CONSORCIO CENTRO DE ACOPIO DE LECHE

ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL CENTRO DE ACOPIO DE LECHE

CORREGIMIENTO No 1 MUNICIPIO DE SOACHA

SOACHA, ABRIL DE 2010

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................. 3

3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO .............................................................................................................................. 4

3.1 ALCANCE DEL ESTUDIO.................................................................................................................................. 4 3.2 GENERALIDADES DEL SITIO DE ESTUDIO ........................................................................................................ 4

4. TRABAJO DE CAMPO ........................................................................................................................................... 5

4.1 NÚMERO, PROFUNDIDAD Y METODOLOGÍA DE LAS PERFORACIONES ........................................................... 5 4.2 NIVEL FREÁTICO ............................................................................................................................................ 5

5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO ................................................................................................................... 6

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DE CIMIENTO......................................................................................... 7

6.1. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS ....................................................................................................................... 7 6.2. CIMIENTO DE LA EDIFICACIÓN...................................................................................................................... 7

6.2.1. Capacidad Portante y Carga Admisible ................................................................................................ 9 6.2.2. Asentamientos ................................................................................................................................... 10

6.3. ESTABILIDAD LOCAL DE LA OBRA................................................................................................................ 11 6.3.1. Estabilidad de Talud ante Cortes de Ladera........................................................................................ 11 6.3.2. Análisis de Licuefacción ...................................................................................................................... 11 6.3.3. Diseño Geotécnico y Manejo de Excavaciones .................................................................................... 11 6.3.4. Empuje de Tierras .............................................................................................................................. 12 6.3.5. Rellenos sobre la cimentación ............................................................................................................ 12 6.3.6. Recomendaciones Constructivas ........................................................................................................ 12

6.4. COEFICIENTE SÍSMICO ................................................................................................................................ 12

7. MÉTODOS DE CONTROL, LIMITACIONES Y VERIFICACIÓN ................................................................................. 13

ANEXO A: MEMORIAS DE CÁLCULO ...................................................................................................................... 14

ANEXO B: REGISTRO FOTOGRÁFICO EXPLORACIONES DE CAMPO ........................................................................ 20

ANEXO C: REGISTROS EXPLORACIÓN DE CAMPO Y RESULTADOS DE LABORATORIO............................................. 24

1. INTRODUCCIÓN

Se presenta el informe de suelos para la evaluación de la cimentación de una edificación de dos niveles, para acopio de leche. Se da como verificación del informe de suelos editado por la firma Ensayos y Diseños en el mes de enero de 2010. El siguiente estudio fue realizado en el corregimiento 1 del municipio de Soacha. El informe presenta los diferentes ensayos de identificación realizados en el Laboratorio de Suelos de Consermaq S.A., a las muestras del suelo recuperadas, así como los ensayos de deformabilidad y resistencia según la litología encontrada, basados en los resultados y por medio de formulaciones, correlaciones de mecánica de suelos internacional y de las normativas NSR-10, se obtienen los parámetros geotécnicos necesarios para llevar a cabo la evaluación de la capacidad portante y asentamientos de la cimentación de las estructuras en mención.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

3.1 ALCANCE DEL ESTUDIO

El proyecto consiste en la construcción de una edificación de dos niveles para el acopio de leche en el corregimiento 1 del municipio de Soacha. 3.2 GENERALIDADES DEL SITIO DE ESTUDIO

DATOS DE TERRENO: el sitio de exploración se localiza aproximadamente a unos 15Km del casco urbano de Soacha, en zona rural del corregimiento 1. Para llegar al sitio se transita por la vía carreteable y en afirmado hacia la ladrillera Santa Fe y las canteras del sector. El sitio de estudio presenta vegetación de pastos, con una pendiente de terreno de 8º.

FIGURA 1. LOCALIZACIÓN GENERAL DE SOACHA. FUENTE: WIKIPEDIA

4. TRABAJO DE CAMPO

4.1 NÚMERO, PROFUNDIDAD Y METODOLOGÍA DE LAS PERFORACIONES

Se ejecutó una perforación con taladro manual por el sistema de percusión, con profundidad del orden de 3,6m lineales (no se pudo avanzar a mayor profundidad debido a que el suelo presentó rechazo), además de la realización del ensayo in situ de penetración estándar SPT, el cual consiste en tomar muestra tipo cuchara partida de 2”, mediante el impacto de un martillo de 140 lb, que se deja caer libremente desde una altura de 76 cm. El número necesario para hincar el muestreador una longitud de 30 cm en el subsuelo es el número de resistencia a la penetración Nspt. Este valor se corrige al 70% de su energía, tal y como se explica en las memorias de cálculo, en el Anexo A del presente informe. Las propiedades del subsuelo del sondeo se presentan en el Anexo C, las cuales incluyen la descripción de los estratos del suelo y el valor de N del ensayo SPT. El registro fotográfico de las exploraciones de campo se adjunta en el anexo B. 4.2 NIVEL FREÁTICO Dentro de la profundidad de exploración no se encontró nivel freático.

5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

En la perforación se tomaron seis (6) muestras en el sondeo, a las cuales se les realizaron las siguientes pruebas de laboratorio (Numeral H.2.6 NSR-10):

Humedad Natural (normas ASTM D2216, INV E-)

Límites de Atterberg.(ASTM D4318,INV E- )

Gradaciones (NTC 1527, INV E-)

Peso Unitario (INV E-)

Los ensayos fueron realizados en el laboratorio de Suelos de Consermaq S.A. Los resultados de los ensayos de laboratorio se presentan en el Anexo C. Para clasificar los suelos sé utilizó la clasificación unificada de suelos (USCS), la cual se basa en el tamaño de los granos, en los limites y la composición del suelo. Se clasifico el perfil de suelo estudiado, primariamente en forma visual durante la exploración y en laboratorio. Los colores de los suelos se describen in situ según la paleta de Munsell. Se encontró el siguiente perfil en la perforación de verificación: Desde nivel de terreno y hasta 0.80m, se encuentra una capa vegetal color negro, con olor y presencia de raíces. Desde 0.80m y hasta 1.40m, se encuentra un limo orgánico, de plasticidad baja y compresible, consistencia suelta, mezclado con algo de arcilla y con presencia de raíces, color gris y habano, cuya clasificación USCS es ML. Desde 1.40m y hasta 2.50m, se encontró una arcilla inorgánica de alta plasticidad, consistencia media, color gris claro con vetas de oxidación, con clasificación USCS: CH. Desde 2.50m y hasta la profundidad explorada, se encontró una arcilla inorgánica de alta plasticidad, de consistencia dura a muy dura, color gris claro con oxidación en tonos rojizos, cuya clasificación USCS es CH. Este perfil coincide con la estratigrafía encontrada en el estudio de suelos realizado por la firma E&D Ingeniería.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DE CIMIENTO

Las conclusiones y recomendaciones consignadas en el presente informe se basan en la caracterización Geológica y Geotécnica de la zona explorada en los puntos específicos del sitio de obra. 6.1. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS

Para los análisis geotécnicos, se obtienen los siguientes parámetros:

PROF (m)

NSPT Promedio Corregido

Clasificación Del suelo

SUCS

Cohesión C

(Kg/cm2)

Áng. de Fricción

Φ (Grados)

Peso Unitario

Υ (Ton/m3)

Peso Unitario Saturado

Υsat (Ton/m3)

Módulo de Elasticidad

E (Kg/cm2)

0,8-1.4

3 ML 0 25 1,8 1,9 20

1.4-3.6

8 CH 0.6 0 2.0 2.0 30

TABLA 1. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS PARA EL SUELO DE FUNDACIÓN

Los métodos para hallar la capacidad portante admisible y asentamientos del suelo de fundación, así como otras consideraciones geotécnicas, se explican en las memorias de cálculo consignadas en el Anexo A. Según el análisis de los resultados obtenidos en los ensayos de campo y laboratorio del material encontrado en la zona de exploración, se tiene la siguiente evaluación para el cimiento de la Edificación 6.2. CIMIENTO DE LA EDIFICACIÓN

Debido a la existencia de una capa orgánica de espesor considerable y al estrato de limo orgánico con características pobres de resistencia y deformabilidad, el sistema de cimentación debe superar dichos estratos y fundarse sobre el estrato arcilloso de consistencia media, el cual es más competente. Igualmente y dada la configuración del diseño de la edificación, es recomendable el reemplazo de material en los estratos no competentes por materiales granulares que aporten mayor capacidad de soporte.

De acuerdo con los resultados de la exploración realizada, se encuentra un nivel óptimo de cimentación a los 2.5m de profundidad, con una capacidad portante de 10,8 ton/m2. Se

comprobaron los mismos resultados dados en el informe de E & D Ingeniería (capacidad portante de 9ton/m2 a una profundidad de desplante de 2.1m). se pueden realizar cimentaciones superficiales tipo zapata, que lleguen a la profundidad de desplante dada, o se sugiere en el presente informe, la ejecución de vigas continuas o placas superficiales, apoyadas sobre un material de relleno seleccionado.

Se recomienda, la construcción de una losa, de sección igual al área de la edificación y sobre la cual se apoya esta, con un espesor aproximado de 40cm o según lo definan los cálculos estructurales. Esta se debe apoyar sobre un suelo mejorado, constituido por una capa de rajón de 30cm y sobre esta un relleno seleccionado. La capacidad portante es de 12ton/m2, con un Ks = 0,9Kg/cm3.

FIGURA 2. SECCIÓN RECOMENDADA

Se recomienda la construcción de una viga continua en concreto reforzado de sección no menor de 0.25mx0.25m, apoyada sobre una viga en concreto ciclópeo de 0,4mx0,5m. Sobre esta se debe realizar un mejoramiento de la subrasante hasta la profundidad de desplante sugerida.

FIGURA 3. SECCIÓN RECOMENDADA

6.2.1. Capacidad Portante y Carga Admisible A continuación se dan valores de capacidad portante para distintas secciones y profundidades de desplante para losas; a fin de que el ingeniero estructural defina la sección mas adecuada. Se hizo el análisis bajo condiciones no drenadas con el método de Hansen.

Capacidad Portante (Kpa)

D (m) B=0.4 B=0.5 B=0.6 B=0.7 B=0.8

0.75 84 85 87 89 94

0.8 89 90 92 94 99

0.85 94 95 97 99 101

0.9 99 101 102 104 106

TABLA 2. CAPACIDAD PORTANTE PARA DIFERENTES SECCIONES DE VIGAS DE CIMENTACIÓN SOBRE VIGAS EN CICLÓPEO

Carga Admisible (KN/m)

D (m) B=0.4 B=0.5 B=0.6 B=0.7 B=0.8

0.75 210 212,5 217,5 222,5 235

0.8 222,5 225 230 235 247,5

0.85 235 237,5 242,5 247,5 252,5

0.9 247,5 252,5 255 260 265

TABLA 3. CARGA ADMISIBLE DEL SUELO PARA DIFERENTES SECCIONES DE VIGAS DE CIMENTACIÓN SOBRE VIGAS EN CICLÓPEO

6.2.2. Asentamientos

ASIENTOS ELÁSTICOS Coeficiente de influencia I1 0.74 Coeficiente de influencia I2 0.16 Coeficiente de influencia Is 0.55 Asiento al centro de la cimentación 33.3 mm Asiento al borde 11.91 mm Se recomienda la construcción de una zapata de sección no menor de 1.0mx1.0m, a una profundidad de desplante no menor de 2.1m, unidos entre sí mediante vigas continuas en concreto reforzado, que servirán como soporte del sistema de mampostería confinada.

FIGURA 4. SECCIÓN RECOMENDADA

Capacidad Portante (Kpa)

D (m) B=L=1.0 B=L=1.5 B=L=2.0 B=L=2.5 B=L=3.0

2.1 130 122 117 118 112

2.5 129 123 117 122 115

3.0 129 123 118 113 118

TABLA 4. CAPACIDAD PORTANTE PARA DIFERENTES SECCIONES DE ZAPATAS

Carga Admisible (KN)

D (m) B=L=1.0 B=L=1.5 B=L=2.0 B=L=2.5 B=L=3.0

2.1 130 274,5 468 737,5 1008

2.5 129 276,75 468 762,5 1035

3.0 129 276,75 472 706,25 1062

TABLA 5. CARGA ADMISIBLE DEL SUELO PARA DIFERENTES SECCIONES DE VIGAS DE ZAPATAS

6.3. ESTABILIDAD LOCAL DE LA OBRA

6.3.1. Estabilidad de Talud ante Cortes de Ladera

Los cortes para las excavaciones de la cimentación se deben proteger con un sistema de entibado en madera, debido a las bajas condiciones de estabilidad del estrato limoso. 6.3.2. Análisis de Licuefacción

Método del C.N.R. - GNDT da Seed e Idriss Svo: Presión total; S'vo: Presión eficaz ; T: Tensión tangencial cíclica; R: Resistencia terreno a la licuefacción; Fs: Coeficiente de seguridad

Estrato Prof. Estrato

(m)

Nspt Nspt' Svo (kN/m²)

S'vo (kN/m²)

T R Fs Condición:

1 1.40 3.00 5.33 25.20 25.20 0.16 0.21 1.34 Nivel no sujeto a

licuefacción

TABLA 6. VERIFICACIÓN ANTE LICUACIÓN DEL TERRENO El sitio no es propenso a fenómenos de licuación. 6.3.3. Diseño Geotécnico y Manejo de Excavaciones

Para el manejo de las excavaciones para los cimientos, se tienen las siguientes verificaciones:

F.S. = (0,6ton/m2*5,14)/(2,0ton/m3*3,0m+1ton/m2) = 5,6>1,20 OK No se esperan fenómenos de falla o levantamiento de fondo. Revisión de la altura máxima para estabilidad del corte 4*C/ γ = 4*60KPa/20KN/m3 = 12m

Por lo anterior se pueden realizar cortes en talud vertical en el estrato arcilloso.

6.3.4. Empuje de Tierras

Para el estrato cohesivo, las presiones de tierra K son de 1,0.

6.3.5. Rellenos sobre la cimentación

Para los rellenos, el suelo extraído puede ser usado o reemplazado por uno de mejores características como B200, en los espesores dados. Las capas deben compactarse cada 0,20m y cuya densidad seca debe ser mayor de 1,9ton/m3 o el 90% de la densidad seca del ensayo Proctor Modificado. Los equipos usados para la compactación deben ser de vibración, utilizando los equipos apropiados para tal labor (tipo canguro o de doble rodillo); en ningún caso usar pisón de mano. Las compactaciones de los rellenos deben ceñirse a las normas técnicas para compactación de suelos.

6.3.6. Recomendaciones Constructivas

Disponer de un equipo de bombeo para evacuación de aguas lluvias.

Los tiempos de excavación, fundida y relleno deben ser lo menores posibles.

6.4. COEFICIENTE SÍSMICO

Parámetros sísmicos NSR-10:

Zona de amenaza sísmica Intermedia Clasificación del perfil de suelo E Aceleración pico efectiva Aa 0,15 Av 0.20 Ae 0,09 Ad 0,05

TABLA 7. PARÁMETROS SÍSMICOS DE DISEÑO

7. MÉTODOS DE CONTROL, LIMITACIONES Y VERIFICACIÓN

Las conclusiones y recomendaciones consignadas en el presente informe se basan en los resultados de la exploración de campo, resultados de laboratorio descritos anteriormente y debe informarse sobre el comportamiento de las soluciones recomendadas a medida que se avance en la construcción de las fundaciones, cualquier variación sustancial en la magnitud del proyecto y/o cargas debe ser notificado por escrito y analizado conjuntamente con el ingeniero geotecnista. El presente informe resulta de la verificación y complementación del informe inicial realizado por la firma E&D Ingeniería. El presente informe no puede ser tomado como reemplazo del realizado por dicha firma. Las dimensiones finales de la cimentación, resultan del diseño estructural definitivo, el presente estudio reúne los elementos fundamentales para lograr dicho diseño por parte del ingeniero estructural. Realizó CARLOS EDUARDO MENDOZA OLIVEROS INGENIERO CIVIL ESP. EN GEOTECNIA VIAL Y PAVIMENTOS M.P. 15202-134639BYC

ANEXO A: MEMORIAS DE CÁLCULO

CRITERIOS PARA LA OBTENCIÓN DE PARAMETROS GEOMECANICOS, CAPACIDAD PORTANTE Y ASENTAMIENTOS

La obtención de Cu en suelos cohesivos, para los diferentes estratos, se basó con los valores del NSPT corregido; este último de acuerdo a la siguiente tabla según datos obtenidos para materiales semejantes por el autor citado. La resistencia qu se obtiene por la expresión de Bowles: qu = 0.17*Nspt y por la tabla 2.

Nspt CONSISTENCIA qu=2Cu 2 MUY BLANDA 0,25

2-4 BLANDA 0,25-0,5 4-8 MEDIA 0,5-1

8-15 MEDIA DURA 1-2 15-30 DURA 2-4

30 MUY DURA 4-8

TABLA 8. OBTENCIÓN DE CU DE ACUERDO A VALORES DE N. FUENTE: TERZAGHI Y PECK, 1948

El ángulo de fricción interna, para Suelos Granulares, es obtenido de acuerdo al número de golpes N corregido, del ensayo de campo SPT, según la siguiente publicación científica.

COMPACIDAD Nspt ANGULO DE ROZAMIENTO

INTERNO MUY FLOJA <4 28

FLOJA 4-10 28-30 MEDIO DENSA 10-30 30-35

DENSA 30-50 35-41 MUY DENSA >50 >41

TABLA 9. OBTENCIÓN DEL ANGULO DE FRICCIÓN DE ACUERDO A VALORES DE N. FUENTE: INGENIERÍA GEOLÓGICA, LUÍS I. GONZÁLEZ DE VALLEJO 2003

Para suelos finos, el ángulo de fricción se obtiene de valores típicos para suelos (arcillas y limos: 10º - 30º; suelos cohesivos saturados: 0º). La obtención de la capacidad portante a través de los diferentes estratos del suelo se ha basado en el titulo H de la NSR-10 Corrección del Ensayo SPT

El ensayo SPT se corrige al 70% de su energía, valores con los cuales se hallan las correlaciones. De los golpes tomados en campo, se corrigen siguiendo la propuesta de Bowles, en donde: N70 = CN*Nspt*n1*n2*n3*n4

Donde, CN es la corrección por nivel de confinamiento = (95.76/Esfuerzo efectivo vertical)1/2 Nspt es el número de golpes hallado in situ. n1 es la corrección por el nivel de energía, para el equipo usado es 0,64. n2 es la corrección por longitud de varillaje, para profundidades entre 0m y 4m es de 0.75 y entre 4m y 8m de 0,85. n3 es la corrección por muestreador, para el equipo usado vale 1,0. n4 es la corrección por diámetro de perforación, para el diámetro de la cuchara partida usada en campo, vale 1,0. De los valores obtenidos, para diferentes estratos se toma el promedio ponderado ó el promedio desde el nivel de cimentación y hasta la profundidad explorada o del 10% del bulbo de esfuerzos para hallar el N promedio corregido en cada uno de estos estratos. CALCULO DEL CIMIENTO SUPERFICIAL

Fórmula de Hansen (1970)

Es una extensión ulterior de la fórmula de Meyerhof; las extensiones consisten en la introducción de bi que tiene en cuenta la eventual inclinación en la horizontal del nivel de

cimentación y un factor gi para terreno en pendencia.

La fórmula de Hansen vale para cualquier relación D/B, ya sean cimentaciones superficiales o profundas; sin embargo el mismo autor introdujo algunos coeficientes para poder interpretar mejor el comportamiento real de la cimentación; sin éstos, de hecho, se tendría un aumento demasiado fuerte de la carga última con la profundidad.

Para valores de D/B <1

B

Dqd

B

Dcd

2)sin1(tan21

4.01

Para valores D/B>1:

B

Dqd

B

Dcd

1tan

2)sin1(tan21

1tan4.01

En el caso Ø = 0

--------------------------------------------------------------------------------------------

D/B 0 1 1.1 2 5 10 20 100

--------------------------------------------------------------------------------------------

d'c 0 0.40 0.33 0.44 0.55 0.59 0.61 0.62

--------------------------------------------------------------------------------------------

En los factores siguientes las expresiones con ápices (') valen cuando Ø=0. Factor de forma:

L

Bs

L

B

cs

L

B

cN

qN

cs

L

B

cs

4.01

tan1qs

continuas nescimentacio para 1

1

2.0''

Factor de profundidad:

1 si 1

tan

1 si

cualquier para 1

)sin1(tan21

4.01

4.0''

B

D

B

Dk

B

D

B

Dk

d

kqd

kcd

kcd

Factores de inclinación de la carga

0)(

5

cot

)450/7.0(1

0)(

5

cot

7.01

5

cot

5.01

1

1

15.05.0'

acf

AV

Hi

acf

AV

Hi

acf

AV

Hqi

qN

qi

qici

acf

A

Hci

Factores de inclinación del terreno (cimentación sobre talud):

5)tan5.01(

1471

147

'

gqg

cg

cg

Factores de inclinación del nivel de cimentación (base inclinada)

)tan7.2exp(

)tan2exp(

1471

147

'

qb

qb

cb

cb

CARGA ÚLTIMA SEGÚN HANSEN (1970) (Condición no drenada) Factor Nq 1.0 Factor Nc 5.14 Factor Ng 0.0 Factor Sc 0.0 Factor Dc 0.44 Factor Ic 0.5 Factor Gc -0.05

Asientos Elásticos Los asentamientos de una cimentación rectangular de dimensiones BxL puesta en la superficie de un semiespacio elástico se pueden calcular con base en una ecuación basada en la teoría de la elasticidad (Timoshenko e Goodier (1951)):

(1) 21

21

1

21'0 F

IIIsE

BqH

Donde: q0 = Intensidad de la presión de contacto B'= Mínima dimensión del área reactiva,

E e = Parámetros elásticos del terreno. Ii = Coeficientes de influencia dependientes de: L'/B', espesor del estrato H, coeficiente de

Poisson , profundidad del nivel de cimentación D; Los coeficientes I1 y I2 se pueden calcular utilizando las ecuaciones de Steinbrenner (1934) (V. Bowles), en función de la relación L'/B' y H/B, utilizando B'=B/2 y L'=L/2 para los coeficientes relativos al centro y B'=B y L'=L para los coeficientes relativos al borde. El coeficiente de influencia IF deriva de las ecuaciones de Fox (1948), que indican el asiento se reduce con la profundidad en función del coeficiente de Poisson y de la relación L/B. Para simplificar la ecuación (1) se introduce el coeficiente IS:

21

21

1II

SI

El asentamiento del estrato de espesor H vale:

FI

SI

SE

BqH21'

0

Para aproximar mejor los asientos se subdivide la base de apoyo de manera que el punto se encuentre en correspondencia con un ángulo externo común a varios rectángulos. En práctica se multiplica por un factor igual a 4 para el cálculo de los asentamientos en el centro y por un factor igual a 1 para los asentamientos en el borde.

En el cálculo de los asientos se considera una profundidad del bulbo tensiones igual a 5B, si el substrato rocoso se encuentra a una profundidad mayor. A tal propósito se considera substrato rocoso el estrato que tiene un valor de E igual a 10 veces el del estrato que está por encima. El módulo elástico para terrenos estratificados se calcula como promedio ponderado de los módulos elásticos de los estratos interesados en el asiento inmediato.

ANEXO B: REGISTRO FOTOGRÁFICO EXPLORACIONES DE CAMPO

FOTO 1. VISTA DE ACCESO AL SITIO DE ESTUDIO

FOTO 2. LOCALIZACIÓN SITIO DE ESTUDIO

FOTO 3. LABORES DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO

FOTO 4. MUESTRA RECUPERADA

FOTO 5. SONDEO REALIZADO

ANEXO C: REGISTROS EXPLORACIÓN DE CAMPO Y RESULTADOS DE LABORATORIO