2.6-1, con las limitaciones dadas en A.2.6.1.1 a A.2.6.1.3. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

Figura 15. Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como fracción de g. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

1.11.1.1. Componente Horizontal

En análisis dinámico, solo para modos diferentes al fundamental en cada dirección principal en planta se dan por la siguiente ecuación:

𝐴𝑎 ∗ 𝐹𝑎 ∗ 𝐼

Para efectos del análisis y diseño de taludes, se debe emplear la aceleración máxima del terreno, amax obtenida bien sea de un espectro (aceleración del espectro de diseño para periodo cero) o por medio de análisis de amplificación de onda unidimensionales o bidimensionales, correspondiente a los movimientos


37

sísmicos definidos en el Capítulo A.2, particularmente en los numerales A.2.1, A.2.2, A.2.3, A.2.4 Y A.2.5. En caso de que el sitio objeto de análisis haga parte de un estudio de microzonificación sísmica aprobado, se utilizara la aceleración máxima superficial del terreno establecida en el espectro de diseño respectivo en lugar de lo estipulado en la sección A.2. El coeficiente sismico de diseño para análisis seudoestatico de taludes KST tiene valor inferior o igual al de amax y se admiten los siguientes valores mínimos de KST amax , dependiendo del tipo de material térreo (reforzado o no) y del tipo de análisis. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 = 𝐴𝑎 ∗ 𝐹𝑎 ∗ 𝐼 ∗ 𝐾𝑆𝑇/𝐴𝑚𝑎𝑥

Tabla 14. Tabla H.5.2-1, valores de KST amax Mínimos para Análisis Seudoestatico de Taludes Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)

Dado que el material es suelos, enrocados y macizos rocosos muy fracturados (RDQ < 50%), se determina un Kst/ Amax igual a 0,80

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,20 ∗ 1,4 ∗ 1,00 ∗ 0,80

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,224

1.11.1.2. Componente Vertical

Cuando se utilice la componente vertical de los movimientos sísmicos de diseño, como mínimo debe tomarse como las dos terceras partes de los valores correspondientes a los efectos horizontales, ya sea en el espectro de diseño, o en las familias de acelerogramas, de contar en este caso con solo registros horizontales (Véase A.5.4.6). En caso de usar acelerogramas reales podra emplearse la aceleración vertical registrada con el ajuste equivalente que se haya realizado a las componentes horizontales.

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 =2

3∗ 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙


38

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 =2

3∗ 0,224

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 = 0,149

1.11.2. Valores del factor de seguridad geotécnico básico FSB

En cualquier caso, los Factores de Seguridad Básicos FSB aplicados al material terreo (suelo, roca o material intermedio) no deben ser inferiores a los Factores de Seguridad Básicos Mínimos FSBM o FSBUM de la tabla H.2.4-1. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

Tabla 15. Tabla H.2.4-1, Factores de Seguridad Básicos Mínimos Directos Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)

Para condición estática el diseño de taludes en Slide se debe garantizar un FS igual o superior a 1,5; para condición seudo-estatico se debe garantizar un FS igual o superior a 1,05. A continuación, en la figura 16, se muestran los perfiles para el análisis de estabilidad, seleccionado según ubicaciones de perforaciones realizadas.

Figura 16. Perfiles para el análisis de estabilidad. Fuente: Topografía entregada por el docente del diplomado.


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1.11.3. PERFIL 1

Figura 17. Perfil 1, cortes de talud estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 17 muestra el perfil 1 en las condiciones actuales que es cortes de talud para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto, con inclinaciones de 70º. A nivel de estabilidad en estado estático se obtiene un FS de 0.957 por GLE/ Morgenstern-Price, esto indica que el talud esta inestable ya que no es igual o mayor a 1.5 requerido por la NSR-10. Para el análisis estático.


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Figura 18. Perfil 1, cortes de talud estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 18 muestra el perfil 1 en las condiciones actuales que es cortes de talud para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto. A nivel de estabilidad en estado seudo-estatico se obtiene un FS de 0.847, por GLE/ Morgenstern-Price, esto indica que el talud esta inestable ya que no es igual o mayor a 1.05 requerido por la NSR-10. Para el análisis seudo-estático.


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Figura 19. Perfil 1, Talud Proyectado estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 19 muestra el perfil 1 con las obras de estabilidad y contención necesarias para garantizar la estabilidad de los taludes para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto, logrando obtener un FS de 2.05, el cual es mayor a 1.5 requerido por la NSR-10 estado estático. Se realizan las siguientes obras:

Obras de drenaje Drenes sub-horizontales de 15 metros de profundidad, inclinados a 5º del ángulo horizontal. Rondas de coronación y cunetas en las patas de los taludes

Obras de Estabilidad Anclajes activos de 17 metros de profundidad, inclinados a 20º del ángulo horizontal, con 3 torones de 10 toneladas

Obras de Contención Muro en voladizo de 4.5 metros de altura Lleno estructural con material de corte homogéneo.


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Figura 20. Perfil 1, Talud Proyectado estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 20 muestra el perfil 1 con las obras de estabilidad y contención necesarias para garantizar la estabilidad delos taludes para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto, logrando obtener un FS de 1.3 el cual es mayor a 1.05 requerido por la NSR-10 en estado seudo-estático. Se realizan las siguientes obras:


Obras de Estabilidad Anclajes activos de 17 metros de profundidad, inclinados a 20º del ángulo horizontal, con 3 torones de 10 toneladas

Obras de Contención Muro en voladizo de 4.5 metros de altura Lleno estructural con material de corte homogéneo.


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1.11.4. PERFIL 2

Figura 21. Perfil 2, cortes de talud estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 21 muestra el perfil 2 en las condiciones actuales que es cortes de talud para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto. A nivel de estabilidad en estado estático se obtiene un FS de 1.090 por GLE/ Morgenstern-Price, esto indica que el talud esta inestable ya que no es igual o mayor a 1.5 requerido por la NSR-10. Para el análisis estático.


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Figura 22. Perfil 2, cortes de talud estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 22 muestra el perfil 2 en las condiciones actuales que es cortes de talud para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto. A nivel de estabilidad en estado seudo-estático se obtiene un FS de 0.805 por GLE/ Morgenstern-Price, esto indica que el talud esta inestable ya que no es igual o mayor a 1.05 requerido por la NSR-10. Para el análisis seudo-estático.


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Figura 23. Perfil 2, Talud Proyectado estado estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 23 muestra el perfil 2 con las obras de estabilidad y contención necesarias para garantizar la estabilidad de los taludes para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto, logrando obtener un FS de 1.80, el cual es mayor a 1.5 requerido por la NSR-10 estado estático . Se realizan las siguientes obras:


Obras de Estabilidad Recubrimiento en concreto lanzado de 10 cm de espesor


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Figura 24. Perfil 2, Talud Proyectado estado seudo-estático. Fuente: Realización propia, en software Slide V06.

OBSERVACIONES: La figura 24 muestra el perfil 2 con las obras de estabilidad y contención necesarias para garantizar la estabilidad de los taludes para la vía y demás obras civiles en la zona del proyecto, logrando obtener un FS de 1.128 el cual es mayor a 1.05 requerido por la NSR-10 en estado seudo-estático. Se realizan las siguientes obras:


Obras de Estabilidad Recubrimiento en concreto lanzado de 10cm de espesor.


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1.12. OBRAS DE CONTENCIÓN

Las estructuras de contención proporcionan soporte lateral, temporal o permanente, a taludes verticales o cuasi verticales de suelo, enrocado o macizos rocosos muy fracturados o con discontinuidades desfavorables. Las estructuras de contención pueden ser autónomas, que soporten directamente las solicitudes de los materiales por contener, o que involucren a dichos materiales con ayuda de refuerzos, para que éstos participen con sus propiedades a soportar dichas solicitudes en forma segura. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010). Las estructuras de contención propuesta para el proyecto es muros en voladizo (con o sin contrafuertes).

1.12.1. Consideraciones de diseño

En el diseño de estructuras de contención se deben tener en cuenta las condiciones externas a que puede estar sometida, tales como las sobrecargas por otras estructuras, los procesos de construcción, las presiones hidrostáticas, las cargas de anclaje, las cargas de trafico, las características del relleno, el sistema de drenaje, procesos de socavación o de oleaje (en vecindad de cuerpos de agua), efectos sísmicos y efectos de temperatura. También debe tenerse en cuenta el tiempo de servicio esperado de la estructura. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010). Las fuerzas actuantes sobre un muro de contención se considerarán por unidad de longitud. Las acciones que se deben tomar en cuenta, según el tipo de muro serán las siguientes.

1.12.1.1. Presión de tierras

La presión que las tierras ejercen sobre la estructura que las contiene mantiene una estrecha interacción entre una y otro. Depende, en términos generales del desplazamiento del conjunto, asi: en el estado natural sin deformaciones laterales, se dice que la presión es la del reposo; si el muro cede, la presión disminuye hasta un mínimo que se identifica como el estado activo; si por el contrario, el muro se desplaza contra el frente de tierra, la presión sube hasta un máximo que se identifica como el estado pasivo. Si el desplazamiento del muro es vertical o implica un giro sobre la base, su distribucion debe ser lineal o similar a la hidrostática; si el giro se efectúa alrededor del extremo superior del muro, la distribucion debe adoptar una forma curvilínea. Los desplazamientos relativos se presentan en la figura H.6.4-1, y se cuantifican en la tabla H.6.4-1. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).


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Figura 25. Variación del coeficiente de presión de tierras, K, con el desplazamiento. Fuente: (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010)

Con la finalidad de estabilizar y mantener el confinamiento de los llenos al proyecto, para un muro de 4.5 metros. La presión lateral de tierra para u se considerará como Presión Activa para un terraplén inclinada y se calcula por el método de Rankine. La fuerza por unidad de área para las condiciones del terreno se debe obtener mediante la siguiente ecuación:

σa = γZKa′ cos α

Dónde: γ: Peso unitario del suelo

Ka′ :Coeficiente activo de Rankine

α: Ángulo del talud respecto a la horizontal Z:Altura del muro de contención El coeficiente de presión activo se identifica con un desplazamiento menor del muro en el sentido contrario al del banco de tierra que contiene. El valor del coeficiente activo de presión de tierras es entonces, Ka . Los empujes sobre muros de contención podrán considerarse de tipo activo solamente cuando haya


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posibilidad de deformación suficiente por flexión o giro alrededor de la base (por ejemplo gaviones). En caso contrario y en particular cuando se trate de muros perimetrales de cimentación en contacto con rellenos, los empujes considerados deberán ser por lo menos los del suelo en estado de reposo más los debidos al equipo de compactación del relleno, a las estructuras colindantes y a otros factores que pudieran ser significativos. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) Se obtiene a partir de la siguiente ecuación:

Ka′

= (1

cos2 ∅′) {(2 cos2 α) + [2 (

c′

γZ) cos ∅′ sin ∅′]

− √4 cos2 α (cos2 α − cos2 ∅′) + 4 (c′

γZ)

2

cos2 ∅′ + 8 (c′

γZ) cos2 α cos ∅′ sin ∅′} − 1

Dónde:

∅′: Angulo de fricción del suelo α: Angulo de inclinación del talud, es igual a cero.

c′: Cohesión del suelo γ: Peso unitario del suelo

Z: Altura del muro de contención La fuerza por unidad de longitud para las condiciones del terreno se debe obtener mediante la siguiente ecuación:

Pa =1

2σaZ + Ka

′ qZ

Dónde: σa: Fuerza sobre el muro por unidad de área

Z:Altura del muro de contención De acuerdo con lo anterior se tienen los siguientes resultados:

Tabla 16. Resumen empujes estáticos. Fuente: Elaboración Propia

Ka′ 0.25

𝑷𝒂 [kN/m] 12.77


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1.12.1.1.1. Coeficiente de empuje en reposo

En este caso el coeficiente de empuje en reposo depende del estado tensional del suelo debido a los esfuerzos tectónicos a los que haya sido sometido el terreno y al grado de consolidación.

No obstante, como aproximación se podrían emplearse las siguientes ecuaciones:

Donde:

K0 = Coeficiente de empuje en reposo

∅′ = Angulo de fricción interna del suelo

OCR = Relación de sobre consolidación

Tabla 17. Coeficiente de empuje pasivo. Fuente: Elaboración Propia

K0 0.39

1.12.1.1.2. Coeficiente de empuje dinámico

Para el coeficiente de empuje dinámico se utilizó la teoría de Mononobe Okabe, criterio más usado para considerar el efecto del sismo en la estructura de contención la cual está sujeta a fuerzas horizontales y verticales inducidas por el sismo Calculándose por las siguientes ecuaciones:

Dónde:

EAT= Empuje activo Total

𝐸𝐴𝑇 = 𝐸𝐴𝐸 + 𝐸𝐴𝐷


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EAE = Empuje activo Estático

EAD = Empuje activo Dinámico

Dónde:

EAT= Empuje activo total (Estático más Dinámico)

H = Altura del Muro

Kv = Coeficiente Sísmico de aceleración Vertical

= Peso Específico del material

Dónde:

EPT= Empuje Pasivo total (Estático más Dinámico)

H = Altura del Muro

Kv = Coeficiente Sísmico de aceleración Vertical

= Peso Específico del material

Tabla 18. Resumen empujes con sismo. Fuente: Elaboración Propia

KAD 0.47

KPD 4.46

𝐸𝐴𝑇 =1

2𝐻2(1 − 𝐾𝑉)𝐾𝐴𝐷

𝐸𝑃𝑇 =1

2𝐻2(1 − 𝑘𝑣)𝐾𝑃𝐷


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1.13. OBRAS DE ESTABILIDAD

1.13.1. Concreto lanzado con malla electrosoldada

En taludes conformados por roca de mala calidad, en los cuales la adherencia entre el concreto lanzado con la superficie del talud es baja, se debe utilizar una malla electrosoldada para aumentar la resistencia y la protección del talud. (EPM, 2018) Se debe fijar al talud una malla electrosoldada, con sus respectivos elementos de anclaje según las especificaciones presentadas en el diseño. Se debe tener especial cuidado al instalar la malla, ya que se busca que ésta quede despagada del talud, de tal forma que cuando se lance el concreto se obtenga un recubrimiento a ambos lados de esta. Asi mismo, se deben dejar instalados los sistemas de drenaje necesarios que se indiquen en el diseño, previo a la aplicación del concreto. (EPM, 2018)

1.13.2. Vegetalización en Vetiver (Vetiveria Zizanioides)

Los pastos ayudan a controlar diferentes factores que influyen en la inestabilidad de los taludes, ya que permiten el aislamiento del suelo de las fuerzas de tracción que genera el flujo de agua de escorrentía, adicionalmente, las raíces conforman una red densa que refuerza el suelo superficial aumentando su resistencia al corte y a la erosión. Lo anterior es válido para la profundidad de anclaje de las raíces (normalmente entre 0,30 m – 0,50 m), en los casos en los que se tengan indicios de procesos de inestabilidad a profundidades mayores, se deben evaluar métodos de protección adicionales. El trabajo consiste en la ejecución de una regeneración del material vegetal sobre los taludes mediante la siembra de pasto, cuya semilla debe adaptarse la zona del proyecto. (EPM, 2018)

1.13.3. Anclajes Activos

Para ejecutar un anclaje se introduce la armadura en una perforación previamente realizada en el terreno al que quedan unidos con la lechada de cemento que se inyecta a continuación. Las operaciones, por tanto, son las siguientes:

Perforación.

Colocación del cable o bulón y ejecución del bulbo de anclaje para su fijación en el fondo de la perforación.

Inyección de la lechada y cierre de la cabeza del anclaje.

Tensado del cable, en su caso. La perforación, normalmente a rotación o roto percusión, desde 68 mm de diámetro para barras de 25 mm, hasta más de 200 mm para anclajes más complejos.


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En cuanto al resto de sus componentes, los anclajes pueden ser diferentes en función de la resistencia del propio anclaje y del terreno. (Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera , 2018)

Figura 26. Esquema cunetas propuestas para el diseño. Fuente:

El dispositivo más frecuente es un obturador o casquillo expansivo. La inyección en esta zona se efectúa a través de una tubería de PVC situada en el interior de la vaina que cubre el cable, a una presión que puede llegar a unos 2,5 – 3,0 MPa. Estas tuberías van provistas de válvulas anti retorno que pueden taponarla a diferentes profundidades para obtener una mayor penetración al inyectar. (Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera , 2018) Una vez asegurado el empotramiento, se tensa el cable con gatos hidráulicos bloqueando el extremo en la placa de anclaje con tuercas o conos de anclaje controlando el diagrama de tensiones-alargamientos, que debe coincidir con el teórico si la fijación en el fondo es efectiva. (Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera , 2018)


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Con el cable en tensión, se inyecta la lechada en el resto de la perforación a una presión del orden de 3 MPa. No deben pasar más de 8 – 12 horas tras la perforación para minimizar la alteración y descompresión de las paredes del terreno. Con la rosca sana, los esfuerzos del cable pueden transmitirse al terreno directamente a través de la lechada; en caso contrario, que es lo más común, independizando la armadura del terreno por medio de una vaina en la que se inyecta la lechada y los productos anticorrosión. La lechada se dosifica con abundante cemento, con una relación agua/cemento entre 0,4 y 0,6 (0,4 para sellado entre la armadura y las vainas anticorrosión. Es necesario el uso de aditivos. El fraguado tarda de 3 a 7 días. (Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera , 2018).

1.14. OBRAS DE DRENAJE

1.14.1. Cunetas

El agua de escorrentía debe ser desviada antes de que penetre al área en las inmediaciones de la corona del talud, para esto se deben construir cunetas en las líneas perimetrales y de coronación. (EPM, 2018) Las cunetas deben construirse según lo que indiquen los planos de diseño del proyecto. En caso contrario se deben seguir las siguientes recomendaciones:

Se debe conformar el terreno de apoyo excavando o llenando hasta cumplir con la pendiente indicada por la Interventoría, y de acuerdo con las dimensiones y diseño señalados en esquema adjunto. Todo el material inadecuado debe ser retirado y sustituido por un material apropiado, previamente aprobado por la Interventoría. El material de apoyo debe ser compactado dando un acabado fino y firme a la superficie. (EPM, 2018)

La base para la cuneta debe ser humedecida y apisonada por métodos manuales o mecánicos hasta que quede firme antes de vaciar el concreto. Las juntas de dilatación deben ser del tipo planas sin mortero. Las juntas deben construirse formando ángulo recto con el eje longitudinal. Cuando la pendiente de la cuneta sea igual o mayor al 5%, se deben construir llaves de concreto de 0,15 m de profundidad por 0,20 m de ancho y 0,20 m de largo, separadas cada 10 m. (EPM, 2018)

El recorrido de las aguas lluvias por las cunetas no debe exceder 150 m. La posición de las obras de desagüe de éstas debe ser definida por la Interventoria. Las cunetas deben presentar alineamientos y pendientes uniformes, sin que se presenten quiebres que den mal aspecto o causen empozamientos. (EPM, 2018).

1.14.2. Rondas de coronación

Cuando en los taludes exista una capa orgánica de alta permeabilidad, de poco espesor y una alta cobertura vegetal se debe implementar una ronda de coronación, que consiste en una cuneta de piedra pegada o una cuneta flexible. (Alba Cecilia Jaramillo Gómez, 1999)


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La zanja de coronacion a implementar en algunos taludes donde existe buena cobertura vegetal, la capa orgánica posee una alta permeabilidad y a su vez es de poco espesor, podra sustituirse por una ronda de coronacion, para garantizar la adecuada captación de las aguas superficiales generadas en la corona del talud. (Alba Cecilia Jaramillo Gómez, 1999)

Figura 27. Esquema cunetas y ronda de coronación, propuestas para el diseño. Fuente: (EPM, 2018).

1.14.3. Drenes sub-horizontales

El objetivo general del drenaje subsuperficial de una carretera es la eliminación del agua del suelo o infiltrada que la puedan afectar, con el fin de garantizar la estabilidad de la plataforma, la de la estructura del pavimento y la de los taludes de la carretera.

Los sistemas de drenaje subsuperficial deben cumplir las siguientes funciones basicas para minimizar los impactos del agua interna en los proyectos viales:

Abatir el nivel freático en el area de la carretera, en los taludes de los cortes y los rellenos y en las fundaciones de los terraplenes y de las estructuras viales.

Interceptar las filtraciones subterráneas para impedir afloramientos de agua en el pavimento.

Drenar el agua superficial que se infiltre en el pavimento y en las estructuras de contención.

Colectar las descargas de los diferentes sistemas de drenaje subsuperficial.

Los drenes horizontales, tambien conocidos como drenes subhorizontales o de penetración, estan constituidos por tuberias de poco diametro con pequeñas perforaciones o ranuras, las cuales se instalan con una ligera inclinación ascendente en los taludes de cortes o terraplenes para drenar aguas internas y aliviar presiones de poros, lo que trae como consecuencia un incremento en su estabilidad. Una de las ventajas de los drenes horizontales es su posibilidad de drenar el agua y/o abatir las presiones de poros


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a profundidades inaccesibles para otros elementos de subdrenaje más convencionales. (Instituto Nacional de vias, 2009) El efecto práctico de un sistema de drenes horizontales es introducir dentro del terreno una frontera con presion nula. Si la presion del agua en la zona donde se instalan los drenes es superior a la atmosférica, se crea entre la fila de drenes y su zona aledaña un gradiente hidráulico que hace fluir el agua hacia los drenes, los cuales la trasladan luego hacia el exterior por el efecto gravitacional. (Instituto Nacional de vias, 2009)

Figura 28. Esquema cunetas y ronda de coronación, propuestas para el diseño. Fuente: Elaboración propia, Software Slide V06.


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1.15. RECOMENDACIONES GEOTECNICAS GENERALES

1.15.1. Secuencia de excavacion

El procedimiento de excavacion debera asegurar que no se rebasen los estados limite de servicio (movimientos verticales y horizontales inmediatos y diferidos por descarga en el area de excavacion y en la zona circundante). De ser necesario, la excavacion se realizara por etapas, segun un programa que se incluira en la memoria de diseño, señalando además las precauciones que deban tomarse para que no resulten afectadas las construcciones de los predios vecinos o los servicios publicos; estas precauciones se consignaran debidamente en los planos. Al efectuar la excavacion por etapas, para limitar las expansiones del fondo a valores compatibles con el comportamiento de la propia estructura o de edificios e instalaciones colindantes, se adoptara una secuencia simetrica. Se restringira la excavacion a zanjas de pequenas dimensiones en planta en las que se construira y lastrara la cimentacion antes de excavar otras areas. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

1.15.2. Proteccion de taludes permanentes

En el diseno de los sistemas de proteccion de taludes naturales o cortes artificiales permanentes, se tomara en cuenta que las deformaciones del suelo protegido deben ser compatibles con las del sistema de proteccion empleado. Se tomara asimismo en cuenta el efecto del peso del sistema de proteccion sobre la estabilidad general o local del talud durante y despues de la construccion. Por otra parte, los sistemas de proteccion deberan incluir elementos que garanticen un drenaje adecuado y eviten el desarrollo de presiones hidrostaticas que puedan comprometer la estabilidad del sistema de proteccion y del propio talud. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010) En caso de usar anclajes pasivos o activos para la estabilizacion del talud debera demostrarse que estos no afectaran la estabilidad ni induciran deformaciones significativas en las construcciones vecinas y/o en los servicios publicos. El sistema estructural de los anclajes debera analizarse con el objetivo de asegurar su funcionamiento como elemento de anclaje. Por otra parte, se tomaran las precauciones necesarias para proteger los anclajes contra corrosion, con base en pruebas que permitan evaluar la agresividad del terreno, principalmente en cuanto a resistividad electrica, pH, cantidad de sulfuros, sulfatos y cloruros. Se prestara particular atencion a la proteccion de los elementos que no se encuentran dentro del barreno y en especial en la zona del brocal (placas de apoyo, cunas, tuercas, zona terminal del elemento tensor, etc.) (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010). Se debera contemplar la modelacion de todas las etapas del proceso constructivo con el proposito de analizar no solo la estabilidad de los taludes o cortes resultantes en su condicion final, sino ademas que permita prever el efecto que tienen las tecnicas y procedimientos de corte como voladuras controladas, mediante maquinaria pesada o manualmente, segun sea el caso. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).


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1.15.3. Plan de contingencia para excavaciones

Cuando se proyecten excavaciones de mas de 3 m de profundidad o en la base de laderas, se debe contar con un plan de contingencia, donde se determinen los elementos vulnerables, los riesgos potenciales, el area de influencia, las posibles personas involucradas, los mecanismos de aviso a las autoridades, las rutas de evacuacion, los mecanismos de capacitación al personal, el diseno de sistemas de control de la contingencia, el listado de elementos que pueden requerirse para afrontar una contingencia y los sitios y procedimientos para adquirir dichos elementos de control. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).

1.15.4. Control del flujo de agua

Se escogera el sistema de bombeo mas adecuado de acuerdo con el tipo de suelo. El gasto y el abatimiento provocado por el bombeo se calcularan mediante la teoria del flujo de agua transitorio en el suelo. El diseno del sistema de bombeo incluira la seleccion del numero, ubicacion, diametro y profundidad de los pozos; del tipo, diametro y ranurado de los tubos, y del espesor y composicion granulometrica del filtro. Asimismo, se especificara la capacidad minima de las bombas y la posicion del nivel dinamico en los pozos en las diversas etapas de la excavacion. En el caso de materiales compresibles y excavaciones importantes, se tomara en cuenta la sobrecarga inducida en el terreno por las fuerzas de filtracion y se calcularan los asentamientos correspondientes. Si los asentamientos calculados resultan excesivos, se recurrira a procedimientos alternos que minimicen el abatimiento piezometrico. Debera considerarse la conveniencia de reinyectar el agua bombeada en la periferia de la excavacion y de usar pantallas impermeables que la aislen, de tal manera que se modifique lo menos posible el estado de esfuerzos efectivos e iniciales del terreno; para controlar esto es muy importante la instalacion de piezometros previo al inicio de la construccion. No se debe descartar la instalacion de otros instrumentos como inclinometros, extensometros, etc. (Ministerio De Ambiente y Desarrollo Territorial, 2010).


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2. ESTRUCTURA DE PAVIMENTO

2.1 Método INVIAS para carreteras con medios y altos volúmenes de tránsito

El método INVIAS está basado en una combinación de métodos y la teoría fundamental de comportamiento de estructuras y materiales. Las cartas para la determinación de los espesores de las estructuras se desarrollaron con base en el Método AASHTO. El catálogo cubre los tipos de pavimentos, suelos, materiales que actualmente se utilizan en el diseño y construcción de vías en el país. El diseño considera condiciones ambientales como la temperatura media anual que se puede presentar desde menos de 13 o hasta 30 °C y la precipitación media anual que varía desde menos 2000 a mayor a 4000 mm; en el caso de la resistencia a la subrasante se considera el valor promedio del suelo predominante en cada sector homogéneo definido y establece diferentes categorías que inician desde suelos con CBR menores a 3% que requieren la estabilización del suelo o el reemplazo parcial , o hasta suelos con un CBR mayor a 15%. El siguiente parámetro que evalúa el Método INVIAS es el tránsito de diseño que corresponde al número de ejes equivalente de 8.2 Ton en el carril de diseño durante el periodo de diseño del pavimento que varía desde 0.5 hasta 40 el cual posteriormente para garantizar una confiabilidad del 90% se mayora por 1.159, lo que nos brinda el tránsito de diseño. Definida la región climática, la categoría de la subrasante y de transito se determina de las seis (6) cartas de diseño que presenta el manual cual es la que corresponde a estas características y se procede a observar los espesores de las capas de pavimento recomendados. (SALAMANCA & BAUTISTA, 2014)

Figura 29. Esquema método INVIAS para carreteras con medios y altos volúmenes de tránsito. Fuente: Elaboración propia.


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2.2 Proceso a seguir

Número de ejes equivalentes de 8.2 ton para el periodo de diseño

Clasificación de la capacidad portante de la subrasante.

Diseño de estructura de pavimento flexible bajo el método INVIAS para medios y altos volúmenes de tránsito.

Recomendación de estructura de pavimento para el tramo de vía en estudio.

2.2.1 Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton para el periodo de diseño El estudio de tránsito se realizó mediante trabajos de campo, con la ayuda de un personal calificado para el conteo en la en la entrada del municipio de Abriaquí, por la vía que viene de Frontino. Los aforos fueron realizados los días 29 y 30 de agosto y el 9 de septiembre. La disposición de la vía permite conectar el municipio de Abriaquí con el municipio de Frontino Antioquia.

Tabla 19. Aforo de tránsito 29 de agosto año 2015. Fuente: Docente diplomado


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Tabla 20. Aforo de transito 30 de agosto . Fuente: Docente diplomado

Tabla 21. Aforo de transito 9 de septiembre. Fuente: Docente diplomado


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Bajo las consideraciones establecidas anteriormente se obtuvo la información de tránsito promedio diario para el proyecto y las proyecciones de tránsito:

Tabla 22. Tránsito Promedio Diario Semanal. Fuente: Elaboración propia

De igual forma, del estudio de tránsito se extraen los siguientes datos: • Clasificacion de los vehículos. • Factores dano por vehiculo.

Tabla 23. Factores Daño Universidad del Cauca. Fuente: Elaboración propia

Tabla 24. Factores Daño Camiones. Fuente: Elaboración propia

REGISTRO 1 2 3 4 5 6 7

DÍA

AUTOMOVILBUSETA

BUS

CAMIÓN 2

EJES

PEQUEÑO

CAMIÓN 2

EJES

GRANDE

CAMIÓN 3 Y

4 EJES

CAMIÓN 5

EJES

CAMIÓN 6

EJES

1 47 28 12 5 1 0 0 93

2 39 28 4 6 3 0 0 80

3 56 33 6 2 0 0 0 97

TS 142 89 22 13 4 0 0 270

TPDS 47,3 29,7 7,3 4,3 1,3 0,0 0,0 90,00

PORCENTAJE 53% 33% 8% 5% 1% 0% 0% 100%

TPDS 10 AÑOS A B C2P C2G C3 C5 C6

90 47,33 29,67 7,33 4,33 1,33 0,00 0,00

TRÁNSITO

DIARIO TD

TIPO Fc

C2 pequeño 1,14

C2 grande 3,44

C3 3,76

C2-S1 3,37

C4 6,73

C3-S1 2,22

C2-S2 3,42

C3-S2 4,40

C3-S3 4,72

Bus P 600 0,40

Bus P 900 1,00

Buseta 0,05

FC

A B C C2P C2G C3 C5 C6

0,76 1,14 3,44 5,43 4,4 4,72

2020 90 52% 33% 15% 56% 33% 10% 0% 0% 1,256

TPDS CAMIONES C2P C2G C3 C5 C6

13 56% 33% 10% 0% 0% 100%

DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL DEL

TRÁNSITODISTRIBUCIÓN PORCENTUAL DE LOS CAMIONES

AÑO TPDS


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De las tablas anteriores y teniendo en cuenta el periodo de diseño de la estructura de pavimento que es de 10 años, se obtiene un número de ejes equivalentes acumulados de 8.2 T durante el periodo de diseño. Los valores obtenidos se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 25. Número de Ejes Equivalentes a utilizar por la metodología de diseño INVIAS. Fuente: Elaboración propia

Numero de ejes equivalentes: 1.094.494 ESAL

2.2.2 Capacidad portante de la subrasante (CBR) Con el fin de evaluar la capacidad de soporte de la subrasante se realizaron exploraciones que permitieron observar las propiedades de los materiales gracias a los ensayos de clasificación SUCS y AASHTO, límites de Atterberg, y CBR de la subrasante inalterado.

Tabla 26. Ensayo CBR Inalterado. Fuente: Docente Diplomado

Figura 30. Esquema Carga VS Penetración ensayo CBR Inalterado. Fuente: Elaboración propia.

N 109494

TPDS 90,00

A 50

B 48

r 2%

n 10

Fc 1,26


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Los resultados determinan un CBR de 1,72% y 1.78%, para el presenta caso se trabaja con el resultado menor es decir 1,72%.

2.2.3 Clima Según el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, los pisos térmicos del municipio se clasifican así: 127 kilómetros en clima medio, 174 kilómetros de clima frío y los 36 kilómetros restantes corresponden a páramo. (Municipio de Abriaquí, Clima, 2021). Se encuentra ubicado a 1.920 m sobre el nivel del mar y tiene un clima frío, con una temperatura aproximada de 23,5°C y precipitación anual de 2116

Tabla 27. Parámetros climáticos promedio de Abriaquí. Fuente: climate-data.org

Figura 31. Esquema Factor de Entrada MMAT. Fuente: elaboración propia, esquema modificado.


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Tabla 28. Cálculo del w-MMAT municipio de Abriaquí. Fuente: Elaboración propia

Tabla 29. Regiones climáticas de Colombia. Fuente: (Ministerio de Transporte, 1999)

De acuerdo con la ubicación de la vía se tiene una precipitación media anual de 2116 mm/año y una TMAP de 23.5°C. Por lo anterior y de acuerdo con la tabla del manual del INVIAS se tiene que la zona evaluada clasifica en la región R5.

2.2.4 Variables para el diseño de la estructura de pavimento por el método INVIAS El método de diseño establecido en el Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías con Medios y Altos Volúmenes de Tránsito del Instituto Nacional de Vías, consiste básicamente en determinar el tránsito en el período de diseño, los factores medioambientales (temperatura y precipitación) y la

mes MMAT Factor de ponderación

enero 23,3 1,5

febrero 23,8 1,6

marzo 24,2 1,8

Abril 24 1,7

mayo 23,2 1,5

junio 23,1 1,5

julio 23,7 1,6

agosto 23,3 1,5

septiembre 23,7 1,6

octubre 23,3 1,5

noviembre 22,9 1,4

diciembre 23,5 1,5

factor de ponderación total 18,7

factor de ponderación promedio 1,56

w-MMAT 23,5

cálculo del w-MMAT municipio de Abriaquí

No Región Temperatura TMAP (ºC)Precipitación anual

(mm)

R1 Fria seca y fria semihúmeda < 13 < 2000

R2

Templado seco y templado

semihumedo13 - 20 < 2000

R3

Cálido seco y Cálido

semihúmedo20 - 30 < 2000

R4 Templado húmedo 13 - 20 2000 - 4000

R5 Cálido húmedo 20 - 30 2000 - 4000

R6 Cálido muy húmedo 20 - 30 > 4000


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capacidad de soporte de la subrasante y a partir de estas variables clasificar cada parámetro en una categoría y determinar la estructura de pavimento por medio de las cartas de diseño del manual. (SALAMANCA & BAUTISTA, 2014).

Tabla 30. Variables para diseño de estructura de pavimento. Fuente: Elaboración propia

CBR (%) 1,72

MR(kg/cm2) 172

MR(Mpa) 17

CATEGORIA DE SUBRASANTE S1

CATEGORÍA DE VIA TPD < 1000 III

DESIGNACION DE RANGOS DE TRANSITO 500000<=N< 1000000 T1

REGIÓN CLIMATICA R5

2.3 Diseño de la estructura de pavimento flexible

La carta aplicable para el diseño de la estructura de pavimento según los datos mencionados anteriormente es la No.5. A continuación, se presentan los tipos de estructuras definidos el tramo homogéneo de la vía.

Tabla 31. Carta de Diseño estructura de pavimento. Fuente: Diseño de Pavimento de Carreteras - Alfonso Montejo


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Figura 32. Esquemas Estructuras de Pavimento por el Método INVIAS. Fuente: elaboración propia.

NOTA: Se deja a criterio del constructor la opción que se acomode a sus necesidades.


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CONCLUSIONES ACADÉMICAS

La realización del presente documento permitió desarrollar destrezas y cualidades profesionales en el área de la geotecnia y pavimentos, logrando realizar un informe con las directrices y normas pertinentes para estudios geotécnicos y diseños de estructuras de pavimento.

Es importante resaltar la importancia de las normas colombianas tales como la NSR-10, INVIAS, EPM, que permiten realizar estudios y diseños capaces de cumplir con las necesidades de cada proyecto civil, garantizando seguridad e integridad en el gremio ingenieril.

Una buena caracterización del suelo será el resultado de un buen proyecto civil, el suelo es el soporte de toda estructura por lo que determinar las características físicas y mecánicas de cada material, será el primer paso a la realización de buenos proyectos.

Se debe siempre realizar un estudio exhaustivo del lugar donde se realizará el proyecto, conocer su entorno, sus características físicas, su historia, esto será muy importante para afrontar futuras eventualidades en las obras a nivel constructivo.

Como estudiantes es satisfactorio realizar este tipo de actividades desde el área académica, ya que da pie a nuestro camino como profesionales, en la realización de proyectos que involucren estas áreas de estudio.


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ANEXOS

estudio geotÉcnico y diseÑo de estructura de …

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