universidad cooperativa de colombia seminario de geotecnia
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UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
SEMINARIO DE GEOTECNIA VIAL
INGENIERIA CIVIL
Trabajo de grado para optar el título de Ingeniería Civil
JOAN ALBEIRO MORENO MARIN
NESTOR JULIAN FORONDA MUÑOZ
Profesor Guía:
Eileen Carolina Salgado Correa
Oscar Egidio Rodríguez Gonzales
Medellín, Antioquia 2019
II
Página de aceptación
NOTA DE ACEPTACION
_________________________________
_________________________________
_________________________________
___________________________________
Presidente del jurado
___________________________________
Jurado
___________________________________
Jurado
III
Dedicatoria
A Dios que es nuestra
inspiración de los éxitos,
a nuestras madres por su
cariño y dedicación.
IV
Agradecimientos
Esta es la forma de expresar los más sinceros agradecimientos a todos los que de una u
otra manera participaron en este camino de la Ingeniería Civil.
A Dios que es la fuente de nuestra inspiración para realizar las actividades propuestas y
es la brújula nuestra en cuanto a avanzar en el camino se trata.
A nuestras familias por su comprensión y apoyo que fue de vital importancia para sacar
adelante esta propuesta pedagógica, en especial a nuestras madres que han estado con
nosotros en las situaciones buenas y en las malas.
A la Universidad Cooperativa de Colombia por brindarnos un programa de formación
académica que permitió cristalizar nuestros sueños en este proyecto de vida.
A los docentes que brindaron la preparación y asesoría en la pedagogía y desarrollo de
este proyecto, por sus conocimientos, su disposición y sus aportes fundamentales para
el desarrollo de esta propuesta.
A nuestros compañeros y compañeros de estudio, con quienes compartimos este sueño
hecho un proyecto de real.
Por último, a todas aquellas personas que de una u otra forma nos apoyaron en este
proceso.
V
CONTENIDO
RESUMEN ....................................................................................................................... 9
INTRODUCCION........................................................................................................... 10
1. TITULO ................................................................................................................... 11
2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 12
2.1. Objetivo general ................................................................................................ 12
2.2. Objetivos específicos ........................................................................................ 12
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... 13
3.1. Descripción del problema .................................................................................. 13
3.2. Formulación del problema ................................................................................. 13
4. JUSTIFICACION ..................................................................................................... 14
5. MARCO TEORICO ................................................................................................. 15
5.1. Estabilización de taludes por medio de anclajes ............................................... 15
5.2. Slide2 Software ................................................................................................. 17
5.2.1. Análisis de aguas subterráneas con Slide2 ................................................ 18
5.2.2. Estabilidad de pendiente probabilística con Slide2 ..................................... 18
5.4.1. Método INVIAS para carreteras con medios y altos volúmenes de tránsito18
6. MARCO METODOLOGICO .................................................................................... 20
6.1. Metodología ...................................................................................................... 20
6.1.1. Etapa 1 – Recolección de datos e información ........................................... 20
6.1.2. Etapa 2 – Exploración de campo ................................................................ 20
6.1.3. Etapa 3 – Laboratorio de suelos ................................................................. 20
6.1.4. Etapa 4 – Informe ....................................................................................... 20
6.2. Técnicas e instrumentos ................................................................................... 21
6.3. Análisis .............................................................................................................. 21
7. DESARROLLO DEL PROYECTO ........................................................................... 22
7.1. Localización de la zona ..................................................................................... 22
7.1.1. Localización general ................................................................................... 22
7.1.2. Localización especifica ............................................................................... 23
7.2. Geología regional .............................................................................................. 24
7.2.1. Formación Quebradagrande y miembros volcánicos .................................. 26
7.3. Análisis multitemporal ....................................................................................... 27
7.4. Descripción del proyecto ................................................................................... 30
7.5. Plan de exploración ........................................................................................... 32
7.5.1. Ensayos de laboratorio ............................................................................... 33
7.5.2. Nivel freático ............................................................................................... 34
VI
7.6. Características físicas y mecánicas de los materiales ...................................... 34
7.6.1. Lleno heterogéneo ...................................................................................... 35
7.6.2. Depósito de vertientes ................................................................................ 36
7.7. Definición de los parámetros de sismo.............................................................. 37
7.8. Análisis de estabilidad ....................................................................................... 39
7.8.1. Coeficiente sísmico horizontal de diseño .................................................... 39
7.8.2. Coeficiente sísmico vertical de diseño ........................................................ 41
7.8.3. Factores de seguridad ................................................................................ 41
7.9. Obras de estabilidad planteadas ....................................................................... 42
7.9.1. Perfiles ........................................................................................................ 42
7.9.2. Condiciones actuales Perfil A-A’ ................................................................. 43
7.9.3. Condiciones proyectadas Perfil A-A’ ........................................................... 45
7.9.4. Condiciones proyectadas estabilizadas Perfil A-A’ ..................................... 46
7.9.5. Condiciones actuales Perfil B-B’ ................................................................. 48
7.9.6. Condiciones proyectadas Perfil B-B’ ........................................................... 49
7.9.7. Condiciones proyectadas estabilizadas Perfil B-B’ ..................................... 51
7.9.8. Condiciones actuales Perfil C-C’ ................................................................ 52
7.9.9. Condiciones proyectadas Perfil C-C’ .......................................................... 54
7.9.10. Condiciones proyectadas estabilizadas Perfil C-C’ ................................. 55
7.10. Diseño de pavimentos ................................................................................... 57
7.10.1. Método de diseño .................................................................................... 57
7.10.2. Variable tránsito ...................................................................................... 57
7.10.3. Variable suelos ........................................................................................ 60
7.10.4. Variables ambientales ............................................................................. 61
7.10.5. Estructura vehicular ................................................................................. 62
8. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 63
9. CONCLUSIONES ................................................................................................... 64
BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................. 65
VII
TABLAS
Tabla 1 – Sondeos realizados ........................................................................................ 32
Tabla 2 – Coeficientes para los parámetros de sismo NSR-10 ...................................... 37
Tabla 3 – Velocidad de onda de corte a partir de N spt ................................................. 38
Tabla 4 – Propiedades mecánicas de los estratos ......................................................... 39
Tabla 5 – Categoría de la vía según TPD ...................................................................... 58
Tabla 6 – Periodo de diseño según la categoría de la vía .............................................. 58
Tabla 7 – Rangos de transito según N ........................................................................... 60
Tabla 8 – CBR del proyecto ........................................................................................... 60
Tabla 9 – Categoría de la subrasante Metodología TMA ............................................... 61
IMAGENES
Imagen 1- Algunas técnicas de remediación de la amenaza y el riesgo a los
deslizamientos. ............................................................................................................... 15
Imagen 2 – Localización geográfica del Municipio de Concordia ................................... 22
Imagen 3 – Localización especifica de la obra ............................................................... 23
Imagen 4 - Mapa geología de Concordia ....................................................................... 24
Imagen 5 - Mapa geología de Cabecera Concordia ....................................................... 25
Imagen 6 - Mapa geología de Proyecto Concordia ........................................................ 26
Imagen 7 - Análisis Multitemporal 2013 ......................................................................... 27
Imagen 8 - Análisis Multitemporal 2014 ......................................................................... 28
Imagen 9 - Análisis Multitemporal 2015 ......................................................................... 29
Imagen 10 - Análisis Multitemporal 2017 ....................................................................... 30
Imagen 11 – Render del proyecto “Balcones del café” ................................................... 31
Imagen 12 – Vista en planta planos Arquitectónicos ...................................................... 31
Imagen 13 – Sondeos y apiques realizados ................................................................... 33
Imagen 14 – Perfil estratigráfico del proyecto ................................................................ 34
Imagen 15 – Envolvente de falla – Lleno heterogéneo .................................................. 35
Imagen 16 – Envolvente de falla – Deposito de vertientes ............................................. 36
Imagen 17 – Figura A.2.6-1, NSR-10 ............................................................................. 40
Imagen 18 – Tabla H.5.2-1, NSR-10 .............................................................................. 41
Imagen 19 – Tabla H.5.4-1, NSR-10 .............................................................................. 42
Imagen 20 – Distribución de perfiles .............................................................................. 42
Imagen 21 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil A-A’ ............................... 43
VIII
Imagen 22 – Análisis seudo-estático, condiciones actuales del perfil A-A’ .................... 44
Imagen 23 – Análisis estático, condiciones y cortes proyectados del perfil A-A’ ............ 45
Imagen 24 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes proyectados del perfil A-A’ . 46
Imagen 25 – Análisis estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil A-A’ ........... 47
Imagen 26 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil A-A’ 47
Imagen 27 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil B-B’ ............................... 48
Imagen 28 – Análisis seudo-estático, condiciones actuales del perfil B-B’ .................... 49
Imagen 29 – Análisis estático, condiciones proyectadas del perfil B-B’ ......................... 50
Imagen 30 – Análisis seudo-estático, condiciones proyectadas del perfil B-B’ .............. 50
Imagen 31 – Análisis estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil B-B’ ........... 51
Imagen 32 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil B-B’ 51
Imagen 33 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil C-C’ ............................... 53
Imagen 34 – Análisis seudo-estático, condiciones actuales del perfil C-C’ .................... 53
Imagen 35 – Análisis estático, condiciones proyectadas del perfil C-C’ ......................... 54
Imagen 36 – Análisis seudo-estático, condiciones proyectadas del perfil C-C’ .............. 54
Imagen 37 – Análisis estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil C-C’ .......... 56
Imagen 38 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil C-C’56
Imagen 39 – Formula para cálculo de N según Metodología TMA ................................. 59
Imagen 40 – Requisitos de los materiales para estabilización de subrasante INVICALDAS
....................................................................................................................................... 61
Imagen 41 – Clasificación de regiones Metodología TMA ............................................. 62
Imagen 42 – Estructuras vehiculares para el proyecto Metodología TMA ..................... 62
ECUACIONES
Ecuación 1 – Aceleración máxima del componente horizontal....................................... 39
Ecuación 2 – Aceleración máxima del proyecto ............................................................. 40
Ecuación 3 – Componente horizontal ............................................................................. 41
Ecuación 4 – Componente vertical ................................................................................. 41
Ecuación 5 – Cálculo del TPD ........................................................................................ 58
Ecuación 6 – Cálculo del FC .......................................................................................... 59
Ecuación 7 – Cálculo del N ............................................................................................ 59
9
RESUMEN
El siguiente trabajo es de carácter académico y es el resultado de un conjunto de
esfuerzos y compromisos realizados para presentar los siguientes componentes del
trabajo:
Geografía de la zona del proyecto
Geología de la zona del proyecto
Análisis de resultados de laboratorio
Correlaciones de los materiales
Definición de parámetros de sismo
Análisis de estabilidades bajo el programa Slide
Recomendaciones de contención de taludes
Recomendaciones de obras de drenajes
Diseño de estructura vehicular
Lo anterior para el proyecto “Balcones del Café”, ubicado en el Municipio de Concordia –
Antioquia.
10
INTRODUCCION
El siguiente trabajo es el resultado de todos los conocimientos adquiridos durante las
clases de Geotecnia vial de la Universidad Cooperativa de Colombia, sede Medellín,
Facultad de Ingenierías, para acceder al título de Ingeniería Civil.
El conjunto de actividades se realizó con el objetivo de diseñar las recomendaciones
estructurales de estabilización de taludes y la las vías internas del proyecto “Balcones del
café” el cual se construirá en el municipio de Concordia - Antioquia.
“— Los estudios geotécnicos definitivos son obligatorios para todas las edificaciones
urbanas y suburbanas de cualquier grupo de uso, y para las edificaciones en terrenos
no aptos para el uso urbano de los grupos de uso II, III y IV”
Norma NSR-10 – Capitulo
Todas las estructuras o elementos estructurales deben diseñarse y calcularse de forma
que resistan, con un grado de seguridad apropiado y que se comporte de manera
satisfactoria durante su uso normal; y que presenten una durabilidad conveniente durante
su existencia.
A partir de unos datos recolectados y recibidos, sobre la exploración geotécnica; y de
acuerdo a las especificaciones del proyecto “Balcones del café”, se realizaron los diseños
geotécnico y vial para el proyecto “Balcones del café” del municipio de Concordia –
Antioquia, aplicado como metodología académica para el desarrollo del trabajo.
11
1. TITULO
Estructura vehicular y estabilización de taludes de la obra “Balcones del café” en el
municipio de concordia - Antioquia
12
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo general
Realizar el diseño geotécnico y vial para el proyecto “Balcones del café” del municipio de
Concordia – Antioquia, aplicado como metodología académica para el desarrollo del
trabajo.
2.2. Objetivos específicos
Diseñar la estructura de pavimento de la vía de acceso a la urbanización “Balcones
del café” ubicada en el Municipio de Concordia - Antioquia.
Proyectar un sistema de estabilización de taludes para los terrenos de la obra
“Balcones del café” ubicada en el Municipio de Concordia - Antioquia.
Elaborar el diseño de un muro en geotextil para la estabilización de un andén en
la obra “Balcones del café” ubicada en el Municipio de Concordia - Antioquia.
13
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1. Descripción del problema
El desarrollo constructivo de viviendas en Colombia se ha incrementado en los últimos
cinco años de una forma significativa, permitiendo a gran parte de la población obtener
una vivienda propia a través de los diferentes programas ofrecidos por el estado.
Dicho desarrollo permite a las alcaldías municipales y a diferentes entidades, plantear
proyectos de construcción de vivienda con el objetivo de satisfacer las necesidades de
los diferentes programas de viviendas.
El municipio de Concordia en Antioquia, no es ajeno a este desarrollo habitacional,
teniendo esto presente, se construirán tres torres de apartamentos para la ocupación
poblacional.
El lugar donde se desarrollará el proyecto presenta unas características geotécnicas
especiales que no permiten que la construcción de las diferentes torres y la vía de acceso
se realice normalmente sin antes realizar un diseño geotécnico para la estabilización de
taludes, y un diseño único para la vía de acceso a estas unidades de vivienda.
3.2. Formulación del problema
¿Cómo realizar el diseño geotécnico y vial, para el proyecto Balcones del café del
municipio de Concordia – Antioquia, aplicado como metodología académica para el
desarrollo del trabajo?
14
4. JUSTIFICACION
En el proyecto Balcones del café ubicado en el municipio de Concordia Antioquia se
ejecutará la construcción de tres torres de apartamentos para uso de vivienda y una zona
comercial.
Dicho proyecto se encuentra ubicado en una zona de alta sismicidad y sobre una ladera
con inclinaciones significativas, mayores a 45º; teniendo en cuenta lo presente es
necesario realizar una serie de excavaciones y llenos para la construcción de las
viviendas y de la vía de acceso.
Se pudo identificar a vista que el terreno donde se construirá el proyecto, cuenta con unas
características especiales y no muy favorables para el buen desarrollo de la construcción.
Teniendo presente todo lo anterior se ve necesario que para el desarrollo de dicho
proyecto se tenga en cuenta la realización de un diseño geotécnico para la estabilidad de
los diferentes taludes y estructuras a construir.
Además, se debe diseñar la estructura vial de acceso a las torres de apartamentos y que
se pueda garantizar su estabilidad a través de los años
15
5. MARCO TEORICO
5.1. Estabilización de taludes por medio de anclajes
“El objetivo principal de un estudio de estabilidad de taludes o laderas, es diseñar
medidas de prevención, control, remediación y/o estabilización para reducir los niveles
de amenaza y riesgo. Se han desarrollado gran cantidad de técnicas probadas para el
manejo de los taludes inestables o los deslizamientos (Imagen 1- Algunas técnicas de
remediación de la amenaza y el riesgo a los deslizamientos.). Generalmente, los
beneficios más significativos desde el punto de vista de reducción de amenazas y riesgos,
se obtienen con las medidas de prevención.
Imagen 1- Algunas técnicas de remediación de la amenaza y el riesgo a los
deslizamientos.
Schuster y Kockelman (1996) proponen una serie de principios y metodologías para la
reducción de amenazas de deslizamiento, utilizando sistemas de prevención, los cuales
requieren de políticas del Estado, la colaboración y toma de conciencia por parte de las
comunidades. Sin embargo, no es posible la eliminación total de los problemas mediante
métodos preventivos en todos los casos y se requiere establecer medidas de control o
de remediación de los taludes susceptibles a deslizamiento o en los deslizamientos
16
activos. La estabilización de los deslizamientos en actividad o potencialmente inestables,
es un trabajo relativamente complejo que requiere de metodologías especializadas de
diseño y construcción.” (Suarez)
Del mismo autor tomaremos las siguientes líneas sobre la estabilización de taludes por
medio de anclajes.
“El uso de anclajes de acero en la estabilización de taludes se ha vuelto muy popular en
los últimos años. La definición oficial internacional es la propuesta por Littlejohn (1990):
“Un anclaje es una instalación que es capaz de transmitir una carga de tensión a un manto
de soporte a profundidad”. En las estructuras ancladas se colocan varillas o tendones,
generalmente de acero, dentro de perforaciones realizadas con taladro, se inyectan con
un cemento, y luego se tensionan. Las anclas para estabilizar deslizamientos pueden ser
hincadas o perforadas. Los anclajes pueden ser pretensados para colocar una carga
sobre un bulbo cementado (“tiebacks”) o pueden ser cementados simplemente sin
colocarles carga activa (“nails”, pernos y micropilotes). Los anclajes pretensionados en
combinación con muros, pantallas o bloques de concreto, se han utilizado con éxito para
la estabilización de deslizamientos. Generalmente se coloca sobre la cara de un muro o
sobre un elemento de concreto en el talud, una carga de tensión a través de un cable de
acero anclado a un bulbo cementado a profundidad dentro del talud. Los anclajes
pretensados incrementan los esfuerzos normales sobre la superficie de falla real o
potencial y así aumentan las fuerzas resistentes al incrementar la resistencia a la fricción,
a lo largo de esa superficie.
Al comprimir el suelo también se inhiben algunos procesos de deterioro de éste
(Morgenstern, 1982). Es deseable que el sistema de muro sea flexible si se esperan
momentos significativos (Morgenstern, 1982). Los muros anclados pueden ser pasivos o
activos dependiendo de si son pretensionados o no.
Los anclajes pretensados tienen la ventaja de que no son pasivos como la estructura de
gravedad, sino que al pretensarse se les coloca una carga que se opone a la acción del
deslizamiento. Las fuerzas de las anclas se oponen al movimiento de la superficie del
talud ayudando a proveer estabilidad contra deslizamientos.
Igualmente, la fuerza de tensión en el cable se convierte en fuerza de compresión dentro
de la masa de suelo, incrementando la resistencia al cortante. La fachada, pantalla o
zapata exterior, aplica la carga sobre el suelo y el ancla la transmite al bulbo.
17
En esta forma se aumentan las fuerzas resistentes por acción de la tensión, por sí misma
o por la fricción relacionada con el incremento de los esfuerzos normales sobre la
superficie de falla. Se puede requerir la utilización de anclajes pretensados como apoyo
temporal o pueden diseñarse como parte permanente de la estructura.”
“Una de las soluciones disponibles en Ingeniería Geotécnica para la estabilización de
laderas y taludes inestables consiste en el uso de pantallas, generalmente de pilotes, que
atraviesen con suficiente longitud la superficie de deslizamiento. Se puede contar así con
la resistencia estructural al corte de los pilotes, que se suma a la del terreno, permitiendo
reducir sus deformaciones y aumentar su estabilidad.
Estas contenciones por medio de pilotes se pueden emplear para la estabilización de
laderas naturales, de desmontes o de terraplenes, siendo quizás el uso más estudiado
en la bibliografía el tratamiento de desmontes mediante pantalla única, formada por una
sola fila de pilotes. (Suarez)
5.2. Slide2 Software
Slide2 (anteriormente “Slide”) es un programa de estabilidad de pendiente 2D para
evaluar el factor de seguridad o probabilidad de falla, de superficies de falla circular y no
circular en pendientes de suelo o roca. Slide2 es fácil de usar y, sin embargo, se pueden
crear y analizar modelos complejos de forma rápida y sencilla. La carga externa, el agua
subterránea y el soporte pueden modelarse de diversas maneras.
Slide2 analiza la estabilidad de las superficies de deslizamiento utilizando métodos de
equilibrio de corte vertical o no vertical, como Bishop, Janbu, Spencer y Sarma, entre
otros. Se pueden analizar las superficies de deslizamiento individuales o se pueden
aplicar métodos de búsqueda para ubicar la superficie de deslizamiento crítica para una
pendiente determinada. Los usuarios también pueden realizar análisis deterministas
(factor de seguridad) o probabilísticos (probabilidad de falla).
18
5.2.1. Análisis de aguas subterráneas con Slide2
El análisis de aguas subterráneas por elementos finitos (infiltración), para condiciones de
estado estacionario o transitorias, se incorpora directamente a Slide2.
5.2.2. Estabilidad de pendiente probabilística con Slide2
Slide2 también tiene amplias características de modelado y análisis probabilístico. Casi
todos los parámetros de entrada del modelo se pueden definir como variables aleatorias,
por lo que se puede calcular un índice de probabilidad de falla o confiabilidad. También
se puede realizar un análisis de sensibilidad. Consulte el tema Visión general del análisis
probabilístico para obtener más información.” (Rocscience, 2019)
5.4. Estructuras de vías
Actualmente en Colombia se utilizan varios métodos para el diseño de pavimentos, los
cuales son desarrollados con el fin de guiar a los especialistas en el trayecto de su
objetivo. En este caso especial se implementará un método que fue desarrollado por el
Instituto Nacional de Vías – INVIAS.
5.4.1. 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
19
diseño durante el periodo de diseño del pavimento que varía desde 0.5 E6 hasta 40 E6
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.” (BAUTISTA, 2014)
20
6. MARCO METODOLOGICO
6.1. Metodología
Para la ejecución, análisis y evaluación geológica y geotécnica de la zona del proyecto,
se adoptó una metodología clasificada en cuatro etapas.
6.1.1. Etapa 1 – Recolección de datos e información
Esta etapa consiste en reunir toda la información disponible que corresponde a la
georreferenciación, geología, geomorfología y topografía del proyecto, para generar un
orden de trabajo en las siguientes tres etapas.
6.1.2. Etapa 2 – Exploración de campo
Esta etapa consiste en una serie de actividades visuales y operacionales con el objetivo
de caracterizar los suelos existentes en el terreno del proyecto, determinar los niveles
freáticos, y las características geotécnicas que sirvan de interés para el desarrollo del
proyecto.
En esta etapa se hace una evaluación preliminar del terreno en lo concerniente a las
inestabilidades posiblemente presentadas en el proyecto, además de ejecutar unos
ensayos de penetración estándar (SPT).
6.1.3. Etapa 3 – Laboratorio de suelos
En el laboratorio de suelos se analizan las muestras obtenidas en la etapa 2, mediante
los ensayos determinados por la normatividad vigente. Lo anterior con el objetivo de
determinar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos encontrados en el terreno
del proyecto.
6.1.4. Etapa 4 – Informe
En esta etapa final se ejecuta el informe con la información reunida, para poder presentar
unas recomendaciones de cimentación y de contención para la estabilización de taludes
y obras de construcción.
21
Siempre teniendo presente la normativa existente y vigente NSR-10, Norma de
Construcción Sismo Resistente.
6.2. Técnicas e instrumentos
Todo el proyecto se realizará utilizando la recolección de datos por medio de informes de
laboratorio y los diseños presentados en Autocad; además de datos obtenidos en las
redes de internet.
La realización de APU´S y análisis de los datos de la estructura de pavimentos a través
de hojas de cálculo en Microsoft Office Excel. La modelación y análisis de los taludes
mediante el programa Slide y las estructuras de contención mediante programas
recomendados como Geosoft PAVCO.
6.3. Análisis
El análisis de los resultados se realizará mediante un informe técnico que aporte todas
las recomendaciones y observaciones pertinentes del proyecto.
22
7. DESARROLLO DEL PROYECTO
7.1. Localización de la zona
7.1.1. Localización general
Imagen 2 – Localización geográfica del Municipio de Concordia
“Concordia es un municipio de Colombia, localizado en la subregión suroeste del
departamento de Antioquia. Limita por el norte con el municipio de Betulia, por el oriente
con los municipios de Armenia, Titiribí y Venecia, por el sur con Salgar y Venecia y por el
occidente con Salgar. Su cabecera dista a 95 kilómetros, por vía pavimentada, de la
ciudad de Medellín, capital del departamento de Antioquia. El municipio posee una
extensión de 250 kilómetros cuadrados, y una altura sobre el nivel del mar en la cabecera
municipal de 2.000 metros” (Fundación Wikimedia, Inc., 2019).
Las coordenadas del municipio de Concordia son “6°02′44″N 75°54′27″O” (Fundación
Wikimedia, Inc., 2019), sus veredas son: La Frondosa, Partidas, Burgos, Caunzal, El
Cascajo, El Chocho, El Golpe, El Higuerón, El Socorro, La Comiá, La Costa, La Cristalina,
Concordia
23
La Fotuta, La Herradura, La Selva, Las Ánimas, Llanaditas, Morelia, Moritos, Morrón,
Pueblorrico, Rumbadero, San Luis, Santa Rita, Ventanas, Yarumal.
7.1.2. Localización especifica
Imagen 3 – Localización especifica de la obra
El proyecto está ubicado en la Carrera 19 con calle 18, en el municipio de Concordia, su
acceso se encuentra ubicado sobre la Carrera 19, las coordenadas del proyecto son: 6°
2'41.18", N 5°54'17.57"O.
En el área de influencia se encuentra el Hospital San Juan de Dios del municipio, El
Colegio principal y una escuela, ambas entidades públicas; también se encuentra
cercano el Coliseo Municipal de deportes, la piscina municipal, una Estación de Servicios
de combustible, el cementerio, la Alcaldía Municipal y el Parque principal, donde su estilo
colonial ubica una iglesia católica, además de sus edificaciones municipales.
Proyecto
24
7.2. Geología regional
“El municipio de La Concordia está ubicado sobre la vertiente oriental de la cordillera
Occidental, constituida principalmente por rocas de afinidad oceánica. Estas unidades
de edad mesozoica son el basamento de la cordillera y fueron generadas por un
volcanismo fisural, caracterizado por flujos de gran espesor que cubrieron áreas extensas
acompañado por una sedimentación marina.
La zona de falla del Cauca ha sido poco activa durante el Cuaternario. El grado de
actividad de la falla Cauca Oeste es bajo a muy bajo, con una tasa de desplazamiento de
0.1 mm/año; el máximo sismo esperable es de 6.5 - 7 y su período de recurrencia de
30.000 - 40.000 años (Woodward – Clyde consultants, 1979).
Imagen 4 - Mapa geología de Concordia
Sobre la vía que conduce de la vereda El Cascajo a la Escuela Rural de Casagrande se
encontró asociada a una silleta una milonita producto de la deformación del Gabro de
Hispania, estas rocas se encuentran muy meteorizadas lo que impide un análisis
microscópico. Se caracterizan por presentar macroscópicamente una clara esquistosidad
de fluxión definida por anfíboles y plagioclasas, porfidoclastos de plagioclasa que
alcanzan los 3 mm de diámetro. La esquistosidad presenta una dirección de N36ºW, ésta
coincide con el alineamiento de varias silletas.
25
El Municipio de La Concordia es atravesado en sentido Norte - Sur por uno de los ramales
de este sistema, la Falla Mistrató, la cual presenta un desplazamiento incierto, aunque se
presume un movimiento vertical de ángulo desconocido (Calle y González, 1982). Tiene
una longitud de 63.3 Km y una zona de influencia, n sentido Este - Oeste, de 52.4 Km
según la revista de la Red Sismológica del Eje Cafetero, Viejo Caldas y Tolima, 1999.
Según estudios recientes la Falla de Mistrató tiene una probabilidad sísmica entre 0.5 %
- 2.5 % y los análisis mediante mecanismos focales la catalogan como normal con
componente de rumbo con una profundidad focal entre 30 y 86 Km.
Lineamientos observados con base en el análisis de fotografías aéreas, del mapa de
aspectos que se describirá en el capítulo siguiente, de la red hidrográfica y del trabajo de
campo se determinaron algunos lineamientos geológicos cuyas direcciones principales
son N10ºE, N10ºW, N36ºW, N36ºE y N-S. La dirección N36ºW coincide con la traza de
la falla Mistrató, las demás direcciones parecen corresponder con fallas satélites
asociadas al Sistema de Falla Cauca Oeste.” (2019)
Imagen 5 - Mapa geología de Cabecera Concordia
26
Imagen 6 - Mapa geología de Proyecto Concordia
Según el mapa geológico del proyecto se encuentra un suelo con las siguientes
características:
Símbolo UC: K2-Vm7
Edad: Cretácico Superior
UG integradas: Formación Quebradagrande, Miembro Volcánico
7.2.1. Formación Quebradagrande y miembros volcánicos
“El conjunto de rocas que componen el Complejo Quebradagrande puede separarse en
dos sectores con base en la proveniencia de los depósitos clásticos.
La composición de las arenitas del sector occidental del Complejo Quebradagrande,
según datos de Echevarria et al. 1991, se muestra (Figura 2) en el diagrama de
discriminación de proveniencia de Dickinson y Suczek (1979). Las arenitas son
generalmente ricas en feldespatos y fragmentos líticos que caen en el campo de
proveniencia de arco magmático. Los feldespatos son generalmente plagioclasas y los
fragmentos líticos son del tipo volcánico. Los conglomerados, originados por flujos de
escombros submarinos, están constituidos por clastos (guijos a bloques) sedimentarios y
27
volcánicos. Se destacan los clastos de andesitas y basaltos, ocasionalmente aparecen
liticos gabroicos.
Pequeños cuerpos de pórfidos andesiticos deformados son reportados atravesando
lodositas negras, texturalmente son idénticos a los identificados como clastos dentro de
conglomerados del complejo. Hasta el momento, y pese a su cercanía, no se han
encontrado clastos provenientes del Complejo Arquía. Los datos paleontológicos
obtenidos en el sector occidental dan un rango de edad dentro del Cretácico Temprano
(Botero y González, 1983).” (Mario MorenoSánchez, 2019)
7.3. Análisis multitemporal
Imagen 7 - Análisis Multitemporal 2013
Dentro de este análisis se observa que existe una construcción de una estructura dentro
del lote del proyecto, además se puede determinar que el lote es un lugar con una
significativa población de individuos arbóreos.
También se ve una vía interna la cual no se puede determinar si se encuentra
pavimentada.
28
Imagen 8 - Análisis Multitemporal 2014
En esta imagen se puede determinar y confirmar los datos del análisis 2013, haciendo
una corrección en la parte de la vía interna, la cual se puede observar claramente que es
un camino con capa de vegetación menor.
Se logra evidenciar un ligero descapote en la zona donde se encuentra la estructura, que
posiblemente es un tanque de almacenamiento de agua.
Los taludes en esta zona no se observan tener deslizamientos o desprendimiento alguno,
pero si observa una gran magnitud de movimiento de tierra en el lote del frente.
29
Imagen 9 - Análisis Multitemporal 2015
Para el 2015 se observa la construcción de una vía interna, en su proceso de
construcción, además de un descapote completo en la zona del tanque de
almacenamiento, además de una deforestación en dicha zona.
En el terreno del frente del lote se observa la estabilización del área de excavaciones,
donde se puede ver la construcción de un muro que contiene los llenos que allí se
realizaron.
La zona del proyecto sigue presentando una buena existencia de individuos arbóreos,
pese a la deforestación.
30
Imagen 10 - Análisis Multitemporal 2017
En el área de influencia del proyecto se observa una reforestación con una capa vegetal
menor, donde se realizaron las deforestaciones durante el 2014 – 2015. Además, se
evidencia la construcción de una edificación en la zona del lote del frente.
7.4. Descripción del proyecto
La obra “Balcones del café” es un proyecto que se ejecutará en el municipio de Concordia,
al suroeste del departamento de Antioquia. Este se encuentra ubicado en la entrada de
la cabecera municipal, sobre la vía principal que comunica al Municipio de Concordia con
el Municipio de Venecia.
31
Imagen 11 – Render del proyecto “Balcones del café”
Este proyecto “Se desarrollará en 2 torres de 8 y 9 pisos. Actualmente en ventas la torre
2 con apartamentos de 48.20m2 que incluye muros, buitrones y balcones” (Moras
Ingenieros S.A.S, 2019).
Aunque en la investigación del proyecto se habla de dos torres, en planos se observa la
proyección de una tercera torre de apartamentos, como se muestra en la siguiente
Imagen 12 – Vista en planta planos Arquitectónicos
Imagen 12 – Vista en planta planos Arquitectónicos
32
Durante la ejecución de los ensayos de penetración, se observó que el proyecto tiene
fácil acceso vehicular, la zona presenta viviendas aledañas no mayores a tres niveles, y
la zona se encuentra con una topografía de zonas montañosas y altas.
7.5. Plan de exploración
Para este proyecto se tuvieron en cuenta todas las especificaciones de la normatividad
vigente NSR-10, específicamente el titulo H, literales H.3.1. y H.3.2., según las
condiciones del proyecto se clasificará por la cantidad de niveles para conocer el número
mínimo de sondeos.
Unidad de construcción: Edificación en Altura
Numero de niveles: Entre 4 y 10
Clasificación de la unidad de construcción: Media
Según la clasificación anterior se determina que la cantidad mínima de sondeos es de 4,
con una profundidad mínima de 15 m.
Teniendo presente lo anterior se realizaron 6 sondeos en total, y a una profundidad de
15 m en 3 de los sondeos y 10 m de profundidad en los 3 restantes, lo anterior se debe
a que la zona presenta a estas profundidades una serie de material rocoso y firme. Lo
anterior lo podemos observar en la Tabla 1 – Sondeos realizados.
SONDEO PROFUNDIDAD
(m)
S1 15
S2 10
S3 15
S4 10
S5 15
S6 10
TOTAL 75
Tabla 1 – Sondeos realizados
33
Estos sondeos se realizaron con un equipo de percusión, adecuado para los ensayos de
penetración estándar – SPT.
También se realizaron tres apiques a una profundidad de 1.5 m y con un ancho y largo
determinado de 0.8 m y 1.2 m respectivamente.
En la Imagen 13 – Sondeos y apiques realizados en círculos de contorno rojo y
rectángulos de contorno blanco se encierran la ubicación de las actividades realizadas
para la toma de muestras.
Imagen 13 – Sondeos y apiques realizados
Durante los trabajos en campo se recolectaron 85 muestras y 6 muestras no alteradas,
que se colocaron en custodia con rotulación y protección para ser enviados al laboratorio
de suelos.
7.5.1. Ensayos de laboratorio
Con las muestras recolectadas en el trabajo que se ejecutó en campo se realizaron los
siguientes ensayos de laboratorio
Corte directo
Humedad natural
Limite liquido
Limite plástico
34
Granulometría combinada
CBR - Relación de Soporte de California
7.5.2. Nivel freático
El nivel freático es “el lugar geométrico de los puntos donde la presión del agua es igual
a la presión atmosférica. En otras palabras, el nivel freático está definido por los niveles
alcanzados por el agua subterránea”. (ingeniero de caminos, 2019) En el proyecto se
encontró este nivel una profundidad de 4 m promedio.
7.6. Características físicas y mecánicas de los materiales
Se realizaron en total 6 sondeos de los cuales se tomaron todas la muestras alteradas e
inalteradas para la realización de los diferentes ensayos de laboratorio.
De las muestras obtenidas se pudo definir un perfil estratigráfico que está compuesto por
dos estratos, el primero corresponde a un “Lleno heterogéneo” y el segundo a un
“Depósito de vertientes”
A continuación, en la Imagen 14 – Perfil estratigráfico del proyecto, presentamos el perfil
estratigráfico y su respectivo nivel freático encontrado.
Imagen 14 – Perfil estratigráfico del proyecto
Las siguientes son las características de cada uno de los estratos encontrados en la
exploración de campo y el laboratorio de suelos.
35
7.6.1. Lleno heterogéneo
Propiedades Físicas
Su N45 promedio es de 15 golpes/pie, su peso unitario húmedo es de 16.5 kN/m3, y un
peso unitario saturado equivalente a 17.5 kN/m3. Esto quiere decir que el material tiene
una consistencia media.
Propiedades Mecánicas
Para obtener las propiedades mecánicas del estrato en estudio se implementó la
metodología de Álvaro Gonzales, empleando los datos del ensayo de SPT, y la corrección
del N45 propuesta por Bowles, cuyas correlaciones se pueden observan en los anexos.
En la gráfica se muestra la envolvente de falla del “Lleno heterogéneo”, tomando los datos
de las correlaciones antes mencionadas, entre los valores de los esfuerzos cortantes vs
los esfuerzos axiales, según los números de golpes del SPT.
Esta envolvente de falla ilustrada en la Imagen 15 – Envolvente de falla – Lleno
heterogéneo, tiene como resultado un Angulo de fricción de 28.63º y una cohesión de
1.35 Kpa.
Imagen 15 – Envolvente de falla – Lleno heterogéneo
36
7.6.2. Depósito de vertientes
Propiedades Físicas
Su N45 promedio es de 29 golpes/pie, su peso unitario húmedo es de 19.98 kN/m3, y un
peso unitario saturado equivalente a 20.5 kN/m3. Esto quiere decir que el material tiene
una consistencia rígida.
Propiedades Mecánicas
Para obtener las propiedades mecánicas del estrato en estudio se implementó la
metodología de Álvaro Gonzales, empleando los datos del ensayo de SPT, y la corrección
del N45 propuesta por Bowles, cuyas correlaciones se pueden observan en los anexos.
En la gráfica se muestra la envolvente de falla del “Deposito de vertientes”, tomando los
datos de las correlaciones antes mencionadas, entre los valores de los esfuerzos
cortantes vs los esfuerzos axiales, según los números de golpes del SPT.
Esta envolvente de falla ilustrada en la Imagen 15 – Envolvente de falla – Lleno
heterogéneo, tiene como resultado un Angulo de fricción de 34º y una cohesión de 18.42
Kpa.
Imagen 16 – Envolvente de falla – Deposito de vertientes
37
7.7. Definición de los parámetros de sismo
Para la definición de parámetros de sismo se tienen en cuenta las consideraciones
basadas en Norma Colombiana de diseño Sismo Resistente NSR – 10. Que nos define
los siguientes coeficientes según la Tabla 2 – Coeficientes para los parámetros de sismo
NSR-10, correspondiente para el Municipio de Concordia – Antioquia.
Coeficiente que representa la aceleración pico
efectiva. (Aa)
0.25
Coeficiente de aceleración que representa la
velocidad horizontal pico efectiva, para diseño.
(Av)
0.25
Coeficiente que representa la aceleración pico
efectiva para diseño con seguridad reducida.
(Ae)
0.15
Coeficiente que representa la aceleración pico
efectiva para el umbral de daño. (Ad)
0.08
Tabla 2 – Coeficientes para los parámetros de sismo NSR-10
De acuerdo con la Norma NSR-10 y con los coeficientes, se define el Municipio de
Concordia, como un municipio con alta sismicidad.
Para las velocidades de ondas se tomaron como referencia autores como Ohta y Goto
(1978), para construir la tabla que define las velocidades de ondas según los números de
golpes de los ensayos de SPT.
N spt Vs
SONDEO P1 P2 P3 P4 P5 P6
PROFUNDIDAD N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES (m/s)
1 4 8 6 4 5 5 152.81
2 5 9 6 3 6 6 157.65
3 8 9 9 5 12 9 180.94
4 10 9 10 13 12 8 192.36
5 11 11 12 14 15 15 208.36
6 15 15 13 18 18 15 222.33
7 25 18 14 25 19 16 239.93
38
N spt Vs
SONDEO P1 P2 P3 P4 P5 P6
PROFUNDIDAD N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES N°
GOLPES (m/s)
8 25 25 16 26 22 22 252.83
9 24 26 19 32 23 25 260.99
10 28 29 29 35 25 27 274.91
11 29 28 28 273.25
12 40 29 32 290.15
13 41 30 35 295.07
14 44 32 33 297.95
15 45 35 40 308.08
Tabla 3 – Velocidad de onda de corte a partir de N spt
De acuerdo a la tabla anterior se puede tener las siguientes consideraciones:
Según la tabla A.2.4-1 de la norma NSR-10, se clasifica los perfiles de suelos como
tipo D.
Según la Tabla A.2.4-3 de la norma NSR-10, para un perfil de suelo tipo D, se
interpolaron los datos y da un valor de Fa igual a 1.3, el cual es el coeficiente de
amplificación que afecta la aceleración en la zona de períodos cortos, debida a los
efectos de sitio.
Según la Tabla A.2.4-4 de la norma NSR-10, para un perfil de suelo tipo D, se
interpolaron los datos y da un valor de Fv igual a 1.9, el cual es el coeficiente que
amplifica las ordenadas del espectro en roca para tener en cuenta los efectos de
sitio en el rango de periodos intermedios.
Según las características del proyecto, este se puede clasificar en el Grupo II, según la norma NSR-10, lo que quiere decir que se considera como estructuras de ocupación especial. Todo lo anterior según el numeral A.2.5.1 de la NSR-10, Titulo A.
Teniendo presente el Grupo en el que se clasifica el proyecto, se define un coeficiente de importancia equivalente a 1.10, basados en la tabla A.2.5-1 de la norma NSR-10, Titulo A.
39
7.8. Análisis de estabilidad
Para el análisis de estabilidad de taludes se utilizó el software Slide V2.0, que permite
obtener el factor de seguridad de superficies de falla circular.
Teniendo presente que un terreno es inestable cuando el factor de seguridad (F.S.) es
menor o igual que 1.0, esto quiere decir que las fuerzas actuantes son mayores que las
resistentes; y un terreno es estable cuando el F.S. es mayor que 1.0, lo que quiere decir
que las fuerzas actuantes son menores que las fuerzas resistentes.
Para tales análisis, se usaron los datos representados en la Tabla 4 – Propiedades
mecánicas de los estratos
SUELO
Angulo de fricción
Cohesión Peso unitario
húmedo
Φ (º) c (kpa) ɣ h [Kn/m3]
Lleno heterogéneo
25.32 1.0 16.50
Depósito de vertientes
28.40 14.71 19.98
Tabla 4 – Propiedades mecánicas de los estratos
7.8.1. Coeficiente sísmico horizontal de diseño
Teniendo presente la norma NSR-10, en el titulo H, literal H.5.2.5. se cita textualmente
“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 sísmicos definidos en el Capítulo
A.2.” (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)
Se puede concluir entonces, y partiendo de la Imagen 17 – Figura A.2.6-1, NSR-10,
donde se muestra el Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como Fracción de g;
que:
𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐴𝑎 × 𝐹𝑎 × 𝐼
Ecuación 1 – Aceleración máxima del componente horizontal
40
Imagen 17 – Figura A.2.6-1, NSR-10
Entonces el amax para el análisis del proyecto, es equivalente a:
𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0.25 × 1.3 × 1.1 = 0.3575
Ecuación 2 – Aceleración máxima del proyecto
De la norma también se argumenta textualmente que “El coeficiente sísmico de diseño
para análisis seudo-estático 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, Vivienda y
Desarrollo Territorial, 2010), tomado del literal H.5.2.5. del título H de la NSR-10; cuyos
valores se muestran en la Imagen 18 – Tabla H.5.2-1, NSR-10, donde se muestran los
valores de KST/amax Mínimos para Análisis Seudo-estático de Taludes.
41
Imagen 18 – Tabla H.5.2-1, NSR-10
El proyecto actual se agrupa a Suelos, por lo tanto, el factor KST/amax Mínimo, para el
análisis a usar es de 0.8; obteniendo como resultado final un componente horizontal para
el análisis seudo estático de:
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 = 𝐾𝑆𝑇 × 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0.8 × 0.3575 = 0.286
Ecuación 3 – Componente horizontal
7.8.2. Coeficiente sísmico vertical de diseño
De la norma NSR-10, en cuanto al componente vertical se cita textualmente; “Cuando se
utilice la componente vertical de los movimientos sísmicos de diseño, como mínimo debe
tomarse como las dos terceras partes de los valores correspondiente a los efectos
horizontales, ya sea en el espectro de diseño o en las familias de acelerogramas”
(Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010); Esto quiere decir
entonces que la expresión matemática para el componente vertical equivale a:
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 =2
3𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 =
2
3× 0.286 = 0.19
Ecuación 4 – Componente vertical
7.8.3. Factores de seguridad
Siguiendo las recomendaciones dadas por la norma NSR-10, en el literal H.2.4.3. y la
tabla H.2.4-1, donde se dan las recomendaciones básicas y se expone que “en ningún
caso el factor de seguridad básico mínimo FSBM podrá ser inferior a 1.00” (Ministerio de
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)
42
Por lo tanto, se utilizarán los factores recomendados en la Imagen 19 – Tabla H.5.4-1, NSR-10, donde se muestran los Factores de seguridad básicos mínimos directos para taludes.
Imagen 19 – Tabla H.5.4-1, NSR-10
7.9. Obras de estabilidad planteadas
7.9.1. Perfiles
Para el análisis del proyecto se utilizaron tres perfiles clasificados y distribuidos de la
siguiente manera:
Imagen 20 – Distribución de perfiles
La línea negra, corresponde al perfil A-A; la línea roja corresponde al perfil B-B’; y la línea
azul corresponde al perfil C-C’.
43
7.9.2. Condiciones actuales Perfil A-A’
Imagen 21 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil A-A’
44
Imagen 22 – Análisis seudo-estático, condiciones actuales del perfil A-A’
Para el análisis estático se puede concluir que el terreno es inestable tal y como se
muestra en la Imagen 21 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil A-A’, lo
mismo ocurre en el análisis seudo-estatico de la Imagen 22 – Análisis seudo-estático,
condiciones actuales del perfil A-A’, presentando un valor muy bajo cuando ocurre un
sismo.
45
7.9.3. Condiciones proyectadas Perfil A-A’
Las condiciones proyectadas son el análisis estático y seudo-estático del terreno con las
cargas a las que se someterá en este caso las torres de edificación que equivalen a 80
kN/m2 y las cargas de la vía, que equivalen a 10 kN/m2.
Como se muestran en las imágenes Imagen 23 – Análisis estático, condiciones y cortes
proyectados del perfil A-A’ y la Imagen 24 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes
proyectados del perfil A-A’; en ambos casos los Factores de seguridad son muy bajos,
por lo tanto se requiere de una estabilización.
Imagen 23 – Análisis estático, condiciones y cortes proyectados del perfil A-A’
46
Imagen 24 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes proyectados del perfil A-A’
7.9.4. Condiciones proyectadas estabilizadas Perfil A-A’
Las condiciones proyectas estabilizadas consiste en el análisis del perfil con las obras
recomendadas para la estabilización de la zona; para este caso se recomienda construir:
Micropilotes de una profundidad igual a 3 m, y separados cada 2 m, para la
cimentación de cada una de las torres.
Para la torre inferior se debe construir un muro en geotextil, separado cada 0.5 m,
con el objetivo de estabilizar un andén que se encuentra al borde de talud.
Para la estabilización de taludes se recomienda la construcción de unos anclajes
activos distribuidos de la siguiente manera; para el talud inferior longitudes de 5 m
e inclinaciones de 119.8º separados cada 2 m; para el talud intermedio longitudes
de 15 m e inclinaciones de 133.9º separados cada 1 m; y para el talud superior
longitudes de 10 m e inclinaciones de 135º separados cada 2 m.
Todo esto lo podemos observar en la Imagen 25 – Análisis estático, condiciones y cortes
estabilizados del perfil A-A’ y la Imagen 26 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes
estabilizados del perfil A-A’; donde se observa que el terreno cumple con los factores de
47
seguridad tanto para el análisis estático, como para el análisis seudo-estatico cuando
ocurre un sismo.
Imagen 25 – Análisis estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil A-A’
Imagen 26 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil A-A’
48
7.9.5. Condiciones actuales Perfil B-B’
Para el análisis estático se puede concluir que el terreno es inestable tal y como se
muestra en la Imagen 27 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil B-B’, lo mismo
ocurre en el análisis seudo-estático de la Imagen 28 – Análisis seudo-estático,
condiciones actuales del perfil B-B’, presentando un valor muy bajo cuando ocurre un
sismo.
Imagen 27 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil B-B’
49
Imagen 28 – Análisis seudo-estático, condiciones actuales del perfil B-B’
7.9.6. Condiciones proyectadas Perfil B-B’
Las condiciones proyectadas son el análisis estático y seudo-estático del terreno con las
cargas a las que se someterá en este caso las torres de edificación que equivalen a 80
kN/m2 y las cargas de la vía, que equivalen a 10 kN/m2.
Como se muestran en las imágenes Imagen 29 – Análisis estático, condiciones
proyectadas del perfil B-B’ y la Imagen 30 – Análisis seudo-estático, condiciones
proyectadas del perfil B-B’; en ambos casos los Factores de seguridad son muy bajos,
por lo tanto se requiere de una estabilización.
50
Imagen 29 – Análisis estático, condiciones proyectadas del perfil B-B’
Imagen 30 – Análisis seudo-estático, condiciones proyectadas del perfil B-B’
51
7.9.7. Condiciones proyectadas estabilizadas Perfil B-B’
Imagen 31 – Análisis estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil B-B’
Imagen 32 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil B-B’
52
Las condiciones proyectas estabilizadas consiste en el análisis del perfil con las obras
recomendadas para la estabilización de la zona; para este caso se recomienda construir:
Para abatir el Nivel Freático se deben construir drenes de longitud mínima de 15
m y con un ángulo de inclinación de 10º, distribuidos de la siguiente manera; 3 en
el talud inferior, 2 en el talud intermedio que le sigue, y para el tercer talud contado
de abajo hacia arriba otros 3 drenes.
Micropilotes de una profundidad igual a 5 m, y separados cada 2 m, para la
cimentación de la torre.
Para la estabilización de taludes se recomienda la construcción de unos anclajes
activos distribuidos de la siguiente manera; para el talud inferior longitudes de 10
m e inclinaciones de 124º separados cada 1 m; para el talud intermedio longitudes
de 20 m e inclinaciones de 113.9º separados cada 1 m; y para el talud superior
siguiente longitudes de 10 m e inclinaciones de 135º separados cada 1 m.
En el talud superior a la obra se recomienda la construcción de unos micropilotes
de longitud 3 m y grado de inclinación 115.2º, separados entre sí cada 0.5 m.
Además de reemplazar todo el material del “Lleno Heterogéneo” en los dos taludes
inferiores, este material de reemplazo puede ser material del Depósito de
Vertientes excavado, o con características Físicas y mecánicas de mayor
consistencia.
Todo esto lo podemos observar en la Imagen 31 – Análisis estático, condiciones y cortes
estabilizados del perfil B-B’ y la Imagen 32 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes
estabilizados del perfil B-B’; donde se observa que el terreno cumple con los factores de
seguridad tanto para el análisis estático, como para el análisis seudo-estatico cuando
ocurre un sismo.
7.9.8. Condiciones actuales Perfil C-C’
Para el análisis estático se puede concluir que el terreno es inestable tal y como se
muestra en la Imagen 33 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil C-C’, lo mismo
ocurre en el análisis seudo-estático de la Imagen 34 – Análisis seudo-estático,
condiciones actuales del perfil C-C’, presentando un valor muy bajo cuando ocurre un
sismo.
53
Imagen 33 – Análisis estático, condiciones actuales del perfil C-C’
Imagen 34 – Análisis seudo-estático, condiciones actuales del perfil C-C’
54
7.9.9. Condiciones proyectadas Perfil C-C’
Imagen 35 – Análisis estático, condiciones proyectadas del perfil C-C’
Imagen 36 – Análisis seudo-estático, condiciones proyectadas del perfil C-C’
55
Para el análisis estático se puede concluir que el terreno es inestable tal y como se
muestra en la Imagen 35 – Análisis estático, condiciones proyectadas del perfil C-C’, lo
mismo ocurre en el análisis seudo-estático de la Imagen 36 – Análisis seudo-estático,
condiciones proyectadas del perfil C-C’, presentando un valor muy bajo cuando ocurre
un sismo.
7.9.10. Condiciones proyectadas estabilizadas Perfil C-C’
Las condiciones proyectas estabilizadas consiste en el análisis del perfil con las obras
recomendadas para la estabilización de la zona; para este caso se recomienda construir:
Micropilotes de una profundidad igual a 5 m, y separados cada 2 m, para la
cimentación de la torre.
Para la estabilización de taludes se recomienda la construcción de unos anclajes
activos distribuidos de la siguiente manera; para el talud inferior longitudes de 15
m e inclinaciones de 132.2º separados cada 1.5 m; para el talud intermedio
longitudes de 15 m e inclinaciones de 135.5º separados cada 1.5 m; y para el talud
superior siguiente longitudes de 15 m e inclinaciones de 134.9º separados cada
1.5 m.
Todo esto lo podemos observar en la Imagen 37 – Análisis estático, condiciones y cortes
estabilizados del perfil C-C’, y la Imagen 38 – Análisis seudo-estático, condiciones y
cortes estabilizados del perfil C-C’; donde se observa que el terreno cumple con los
factores de seguridad tanto para el análisis estático, como para el análisis seudo-estatico
cuando ocurre un sismo.
56
Imagen 37 – Análisis estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil C-C’
Imagen 38 – Análisis seudo-estático, condiciones y cortes estabilizados del perfil C-C’
57
7.9.11. Drenajes
Rondas de Coronación: Las rondas de coronación son drenajes superficiales cuyo
objetivo es mejorar la estabilidad de los taludes, disminuyendo la infiltración y las
erosiones que se puedan llegar a presentar.
Esta ronda de coronación debe estar ubicado a 3/4 partes del punto más bajo del talud y
otra en la mitad, y deben finalizar lejos de la zona de estructuras del proyecto; se debe
garantizar la captación completa las escorrentías y precipitaciones de la zona.
Cunetas: La vía debe tener una cuneta ubicada a ambos lados o según el peralte o
bombeo de la vía, esta debe ser construida de acuerdo a las precipitaciones de la zona,
las cuales equivalen a más de 2000 mm/año, se deben construir obras transversales en
caso de ser requeridas para el desalojo de aguas.
Filtros: Se recomienda contra los taludes construir filtros que protejan parte de las
cimentaciones de las estructuras, esto con el objetivo de prevenir socavaciones futuras y
daños a los concretos.
7.10. Diseño de pavimentos
7.10.1. Método de diseño
Para el diseño de pavimentos flexibles se tomó como metodología del TMA - TRÁNSITO
MEDIO Y ALTO, que tiene las siguientes características:
El método es una combinación de métodos existentes.
Fue preparado para ser utilizado en Colombia
Se fundamenta en el método AASHTO.
Las variables que intervienen son las mismas que cualquier otra metodología
Toma muy en cuenta las condiciones colombianas.
Se busca uniformizar la tecnología del diseño en el país.
7.10.2. Variable tránsito
58
Se tomaron en cuenta los aforos entregados para poder determinar el TPD, los cuales se
pueden observar en el anexo “Variable Transito”, a continuación, se muestra el cálculo
del TPD.
𝑇𝑃𝐷 =809 + 926 + 1080
3= 938
Ecuación 5 – Cálculo del TPD
Se tiene entonces un TPD = 938, cuyo dato se necesita para la categoría de la vía que
corresponde a la III, que son caminos rurales con transito mediano o caminos
estratégicos, como se observa en la Tabla 5 – Categoría de la vía según TPD.
CATEGORÍA DE LAS VÍAS
CATEGORÍAS I II III Especial
DESCRIPCIÓN
Autopistas inter urbanas. Caminos
interurbanos principales
Colectoras interurbanas.
Caminos rurales e industriales principales.
Caminos rurales con tránsito
mediano. Caminos estratégicos.
Pavimentos especiales.
TPD >5.000 1.000 - 10.000 <1.000 <10.000
Tabla 5 – Categoría de la vía según TPD
Para el periodo de diseño se tiene en cuenta la categoría de la vía, correlacionándola con
la Tabla 6 – Periodo de diseño según la categoría de la vía, donde se define un periodo
de diseño de 10 años.
PERÍODOS DE DISEÑO
CATEGORÍA DE LA VÍA PERÍODOS DE DISEÑO
RANGO UTILIZADO
I 10-30 20
II 10-20 15
III 10-20 10
Especiales 7-20 10-15
Tabla 6 – Periodo de diseño según la categoría de la vía
Cálculo del FC – Factor camión, este es la sumatoria de los porcentajes de los vehículos
comerciales tomados del aforo y multiplicados por los factores de equivalencia de la
universidad del cauca.
59
𝐹𝐶
=15.35 ∗ 0.05 + 11.24 ∗ 1 + 30.14 ∗ 1.14 + 33.41 ∗ 3.44 + 7.8 ∗ 6.73 + 0.25 ∗ 4.4 + 1.81 ∗ 4.72
100= 2.23
Ecuación 6 – Cálculo del FC
Cálculo del N, este es el número de ejes equivalentes calculados para el periodo de
diseño; donde:
Numero de ejes equivalentes (N)
Transito promedio diario (TPD)
Tasa de crecimiento anual (r)
periodo de diseño (n)
Porcentaje de vehículos comerciales (B)
Factor direccional (A)
Factor de camión (Fc)
Imagen 39 – Formula para cálculo de N según Metodología TMA
𝑁 = 938 ∗50
100∗
12
100∗ 365 ∗
(1 + 0.03)10
ln(1 + 0.03)∗ 2.23 = 0.534 ∗ 106
Ecuación 7 – Cálculo del N
Según el N calculado que equivale a 0.534x106, el rango de transito es T1, como se
puede observar en la Tabla 7 – Rangos de transito según N.
RANGOS DE TRÁNSITO CONSIDERADOS
Designación Rangos de tránsito acumulado
por carril de diseño
T1 0.5 a 1.0 * 106
T2 1.0 a 2.0 * 106
FC
r
rBATPDN
n
)1ln(
11365
100100
60
RANGOS DE TRÁNSITO CONSIDERADOS
Designación Rangos de tránsito acumulado
por carril de diseño
T3 2.0 a 4.0 * 106
T4 4.0 a 6.0 * 106
T5 6.0 a 10.0 * 106
T6 10.0 a 15.0 * 106
T7 15.0 a 20.0 * 106
T8 20.0 a 30.0 * 106
T9 30.0 a 40.0 * 106
Tabla 7 – Rangos de transito según N
7.10.3. Variable suelos
Para la parte del diseño de pavimentos se requiere conocer el CBR del suelo, por lo tanto,
según los apiques realizados en el proyecto se tienen los siguientes datos, de CBR
entregados por el laboratorio:
APIQUE CBR (%) SOBRECARGA (kg)
AP1 2.5 6.8
AP2 3.4 6.8
AP3 1.7 6.8
Tabla 8 – CBR del proyecto
Si se toma un promedio de los tres CBR, se tiene como valor definitivo un CBR de diseño
de 2.53 %.
Según este dato el calor del CBR está por debajo del 3% que recomiendan todos los
métodos de diseños de pavimentos, por lo tanto, se recomienda una estabilización
tratada de la subrasante.
Para dicha estabilización de la subrasante se tomaran en cuenta las recomendaciones
dictadas en el artículo CD230 de INVI-CALDAS, donde se debe tratar la subrasante con
un reemplazo no menor al 90% del espesor del diseño de pavimentos con un material
que tenga las características que se muestran en la Imagen 40 – Requisitos de los
materiales para estabilización de subrasante INVICALDAS.
61
Al realizar el reemplazo con este material, se busca obtener un CBR≥10, por lo tanto, se
tomará este como CBR de diseño definitivo.
Imagen 40 – Requisitos de los materiales para estabilización de subrasante
INVICALDAS
Teniendo en cuenta el CBR del 10 entonces MR=100*CBR, siendo entonces MR= 1000,
se clasifica la subrasante como S4, según la Tabla 9 – Categoría de la subrasante
Metodología TMA.
CATEGORÍAS DE LA SUBRASANTE
Categorías Módulo resiliente (kg/cm2)
S1 300 ≤ MR < 500
S2 500 ≤ MR < 700
S3 700 ≤ MR < 1000
S4 1000 ≤ MR <1500
S5 ≥ 1500
Tabla 9 – Categoría de la subrasante Metodología TMA
7.10.4. Variables ambientales
“La temperatura promedio en Concordia es 18.3 ° C. Precipitaciones aquí promedios
2318 mm” (CLIMATE-DATA.ORG, 2019).
Teniendo presente los datos anteriores se puede clasificar el proyecto en la región R2,
según la Imagen 41 – Clasificación de regiones Metodología TMA, como una regio
templada húmeda.
62
Imagen 41 – Clasificación de regiones Metodología TMA
7.10.5. Estructura vehicular
Según los datos obtenidos, se escoge el diseño referente a las cartas, en este caso se
remite a la Carta No. 2., Región 2 (R2), Templado seco y templado semihúmedo, w-
MMAT: 13ºC – 20ºC, Precipitación: < 2000 mm/año, T1: 05<N8.2(106), MR (kg/cm2): S4:
1000≤Mr<1500, como se muestra en la siguiente imagen
Imagen 42 – Estructuras vehiculares para el proyecto Metodología TMA
Se escoge por recomendación el diseño correspondiente a los siguientes espesores:
Carpeta rodadura = 7.5 cm MDC-2
Base Granular = 15 cm BG-2
Sub Base Granular = 15 cm SBG-2
63
8. RECOMENDACIONES
Se recomienda tener un registro fotográfico de las excavaciones para tener
presente algún cambio de estrato que no esté identificado.
Se recomienda impermeabilizar todas las estructuras que se encuentren
directamente en contacto con el terreno, lo anterior se debe a los nivele freáticos
tan superficiales de la zona
Se debe hacer mantenimiento constante de las obras de drenaje superficial, con
el objetivo de que no se colmaten y puedan tener un funcionamiento completo y
continuo.
Se recomienda construir bajo parámetros topográficos, con el objetivo de evitar
errores de desplante.
64
9. CONCLUSIONES
Los diseños de cualquier estructura de construcción deberían cumplir tres
necesidades básicas, la primera cumplir con todas las necesidades y
requerimientos técnicos y normativos vigentes; la segunda es cumplir con las
necesidades del cliente, sus garantías, su estabilidad y durabilidad en el tiempo; y
la tercera no menos importante, es la de ser construida de la manera más
económicamente posible sin dejar de lado las dos primeras necesidades. De
acuerdo a las anteriores necesidades y en especial la última, se debería tener en
cuenta otras metodologías para el diseño de los pavimentos, teniendo presente
que esta metodología usada, puede ser en un caso de mayor costo, y este recurso
puede ser optimizado por medio de otras metodologías de diseño de pavimentos.
Se analizaron todos los casos para el programa Slide, según los parámetros
sísmicos y los cortes o perfiles definidos en planos; en un principio se dificultaron
todas las estrategias estudiadas para la estabilización de los taludes, pero esto se
debía a los estratos identificados y sus respectivas características, ya que son de
muy baja resistencia para la construcción de proyectos en la zona.
Todos los objetivos específicos se lograron cumplir de acuerdo a su respectivo
planteamiento, dedicándole el tiempo suficiente a las consultas y asesorías para
su buen desarrollo.
En el análisis de los datos aportados y en el proceso de estabilización de los
taludes, se pudo observar como influía el nivel freático en la estabilización de
taludes o de las estructuras; el nivel freático presentado en el proyecto es
demasiado alto o superficial, esto conlleva a tener problemas inesperados que
encarecen la obra; para poder tener un mayor control y garantías de no
deslizamiento se ve la necesidad de sugerir la construcción de drenes y de
estructuras para el control de las aguas tanto superficiales como subterráneas.
Todos los datos aquí presentados son de carácter académico, y se prohíbe su
reproducción para otros fines.
Para tener un rápido análisis de los laboratorios se debe tener un buen
conocimiento en suelos, y en el uso de herramientas informáticas, preferiblemente
en Excel, el ligero y buen desarrollo del presente trabajo se debe a los
conocimientos adquiridos durante nuestro proceso de formación durante la
trayectoria de la carrera y del seminario de Geotecnia Vial
65
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