Seminario Taller en Geotecnia Vial

Seminario Taller en Geotecnia Vial Universidad Cooperativa de Colombia

VIA CIUDAD BOLIVAR

AUTOR / AUTORES

JOHN EDISON MANCO MANCO CESAR FRANCO VALENCIA

ASESORES:

OSCAR EGIDIO RODRIGUEZ GONZALEZ EILEEN SALGADO CORREA

SEMINARIO TALLER GEOTECNIA VIAL

REVISORES METODOLÓGICO:


UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

SEMINARIO TALLER EN GEOTECNIA VIAL MEDELLÍN

2019


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AUTORIDADES ACADEMICAS

ADRIANA PATRICIA VILLEGAS Decana de la facultad de Ingeniería Civil.

SANDRA MILENA ACOSTA LOPERA Coordinadora del programa de Ingeniería civil


Docentes investigadores

DEDICATORIA

Dedicamos este trabajo a nuestras familias que fueron incondicionales con su apoyo durante este proceso formativo, siempre nos brindaron su comprensión en los momentos más difíciles.

AGRADECIMIENTO

A Dios que es el pilar y fundamento de todo, a él que nos da de manera ilimitada todas sus bendiciones y por que sin duda, su amor incondicional se hace patente en nuestras vidas; al docente y a nuestras familias por su apoyo continuo.


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RESUMEN

El municipio de Cuidad Bolívar ubicado en el departamento de Antioquia, dando cumplimiento a su plan de gobierno, realizó un estudio de varios tramos de vías que se encuentran en malas condiciones y afectan la economía de las personas que habitan en estos sectores, actual mente el municipio cuenta con unos recursos económicos disponibles, con los que pretende realizar la construcción de una nueva vía para mejorar el acceso al municipio siendo este el tramo más afectado e importante para el este municipio, en la zona donde se pretende realizar el proyecto vial se encuentra un macizo montañoso perteneciente a la cordillera de los Andes el cual puede presentar deslizamientos por fallas y de esta manera generar afectaciones a la vía y las personas que por ella circulan, y así mismo el desarrollo de actividades económicas y del sustento de los mismos. Es por ello que surge la necesidad de realizar un estudio geotécnico para determinar las propiedades y el comportamiento del suelo que está en la zona de influencia del proyecto, con los resultados de los ensayos y demás estudios realizados se pretende brindar una solución que sea práctica y económica para la estabilización de los taludes que se generen en la obra y asegurar la durabilidad y funcionamiento del proyecto.

ABSTRACT

The municipality of Cuidad Bolívar located in the department of Antioquia, in compliance with its government plan, conducted a study of several sections of roads that are in poor condition and affect the economy of people living in these sectors, currently the The municipality has some available economic resources, with which it intends to carry out the construction of a new road to improve access to the municipality. This is the most affected and important section for this municipality, in the area where the road project is intended to be located. a mountainous massif belonging to the Andes mountain range which can present landslides due to faults and in this way generate effects on the road and the people that circulate through it, as well as the development of economic activities and their sustenance. That is why the need arises to carry out a geotechnical study to determine the properties and behavior of the soil that is in the area of influence of the project, with the results of the trials and other studies carried out is intended to provide a solution that is practical and economic for the stabilization of the slopes that are generated in the work and ensure the durability and operation of the project.


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Contenido 1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 10

2 OBJETIVOS ................................................................................................................................. 11

2.1 Objetivo General .................................................................................................................. 11

2.2 Objetivos Específicos .......................................................................................................... 11

3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................................... 12

4 JUSTIFICACIÓN.......................................................................................................................... 13

5 GENERALIDADES ...................................................................................................................... 14

5.1 Localización del Proyecto ................................................................................................... 14

5.2 Localización del Sitio de Estudio ........................................................................................ 15

5.3 Descripción del Proyecto..................................................................................................... 16

6 MARCO TEORICO ...................................................................................................................... 17

6.1 Factor de seguridad ............................................................................................................. 17

6.2 Metodologías de estabilización de taludes ........................................................................ 17

6.3 Muro en tierra armada ......................................................................................................... 18

6.4 Anclajes activos ................................................................................................................... 19

6.5 Factor Camión ...................................................................................................................... 20

7 METODOLOGÍA DE TRABAJO ................................................................................................. 21

8 EXPLORACIONES GEOTECNICAS. ........................................................................................ 21

8.1 Exploraciones de Campo .................................................................................................... 22

9 GEOLOGIA .................................................................................................................................. 22

9.1 Geología de la Región ......................................................................................................... 22

9.2 Hidrologia de la Regiòn ....................................................................................................... 22

9.3 Análisis multi-temporal del proyecto................................................................................... 24

9.4 Ensayos a Realizar .............................................................................................................. 26

10 CARACTERIZACION DEL SUELO........................................................................................ 26

10.1 Perfil Estratigráfico del Sub-Suelo ...................................................................................... 27

10.2 Tipos de Suelo Encontrados ............................................................................................... 27

10.3 Perfil del Suelo de la Zona de Estudio ............................................................................... 28

10.4 Determinación de la Velocidad de Onda ........................................................................... 28

10.5 Determinación de Parámetro de Cohesión y Angulo de Fricción .................................... 30

10.5.1 Aplicación del método de Correlaciones .................................................................... 30


pág. 5

10.5.2 Resultados del ensayo de corte directo N°1 .............................................................. 32

10.5.3 Resultados del ensayo de corte directo N°2 .............................................................. 32

11 DATOS DE SISMOLOGÍA DE LA ZONA .............................................................................. 34

12 ANÁLISIS DE LOS PERFILES EN SOFTWARE SLIDE...................................................... 34

12.1 Factores de Seguridad Para el Análisis de Taludes ......................................................... 36

12.2 Análisis del Perfil 1 en Slide en Estado Estático y Dinámico ........................................... 37

12.3 Estabilización del Perfil 1 en Slide en Estado Estático y Dinámico ................................. 41

12.4 Análisis del Perfile 2 en Slide en Estado Estático y Dinámico ......................................... 43


12.6 Análisis del Perfil 3 en Slide en Estado Estático y Dinámico ........................................... 49


13 DISEÑO DE LA VÍA ................................................................................................................. 55

13.1 Método de Diseño ................................................................................................................ 55

13.2 Aforos de Transito ................................................................................................................ 55

13.3 Factor Camión ...................................................................................................................... 56

13.4 Número de Ejes Equivalente .............................................................................................. 58

13.5 Ensayos de CBR .................................................................................................................. 59

13.6 Climatología de la Zona ...................................................................................................... 60

13.7 Calculo de la estructura del Pavimento ............................................................................. 61

14 CONCLUSIONES .................................................................................................................... 65

15 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 66


pág. 6

LISTADO DE IMAGENES

Imagen 1: Localización del municipio de estudio. Imagen de página alcaldía…..….….14

Imagen 2: Localización de la zona de estudio. Imagen de Google Earth…………........15

Imagen 3. Plano de la vía AutoCAD obtenido de planos iniciales……………...………..16

Imagen 4. Detalle muro en tierra armada obtenido de internet………………....………..19

Imagen 5. Esquema muro en tierra armada. Fuente: Tomado de internet…...…...……19

Imagen 6. Anclaje activo con cable tipo torón. Fuente: Tomado de internet…...………20

Imagen 7. Mapa geológico de la zona. Fuente: Pagina web de Ingeominas………......22

Imagen 8. Descripciones del mapa geológico. Fuente: Pagina web de Ingeominas….23

Imagen 9. Tomada de google earth vía Remolinos- Cuidad Bolívar…………………….24

Imagen 10. Tomada de google earth enero 2007 vía Remolinos- Cuidad Bolívar condiciones del proyecto………………………………………………………………………25

Imagen 11. Tomada de google earth julio 2013 vía Remolinos- Cuidad Bolívar……….25

Imagen 12. Tomada de google earth noviembre 2013 vía Remolinos- Cuidad Bolívar.26

Imagen 13. Perfil 1 en condiciones estáticas software Slide………………..…..………..35

Imagen 14. Perfil 2 en condiciones estáticas software Slide…………………..…..……..35

Imagen 15. Perfil 3 en condiciones estáticas software Slide……………………..……....36

Imagen 16. Perfil 1 análisis en condiciones estáticas software Slide……………...…….37

Imagen 17. Perfil 1 análisis en condiciones dinámicas software Slide...........................38

Imagen 18. Perfil 1 análisis con cargas de vía en condiciones estáticas software

Slide……………………………………………………………………………………………...39

Imagen 19. Perfil 1 análisis con cargas de vía en condiciones dinámicas software

Slide…………………………………………………………………………………………..….40

Imagen 20. Perfil 1 Estabilización del talud en condiciones estáticas…………………...41

Imagen 21. Perfil 1 Estabilización del talud en condiciones dinámicas………………….42

Imagen 22. Perfil 2 análisis en condiciones estáticas software Slide……………………43

Imagen 23. Perfil 2 análisis en condiciones dinámicas software Slide…………………..44


pág. 7


Slide……………………………………………………………………………………………...45


Slide……………………………………………………………………………………………...46

Imagen 26. Perfil 2 Estabilización del talud en condiciones estáticas…………………...47

Imagen 27. Perfil 2 Estabilización del talud en condiciones dinámicas………………….48

Imagen 28. Perfil 3 análisis en condiciones estáticas software Slide……………………49

Imagen 29. Perfil 3 análisis en condiciones dinámicas software Slide…………………..50


Slide……………………………………………………………………………………………...51


Slide……………………………………………………………………………………………...52

Imagen 32. Perfil 3 Estabilización talud en condiciones estáticas…………………….…53

Imagen 33. Perfil 3 Estabilización talud en condiciones dinámicas……………………...54

Imagen 34. Alternativas de diseño de la estructura. Fuente: Carta N°5………….....…..63


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LISTADO DE CUADROS

Tabla 1. Factores de seguridad dados para taludes. Fuente: título H NSR 10…………17

Tabla 2. Metodologías para estabilización de taludes. Fuente: Autores………………...18

Tabla 3. Factor camión. Fuente: Universidad del Cauca………………………………….21

Tabla 4. Perfil estratigráfico del suelo. Fuente: Autores…………………………………...27

Tabla 5. Perfil del suelo de la zona de estudio. Fuente: Autores…………………………28

Tabla 6. Aplicación de métodos para calcular la velocidad de onda. Fuente: Autores...29

Tabla 7. Clasificación del perfil del suelo según la velocidad de onda. Fuente NSR 10 Título A……………………………………………………………….…………..….................30

Tabla 8. Resumen de relaciones de energía. Fuente Aplicación del ensayo de penetración estándar en la determinación de parámetros geotécnicos de suelos granulares. Cristian Yair Soriano Camelo………………………….………………..………31

Tabla 9. Resultado de las correlaciones realizadas por el método del ingeniero Álvaro González. Fuente: Autores…………………………………………...…………………..…..32

Tabla 10. Resultados del ensayo de corte directo en el saprolito. Fuente informe de la empresa de suelos..........................................................................................................32

Tabla 11. Resultados del ensayo de corte directo en el lleno heterogéneo. Fuente informe de la empresa de suelos…………………………………….…………………...….33

Tabla 12. Parámetros de °Φ Fricción y cohesión obtenidos para cada horizonte de suelo. Fuente: Autores………………………………………………………..…………….…33

Tabla 13. Parámetros de °Φ Fricción y cohesión remplazados para el lleno heterogéneo………………………………………………………………………...........….…33

Tabla 14. Aforos en la vía Remolinos-Ciudad Bolívar. Fuente: Autores………………...55

Tabla 15. Cantidad de vehículos tipo camión. Fuente: Autores…………………………..56

Tabla 16. Tabla de factores de equivalencia. Fuente: Universidad del Cauca………….57

Tabla 17. Combinaciones de FC. Fuente: Autores………………………………………...58

Tabla 18. Datos de entrada para hallar N. Fuente: Profesor Hernando Lara………......58

Tabla 19. Resultados de ensayos de CBR. Fuente: Empresa de Suelos…..…………..60

Tabla 20. Precipitación anual en Ciudad Bolívar. Fuente: Autores………….…………...60

Tabla 21. Temperatura mensual en Ciudad Bolívar. Fuente: Autores…………………...61

Tabla 22. Datos de entrada para el cálculo de la estructura. Fuente: Autores………….61


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Tabla 23. Clasificación de la zona del proyecto. Fuente: Autores………………………..62

Tabla 24. Carta N°5 para clasificar la estructura del pavimento. Fuente: ………………62

Tabla 25. Opción de diseño N°1. Fuente: Autores…………………………………………63




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1 INTRODUCCIÓN

La geografía Colombiana cuenta con una importante cantidad de macizos montañosos esto es debido a que por la extensión de gran parte del país atraviesa el cinturón de fuego del pacifico el cual representa la cadena montañosa y de volcanes más grande del planeta, esta gran cantidad de macizos representan un reto para el desarrollo de la economía del país, ya que dificulta las tares de transporte de mercancía y de personas debido a esto se ve afectado el costo de los productos generando un alza y reduciendo la competitividad en el mercado, para dar solución a esta problemática se busca construir nuevos proyectos de infraestructura para aportar al desarrollo de las regiones. En el desarrollo de los diversos proyectos de ingeniería es recurrente encontrar dificultades cuando se enfrentan con obras que involucran la naturaleza, como la construcción de presas para almacenar agua, construcción de túneles para acortar distancia entre poblaciones o como otros casos la construcción de obras de estabilización para evitar deslizamientos, en esta última actividad mencionada se enfoca la atención de muchos expertos que constante mente van avanzado para tratar de entender o interpretar de alguna manera más exacta el comportamiento de los suelos, debido a la investigación que se realiza constante mente en esta actividad, han surgido una serie de teorías que son representadas matemáticamente para determinar los posibles consecuencias al realizar un trabajo de estabilización de un talud, así mismo han sido desarrollados software para la simulación de los diversos escenarios que puede tener un proyecto e incluso simular sus etapas desde el proceso constructivo pasando también por la puesta en servicio y realizando seguimiento de su comportamiento en el tiempo. Con la creación de estas herramientas se pretende brindar al ingeniero una fuente de información más para que al momento de diseñar un proyecto, este tenga muchos más datos recolectados y pueda presentar una solución que sea viable en el aspecto económico y constructivo.


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2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo General

Aplicar los conocimientos geotécnicos y viales adquiridos en el curso seminario taller

para el desarrollo del proyecto ubicado en el sector Remolinos – Ciudad Bolívar y con la

ayuda de los diferentes softwares instruidos por los docentes realizaremos

estabilizaciones de taludes y los caculos de la estructura vial.

2.2 Objetivos Específicos

• Calcular y plasmar los estudios dados por el docente para la estabilización de los taludes y dando así seguridad al momento de realizar el cálculo de la estructura vial.

• Identificar las zonas de falla de taludes para proponer obras de estabilización.

• Calcular el diseño de las obras de estabilización para taludes.

• Calcular por el método de TMA el diseño de la vía hasta capa de rodadura según los datos obtenidos en los estudios.


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3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En Colombia se vienen desarrollando una serie de proyectos de infraestructura con el

fin de saldar la deuda con el país en el atraso que se tiene en este campo. Para las

personas de pequeñas poblaciones es de suma importancia tener sus vías en óptimas

condiciones para transportar los productos que cosechan, para esto se vienen

diseñando proyectos que beneficien estas poblaciones y salgan del atraso que tienen.

En el diseño de estos proyectos se encuentras factores que causan incertidumbre como

lo es el tratamiento del suelo y la estabilización de obras de taludes, los cuales son muy

comunes en nuestro territorio debido a la gran cantidad de macizos montañosos que

nos rodean como las cordilleras centras, occidental y orienta; las cuales están

atravesando gran parte del territorio nacional de sur a norte.

En el municipio de Cuidad Bolívar surge la necesidad de realizar el mejoramiento de su

conectividad para avanzar competitivamente y beneficiar a sus habitantes para llevar a

cabo a este proyecto se realizó un estudio de la vía que conecta este municipio con el

sector de Remolinos. En esta zona se presenta un macizo montañoso el cual debe ser

estudiado y tratado de manera adecuada para evitar deslizamientos de los taludes que

se deben generar durante el proceso de construcción de la nueva vía, según la

información histórica de estudios en la zona es posible encontrar materiales de baja

cohesión lo que puede generar un factor de desestabilización mayor, esto obliga a

realizar estudios detallados de los horizontes del suelo y sondeos a una mayor

profundidad para tener un diseño optimo según las condiciones de los estratos de suelo

encontrados, este diseño debe ser realizado de manera muy cuidadosa ya que el uso

de la vía es muy constante por campesinos que sacan productos de sus cosechas y no

se puede poner en riesgo su integridad.


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4 JUSTIFICACIÓN

En el avance de la tecnología se pretende buscar maneras más eficientes de realizar

los diferentes proyectos y afrontar los distintos retos que van surgiendo con el avance

de la civilización , la conectividad entre las poblaciones es uno de los retos más

importantes que se viven en la actualidad la tecnología en el sector de la construcción

ha buscado maneras más sencillas y de menor costo para lograr conectar una ciudad

con otra, se han realizado estudios y diseños de autopistas sobre el grandes

extensiones de mar, se han construido trenes subterráneos, han desarrollado equipos

con capacidad de perforar macizos para la construcción de túneles, entre muchos otros

avances. Todos los proyectos tienen un factor en común y es el tratamiento directo del

suelo, en cada proyecto de construcción que se piense llevar a cabo se debe tener

presente el factor suelos y este de suma importancia debido a que es donde toda obra

va a ser soportada es donde se plasma el proyecto, trabajar el suelo siempre es una

incertidumbre por eso se debe tener la máxima cantidad de información posible para de

esta manera reducir el nivel de incertidumbre y realizar un tratamiento adecuado,

gracias al avance en tecnológico los estudios de suelo cada vez brindan mejor

información e incluso como se hace en la actualidad sin la necesidad previa de realizar

una perforación ya que existen métodos de exploración indirecta que por medio de

ondas brindan una información preliminar del subsuelo estos avances tecnológicos

ayudan al ingeniero a tener información detallada y muy exacta de los materiales

encontrados lo cual le brinda seguridad y mejora las condiciones para realizar el diseño

adecuado y económico en beneficio de la población afectada que rodea el proyecto.


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5 GENERALIDADES

5.1 Localización del Proyecto

El municipio de ciudad Bolívar se encuentra ubicado en el suroeste antioqueño a 110 Km de la ciudad de Medellín y a 1190 msnm en su cabecera municipal, limita con los municipios de Salgar, Betania, Hispania, Pueblo Rico y el municipio del Carmen de Atrato en el departamento del Choco.

Ciudad Bolívar está ubicada en un relieve montañoso donde se evidencia gran cantidad de cañones y pendientes que se encuentran entre 10 y 45%, su actividad económica principal es el café y la agricultura.

Imagen 1. Localización del municipio de estudio. Imagen de página alcaldía.


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5.2 Localización del Sitio de Estudio

El proyecto se encuentra ubicado 800 m antes de llegar a la cabecera municipal del municipio de Ciudad Bolívar, en la vía de acceso (Remolinos - Ciudad Bolívar), las coordenadas del proyecto en estudio son las siguientes:

76° 00'.06.78" Longitud oeste

5°50'23.23” Latitud Norte

La vía Remolinos – Ciudad Bolívar limita por la parte superior con el proyecto, el Rio Bolívar limita por la parte inferior.

Imagen 2. Localización de la zona de estudio. Imagen de Google Earth.


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Imagen 3. Plano de la vía AutoCAD obtenido de planos iniciales.

5.3 Descripción del Proyecto El proyecto consiste en el cálculo de la estructura de una vía de segundo grado con 550 m de longitud, lo cual nos lleva a realizar el cálculo y recomendaciones para la estabilización de los taludes que no tengan la capacidad mecánica de soportar estas cargas.


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6 MARCO TEORICO

6.1 Factor de seguridad

Los factores de seguridad utilizados para el cálculo de estabilización de taludes se encuentran clasificados así:

Taludes – condiciones estáticas y aguas subterráneas en condiciones normales FS=1.50

Taludes – Condiciones seudo estáticas, con agua subterránea y coeficiente sísmico de diseño FS=1.05

Tabla 1. Factores de seguridad dados para taludes. Fuente: título H NSR 10

6.2 Metodologías de estabilización de taludes

Existen diferentes tipos de autores con los cuales se puede realizar el cálculo de estabilización de taludes, estos cálculos son sencillos y acordes a la realidad algunos son más conservadores pero sus factores de seguridad no son muy distantes uno del otro. Estos autores se basan en el método de equilibrio limite el cual consiste en que la masa de la parte superior se desplaza con respecto a la masa inferior ocurriendo la rotura del suelo.

En la siguiente tabla se muestran los autores con los que se realiza el diagnóstico de la

estabilización de taludes.


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Autores Tipo de falla Equilibrio

(Fellenius 1927) Circulares De fuerzas

(Bishop 1955) Circulares De momentos

(Janbú 1968) Cualquier tipo de superficie de falla

De fuerzas

Modificado. U.S. Anny Corps of Engineers (1970)

Cualquier forma de superficie de falla

De fuerzas

Lowe y Karafiath (1960)


De fuerzas

Spencer (1967) Cualquier forma de superficie de falla

Momentos y fuerzas

Morgenstem y Price (1965)


Momentos y fuerzas

Sarma (1973) Cualquier forma de superficie de falla

Momentos y fuerzas

Elementos finitos Cualquier forma de superficie de falla

Analiza esfuerzos y deformaciones

Espiral- Logarítmica Espiral- Logarítmica

Momentos y fuerzas

Tabla 2. Metodologías para estabilización de taludes. Fuente: Autores

6.3 Muro en tierra armada

Muro en tierra armada o suelo reforzado es muy utilizado en la estabilización de taludes

ya que tiene una capacidad en altura de carga mayor que los muros a gravedad, estos

muros son más económicos que la mayoría de los sistemas utilizados para

estabilización y consiste en realizar capas de material mecánicamente resistente y

friccionante envueltos en geotextil en capas no mayores a 50 cm, debe tener su drenaje

para que las aguas subterráneas y superficiales no licuen el material de lleno y el muro

funcione correctamente.

Este tipo de muros se utilizan para alturas mayores a 4.50 m, donde se pueda tener una

base para apoyar este muro.


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Imagen 4. Detalle muro en tierra armada obtenido de internet.

Imagen 5. Esquema muro en tierra armada. Fuente: Tomado de internet.

6.4 Anclajes activos

Un anclaje activo es un elemento pre-tensionado el cual después de instalado se

inyecta con cemento y aditivos y es sometido a una prueba de tensión con un


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porcentaje entre el 50% y 90% de la carga de trabajo considerada en el diseño,

permitiendo que el anclaje aporte gran resistencia rápidamente.

Imagen 6. Anclaje activo con cable tipo torón. Fuente: Tomado de internet.

6.5 Factor Camión

Este consiste en realizar cálculos de las diferentes cargas que transmiten los tipos de

camiones comerciales que transitan una vía, uno de los métodos para hallar el factor

camión es propuesto por la Universidad del Cauca y consiste en realizar una correlación

de los diferentes tipos de camión dados en un aforo y convertirlos en un solo factor

camión.


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U DEL CAUCA, 1996

C2 pequeño 1,14

C2 grande 3,44

C3 3,76

C2-S1 3,37

C4 6,73

C3-S1 2,22

C2-S2 3,42

C3-S2 4,40

C3-S3 4,72

Bus P 600 0,40

Bus P 900 1,00

Buseta 0,05

Tabla 3. Factor camión. Fuente: Universidad del Cauca.

7 METODOLOGÍA DE TRABAJO

• Se realizar la recolección de información técnica concerniente a mapas topográficos, fotografías aéreas, mapas de la geología, geomorfología, hidrología e hidrografía de nuestro municipio de estudio, para así definir una metodología de trabajo viable y económico en el camino a dar la mejor recomendación.

• Se recibe el estudio de suelos de la empresa contratada y se realiza el cálculo de los parámetros de suelo para el diseño de obras de estabilización en taludes.

• Se realiza el diseño de la estructura de pavimento partiendo de la información del estudio de suelos con el factor de la capacidad portante de suelo o CBR.

• Se realiza un informe final con los diseños de las diferentes obras de estabilización y de la vía, todo esto con sus respectivas memorias de cálculo.

8 EXPLORACIONES GEOTECNICAS.

Para la exploración geológica se deben tener las siguientes recomendaciones.


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8.1 Exploraciones de Campo

consiste en realizar la caracterización de los tipos de suelo existentes en la zona, las corrientes de agua, la determinación de las características geológicas y geotécnica evaluando la estabilidad del terreno para esto se debe realizar ensayos de SPT en las zonas de mayor talud y CBR en la zona donde se construirá la vía.

• Se realizarán 3 sondeos de 10 m de profundidad en la zona más baja del talud

• Se realizarán 3 sondeos de 15m de profundidad en la zona más alta del talud

• Adicionalmente se realizarán 4 muestras de CBR en la vía a construir para tener mayor precisión.

9 GEOLOGIA

9.1 Geología de la Región

Imagen 7. Mapa geológico de la zona. Fuente: Pagina web de Ingeominas.


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Imagen 8. Descripciones del mapa geológico. Fuente: Pagina web de Ingeominas.

Basaltos toleitícos

La formación de estas rocas se debe o es el resultado de la disminución de la

temperatura del magma y de la presión a medida que ésta (el magma) se va acercando

a la corteza terrestre (rocas plutónicas) o cuando el magma es expulsado fuera de la

corteza por los volcanes, enfriándose rápidamente (rocas volcánicas).

Monzonitas y tanolitas

Rocas ígneas de grano grueso, que varían desde los tipos ácidos que llevan cuarzo

hasta los básicos portadores de olivino, con el rasgo esencial de la presencia de

cantidades aproximadamente iguales de álcali y de feldespato calcoalcalino.

9.2 Hidrología de la Region

Ciudad Bolívar es un municipio que cuenta con una oferta hídrica abundante, distribuida

en varias cuencas que vierten sus aguas al río Bolívar, el cual recorre 35 Km en

dirección Oeste - Este, desde su nacimiento hasta su desembocadura en el río San

Juan, el cual, a su vez, recibe dentro del territorio municipal, otros afluentes importantes

como las quebradas Remolino y La Hondura (con sus afluentes, Amaranto y Aguas

Frías), antes de su desembocadura sobre el río Cauca. El caudal promedio del río

Bolívar a su paso por la cabecera Municipal, donde sufre su principal impacto con los

vertimientos directos de las aguas residuales urbanas, es del orden de 520 l/s. La

cuenca del río Bolívar tiene gran influencia en el ordenamiento territorial del municipio

por la distribución y disponibilidad de aguas de sus afluentes, entre los que se

destacan: el río Farallones y las quebradas La Linda, San Miguel, la Angostura, los


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Monos, el Manzanillo, la Carmina, la Sucia, etc.; estas sub cuencas tienen

características similares de usos del suelo e intervención de sus cauces, aunque en

algunas como la quebrada los Monos (fuente del acueducto urbano), hay más conflictos

por usos del agua, tenencia de la tierra y vertimientos de aguas servidas.

9.3 Análisis multi-temporal del proyecto

Análisis multi-temporal coordenadas 76° 00'.06.78" Longitud oeste y 5°50'23.23” Latitud Norte en la vía Remolinos – Ciudad Bolívar.

Estado actual de la vía donde se aprecia la masa boscosa que tiene la ladera donde se ubica el proyecto.

Imagen 9. Tomada de Google earth vía Remolinos- Cuidad Bolívar.

Imagen de enero del 2007

Se puede apreciar que la ladera tiene un volumen importante de vegetación, no se evidencia alteración en las condiciones naturales


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Imagen 10. Tomada de google earth enero 2007 vía Remolinos- Cuidad Bolívar condiciones del proyecto.

Imagen de julio del 2013

Se evidencia el incremento en la cantidad de árboles en la parte superior de la vía esto favorece el estado del suelo ya que ayuda a captar agua y evitar la saturación del suelo.


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Imagen 11. Tomada de google earth julio 2013 vía Remolinos- Cuidad Bolívar.

Imagen de noviembre de 2013

Se evidencia la conservación del área boscosa en la parte superior de la vía no se encuentra ninguna alteración a la fecha.

Imagen 12. Tomada de google earth noviembre 2013 vía Remolinos- Cuidad Bolívar.

9.4 Ensayos a Realizar

Los tipos de ensayos a realizar son:

Ensayo CBR INVIAS E -169 3 ensayos Humedad natural INVIAS E -122 35 ensayos Corte directo INVIAS E -154 3 ensayos Límites de attemberg INVIAS E -125 20 ensayos Granulometría INVIAS E -123 6 ensayo

10 CARACTERIZACION DEL SUELO


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Se debe cumplir con la cantidad mínima de perforaciones exigida según el tipo de

proyecto, esto lo normaliza la NSR 10.

10.1 Perfil Estratigráfico del Sub-Suelo

Perfil Estratigráfico de la Zona de Estudio

Sondeo P1 P2 P3 P4 P5 P6

Profundidad Estrato Estrato Estrato Estrato Estrato Estrato

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Lleno Heterogéneo Saprolito

Tabla 4. Perfil estratigráfico del suelo. Fuente: Autores.

10.2 Tipos de Suelo Encontrados

Lleno Heterogéneo:

Este tipo de llenos están constituidos considerablemente por residuos de construcciones anteriores, es de gran importancia detectar este tipo de llenos para realizar un tratamiento adecuado antes de realizar cualquier tipo de construcción, ya


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que, si no se tratan de manera anticipada, estos pueden ocasionar fallos en las estructuras.

Saprolito:

Es un suelo residual en el que se conservan la textura y las estructuras de la roca original. Normalmente presente una textura limosa o areno limosa y colores abigarrados en los que predominan los tonos rojizos debido a la oxidación del hierro de los minerales primarios.

10.3 Perfil del Suelo de la Zona de Estudio

Perfil del Suelo de la Zona de Estudio

Sondeo P1 P2 P3 P4 P5 P6

Profundidad Estrato Estrato Estrato Estrato Estrato Estrato

1

ML ML ML

ML

ML ML

2

3

4

CL

5

MH

CL

MH

6

MH

7

8

MH 9

10

11

12

13

14

15

Tabla 5. Perfil del suelo de la zona de estudio. Fuente: Autores.

10.4 Determinación de la Velocidad de Onda


pág. 29

Se realiza el cálculo de la velocidad de onda para determinar la clasificación del suelo

en la tabla Clasificación de Perfiles de Suelo A.2.4-1 de la NSR 10.

Para realizar el cálculo se emplean los métodos de Ohba y Toiumi, Alfaro y por último el

método de Ohta y Goyo. Las ecuaciones de cada método aplicado son las siguientes:

• Ecuacion de Ohba y Toiumi

𝑉𝑠 = 84 ∗ 𝑁0,31 = [𝑚/𝑠] (1)

• Ecuación de Alfaro

𝑉𝑠 = 99,783 ∗ 𝑁1

3 = [𝑚/𝑠] (2)

• Ecuación de Ohta y Goyo

𝑉𝑠 = 85,34 ∗ 𝑁0,348 = [𝑚/𝑠] (3)

Para las tres ecuaciones, 𝑁 es el número de golpes necesario para perforar 1m de

suelo

Sondeo Unidades Promedio

Método Ohba y Toriumi

Promedio Método de

Alfaro

Promedio Método de Ohta

y Goto

1 m/s 212,0 270,3 241,7

2 m/s 195,3 247,4 220,4

3 m/s 207,0 263,4 235,3

4 m/s 200,2 254,2 226,8

5 m/s 207,5 264,3 236,2

6 m/s 195,5 248,0 221,1

Promedio por método en Todos los sondeos

202,9 257,9 230,2

Promedio Total

230,4

Tabla 6. Aplicación de métodos para calcular la velocidad de onda. Fuente: autores.

Con la velocidad de onda que se obtuvo se clasifica el tipo de perfil de suelo, para este

caso se determina que el perfil es tipo D ubicado con velocidad de onda entre 180m/s y

360m/s


pág. 30

Tabla 7. Clasificación del perfil del suelo según la velocidad de onda. Fuente NSR 10

Título A.

10.5 Determinación de Parámetro de Cohesión y Angulo de Fricción

Para determinar los parámetros de cohesión y ángulo de fricción se utilizó el método de

Álvaro González el cual consiste en realizar correlaciones a los datos obtenidos en el

ensayo de SPT.

10.5.1 Aplicación del método de Correlaciones

La ecuación utilizada para realizar la corrección del N de campo en este método es la

siguiente:

𝑁𝑐𝑟𝑟 = 𝑁 × 𝐶𝑛 × 𝜂1 × 𝜂2 × 𝜂3 × 𝜂4 (4) (Bowles,1988)

Dónde:

𝑵𝒄𝒓𝒓: Valor de N corregido. Es el resultado buscado.

𝑵: Valor de N de campo: Número de golpes necesarios para perforar los últimos 30cm

de la muestra.


pág. 31

𝑪𝒏: Factor de corrección por confinamiento efectivo. Se calculó mediante la siguiente

formula:

𝐶𝑛 =2

1+𝑅𝑠 (5) (Skempton)

𝑅𝑠 =𝛿´

𝑃𝑎 (6)

Dónde:

𝛿´ : Esfuerzo efectivo

𝑃𝑎: Una atmosfera equivalente a 101,325 KPa

𝜼𝟏 : Factor por energía del martillo. Factores de corrección de energía según la

ubicación del ensayo y los equipos usados. Para los ensayos realizados en Colombia

se considera una energía de 45%.

País Energía de la

Barra (ER) Factor de correción

para 60% ER

Japón 78% 78/60

EEUU 60% 60/60

Argentina 45% 45/60

China 60% 60/60

Tabla 8. Resumen de relaciones de energía. Fuente. Aplicación del ensayo de

penetración estándar en la determinación de parámetros geotécnicos de suelos

granulares. Cristian Yair Soriano Camelo.

𝜼𝟐: Factor por longitud de la varilla: Se usa 0,75 si la longitud esta entre 0 y 4m, se usa

0,85 si la longitud esta entre 4m y 6m, se usa 0,95 si la longitud esta entre 8m y 10m y

si la longitud es superior a 10m se una 1. En este estudio se usaron todos los

parámetros mencionados ya que la longitud de los seis sondeos realizados esta entre

1m y 15m de profundidad.

𝜼𝟑: Factor por revestimiento interno de toma muestras (0.8 ≤ η3 ≤ 1) Para el estudio

realizado no se utilizó tubo interno es decir que se usó 1 para este parámetro.

𝜼𝟒: Factor por diámetro de la perforación ( > 1 para D> 5'", = 1.15 para D=8") Para este

caso la perforación fue de 50mm de diámetro y el parámetro para en este es de 1.


pág. 32

Con los cálculos realizados para cada uno de los horizontes de suelo y considerando

las profundidades de cada sondeo y el respectivo nivel freático encontrado para cada

uno, se obtienen los datos de °Φ Fricción y cohesión por medio de las correlaciones

planteadas en el método del ingeniero Álvaro González. A continuación se presentan

los datos calculados.

Cálculo por Correlaciones

Material °ɸ Fricción Cohesión (KPa)

Promedio Lleno Heterogéneo

24 1

Promedio Saprolito

29 2

Tabla 9. Resultado de las correlaciones realizadas por el método del ingeniero Álvaro

González. Fuente: autores.

10.5.2 Resultados del ensayo de corte directo N°1

En el desarrollo del ensayo de corte directo #1 se obtuvieron los siguientes datos para

los parámetros de °Φ Fricción y cohesión en el horizonte más profundo en el cual se

encuentra un saprolito.

Cálculo por Corte Directo 1


Saprolito 11 22,8

Tabla 10. Resultados del ensayo de corte directo en el saprolito. Fuente: informe de la

empresa de suelos.

10.5.3 Resultados del ensayo de corte directo N°2

En el desarrollo del ensayo de corte directo #2 se obtuvieron los siguientes datos para

los parámetros de °Φ Fricción y cohesión en el horizonte más superficial el cual es un

lleno heterogéneo.


pág. 33

Cálculo por Corte Directo 2


Promedio Lleno Heterogéneo

22 0

Tabla 11. Resultados del ensayo de corte directo en el lleno heterogéneo. Fuente

informe de la empresa de suelos. Fuente Autores.

Realizando el cálculo promedio de los resultados obtenidos en cada uno de los ensayos

realizados se obtiene un dato promedio para cada parámetro en cada uno de los

horizontes de suelo encontrados. En la siguiente tabla se encuentran los parámetros

finales con los cuales se procede a realizar el análisis de los taludes encontrados en el

desarrollo del proyecto vial.

Promedio General


Lleno Heterogéneo

23 0,4

Saprolito 20 12,2

Tabla 12. Parámetros de °Φ Fricción y cohesión obtenidos para cada horizonte de

suelo. Fuente autores.

Debido a la cohesión tan baja que tiene el lleno heterogéneo se procede a realizar un

remplazo de material para ayudar a mejorar la estabilización de los taludes encontrados

en la zona del proyecto. El material remplazante es un ML (Limo inorgánico)

Material de Remplazo


Lleno Heterogéneo

23 28

Saprolito 20 12,2

Tabla 13. Parámetros de °Φ Fricción y cohesión remplazados para el lleno

heterogéneo.


pág. 34

11 DATOS DE SISMOLOGÍA DE LA ZONA

Coeficiente de aceleración de sismo para el municipio de Ciudad Bolívar

𝐾𝑆𝑇 = 𝑎𝑥 ∗ 0,8 (7) Componente horizontal

𝐴𝑣 = 𝐾𝑆𝑇 ∗2

3 (8) Componente vertical

𝑎𝑥: Aceleración máxima según la zona

𝐴𝑎 = 0,25

𝐹𝑎 = 1,30

I: 1.10 Grupo II (A este índice de grupo pertenecen las edificaciones como escuelas)

𝐾𝑆𝑇 = 0,80

𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐴𝑎 ∗ 𝐹𝑎 ∗ 𝐼

𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,25 ∗ 1,30 ∗ 1,10 = 0,357

𝐾𝑆𝑇 = 0,80 ∗ 0,357 = 0,30

𝐾𝑣 =2

3∗ 𝐾𝑆𝑇

𝐾𝑣 = 0,20

12 ANÁLISIS DE LOS PERFILES EN SOFTWARE SLIDE

En el análisis inicial se verifica las condiciones iniciales del talud como los son el tipo de

materiales que se encuentran allí y cuáles son sus características de igual manera se

verifica la profundidad del nivel freático.


pág. 35

Imagen 13. Perfil 1 en condiciones estáticas software Slide.



pág. 36


12.1 Factores de Seguridad Para el Análisis de Taludes

Para realizar una estabilización segura se deben cumplir factores de seguridad que

están dados según el tipo de análisis que se esté realizando ya sea estático o dinámico,

para cada caso se tienen a continuación los factores mínimos que se deben tener para

lograr estabilidad en la obra ejecutada.

Fs Estático: 1,5

Fs Dinámico: 1,05


pág. 37

12.2 Análisis del Perfil 1 en Slide en Estado Estático y Dinámico

Se ejecuta el análisis en el software Slide y se identifica el factor de seguridad para

cada análisis realizado en las diferentes condiciones.

Imagen 16. Perfil 1 análisis en condiciones estáticas software Slide.

En el análisis inicial se puede identificar el FS para el perfil 1 en condiciones estáticas el

cual está en 0,980 más bajo que el requerido para esta condición 1,5.

Para el análisis dinamico se ingresan en el software Slide los datos calculados para el

sismo según la ubicación del proyecyo, estos datos de pueden visualizar en la parte

superior derecha de la siguiente imagen.


pág. 38

Imagen 17. Perfil 1 análisis en condiciones dinámicas software Slide.

En el análisis realizado en condiciones dinámicas para el perfil 1 se puede observar que

el FS está en 0,413 mucho más bajo que el requerido para esta condición. Tener

factores de seguridad tan bajos es producto de las condiciones que presenta cada tipo

de suelo en esto influye de manera directa la cohesión que posee el suelo, ya que no

permite una buna adherencia del mismo entre sus partículas y esto puede llevar a

generar una falla en el talud.

Teniendo los FS para cada análisis se procede a realizar las obras de estabilización

que sean necesarias para lograr el FS mínimo exigido.


pág. 39

En el corte del perfil 1 se encuentra un paso de la sección de la vía, debido a esto se

deben considerar las cargas que le produce la vía sobre el talud que se esta

analizando, para este caso se tomo como referencia una carga de 12 𝐾𝑁/𝑚2 esta vía

va a ser construida con una sola calzada para cada sentido vial.

Imagen 18. Perfil 1 análisis con cargas de vía en condiciones estáticas software Slide.

El FS para condiciones estáticas en el perfil 1 bajo aún más que el que se tenía en el

análisis anterior (Imagen 11). La carga de la vía aumenta el riesgo de deslizamiento en

el talud.


pág. 40

Análisis de perfil 1 en condiciones dinámicas con la carga de la vía.

Imagen 19. Perfil 1 análisis con cargas de vía en condiciones dinámicas software Slide.

Se presenta un leve incremento en el FS comparando el análisis realizado sin cargas

0,413 y el realizado con cargas 0,414. En este caso la presencia de la carga vial ayuda

a realizar una estabilización que se puede considerar como despreciable por el

incremento tan bajo.


pág. 41

12.3 Estabilización del Perfil 1 en Slide en Estado Estático y Dinámico

Para lograr la estabilidad del perfil 1 se buscaron alternativas económicas y de fácil

implementación buscando que sea una obra viable y con tiempos de construcción

menores.

Se realizaron tres tipos de obras de estabilización para este perfil, las cuales están

descritas a continuación:

1. Perfilación del talud: Se realiza una perfilación del talud para generar una

superficie continua el ángulo de la perfilación realizada es de 20°.

2. Anclaje activo: Se realiza un diseño de anclaje activo tipo Grouted Tieback con

una separación entre anclajes de 1 𝑚, capacidad de tensión de 700 𝐾𝑁 con una

fuerza de adhesión de 10 𝐾𝑁/𝑚2 un diámetro de 10 𝑐𝑚 y una profundidad

efectiva de 30,00 𝑚.

3. Muro en tierra armada: Se diseña un muro en tierra armada con un ancho en la

parte superior de 7,40 𝑚 y en la parte inferior de 5,49 𝑚 una altura de 6,89 𝑚 con

un geotextil resistente a la tracción de 40 𝐾𝑁/𝑚 con fuerza de adhesión de 5

𝐾𝑁/𝑚2.

Imagen 20. Perfil 1 Estabilización del talud con cargas en condiciones estáticas.


pág. 42

Imagen 21. Perfil 1 Estabilización del talud con cargas en condiciones dinámicas.

Con los diseños planteados se realiza el análisis en el perfil 1 para cada uno de los

estados y se verifica que la solución planteada cumpla con los requerimientos de FS

mínimo para cada caso. Del análisis realizado tenemos los siguientes factores de

seguridad:

FS Estático: 1.712 > 1,5 Cumple

FS Dinámico: 1,051 > 1,05 Cumple


pág. 43

12.4 Análisis del Perfile 2 en Slide en Estado Estático y Dinámico

Se verifican las condiciones iniciales del talud sin la presencia de cargas y sin los datos

de sismo para determinar las condiciones iniciales para el estado estático.


De manera preliminar se tiene un dato de FS estático el cual es de 1,327.


pág. 44

Se ingresan los datos de simo para la zona y se procede a ejecutar el programa para

tener informacion del estado dinámico sin la presencia de cargas.


Las condiciones iniciales para el estado dinámico son muy desfavorables en este perfil

del proyecto aun sin la presencia de las cargas que se deben a la presencia de la vía.


pág. 45

En el perfil 2 se encuentra el paso de la vía Remoinos – Ciudad Bolivar para el cual se

deben tener presente las cargas mencionadas para el perfil anterior 12 𝐾𝑁/𝑚2.


Con la presencia de la carga vial se evidencia una baja en leve en el FS en condiciones

estáticas, de igual manera se deben diseñar obras de estabilización como en el caso

anterior.


pág. 46

Analisis del perfil 2 con la presencia de sismo y la carga debida a la vía.


La presencia de la carga vial no efectúa variación alguna en el FS dinámico. Se

procede con el diseño de obras de estabilización para dar cumplimiento al FS en los

dos casos analizados. Para los dos perfiles analizados hasta el momento se puede

evidencias que la presencia de la carga debida a la vía no genera una reducción

significativa en el FS para ninguno de los casos, la característica que más afecta estos

factores es la cohesión del suelo siendo un factor generador de desestabilización.


pág. 47


Se diseñan las obras de estabilización para este perfil buscando la solución más

pertinente para este caso. Las obras de estabilizacion diseñadas para este perfil son las

siguientes:


superficie continua el ángulo de la perfilación realizada es de 15°.

2. Anclaje activo: Se realiza un diseño de anclaje activo tipo Grouted Tieback con

una separación entre anclajes de 1.80 𝑚, capacidad de tensión de 700 𝐾𝑁 con

una fuerza de adhesión de 5 𝐾𝑁/𝑚2 un diámetro de 10 𝑐𝑚 y una profundidad

efectiva de 40 𝑚 y 30 𝑚.




𝐾𝑁/𝑚2.

Imagen 26. Perfil 2 Estabilización del talud en condiciones estáticas.


pág. 48

Imagen 27. Perfil 2 Estabilización del talud en condiciones dinámicas.

Ingresando en el software los diseños anterior mente mencionados se logra la

estabilización de este perfil logrando el cumplimiento para los dos casos analizados,

cabe resaltar que para esta estabilización los diseños requeridos fueron de menores

especificaciones pero generaron factores mayores comparados con el perfil anterior, el

beneficio de este diseño adecuado a las condiciones se verá reflejado en los costos de

la obra de estabilización y en el tiempo de ejecución. Del análisis realizado tenemos los

siguientes factores de seguridad:

FS Estático: 1.795 > 1,5 Cumple



pág. 49

12.6 Análisis del Perfil 3 en Slide en Estado Estático y Dinámico

En este perfil la superficie del proyecto es la más grande que se debe analizar en toda

la obra. Se procede a realizar el análisis preliminar en condiciones estáticas.


El análisis del perfil 3 sin la presencia de cargas ni de sismo arroja un FS de 1,745 el

perfil ya está estable y en estas condiciones no requiere de obras para evitar daños en

el proyecto, se debe realizar el análisis dinámico para verificar la estabilidad en

presencia de sismo.


pág. 50

Se ingresan los datos de simo para la zona y se procede a ejecutar el programa para

tener informacion del estado dinámico sin la presencia de cargas.


En este caso se tiene un FS por debajo del mínimo requerido, se puede tener presente

que existen casos en los que el FS estático cumple en condiciones naturales y el FS

dinámico no cumple, esto obliga a realizar obras de estabilización para cumplir los dos

factores requeridos.


pág. 51

El perfil 3 es atravesado en 2 secciones por la vía Remoinos – Ciudad Bolivar para

cada seccion de vía se debe tener la carga de 12 𝐾𝑁/𝑚2.


El FS estático con la presencia de la carga vial sigue cumpliendo ya que esta carga no

afecta de manera significativa el talud. Se debe realizar el análisis dinámico con la

presencia de sismo que como se evidencio en el análisis dinámico sin sismo no estaba

cumpliendo, en este caso se buscara revisar que tanto va a ser afectado el perfil y

como proceder con la estabilización.


pág. 52

Análisis dinámico con la presencia de sismo y la carga de la vía en las dos secciones

que cruzan el perfil.


Para este análisis se puede evidenciar un leve incremento en el FS dinámico

favoreciendo un poco la estabilización del talud. Los análisis realizados en este caso

ayudan a determinar qué tipo de estabilización realizar, este talud posee una superficie

mucho más grande que los perfiles 1 y 2 esta longitud favoreció la pendiente del talud

reduciendo de manera significativa y ayudando a la estabilización del talud. Las obras

de estabilización en este talud van a ser más económicas y más fáciles de construir.


pág. 53


Para la estabilización de este perfil las obras son más sencillas que en los casos

anteriores ya que en este caso la longitud del perfil está favoreciendo la estabilidad del

mismo, para esta estabilización se realizaron las siguientes diseños:


superficie continua en la parte baja del talud a una longitud de 83,4 𝑚 el ángulo

de la perfilación realizada es de 15°.

2. Anclaje activo: Se realiza un diseño de anclaje activo tipo Grouted Tieback este

se ubica sobre la zona perfilada en la parte baja del talud con una separación

entre anclajes de 2 𝑚 , capacidad de tensión de 700 𝐾𝑁 con una fuerza de

adhesión de 5 𝐾𝑁/𝑚2 un diámetro de 10 𝑐𝑚 y una profundidad efectiva de 30 𝑚.




𝐾𝑁/𝑚2.

Imagen 32. Perfil 3 Estabilización talud en condiciones estáticas.


pág. 54

Imagen 33. Perfil 3 Estabilización talud en condiciones dinámicas.

Con los diseños propuestos se logra la estabilización del perfil en estado dinámico con

la presencia de la carga vial en sus dos secciones y con los factores de sismo, para

este caso solo se requería estabilizar para el caso dinámico ya que el estado estático

cumplía el FS mínimo exigido, la estabilización de este perfil se diseñó para la parte

baja del talud donde se necesitó un muro en tierra armado para la conformación de la

calzada de la vía. Del análisis realizado tenemos los siguientes factores de seguridad:

FS Estático: 2,297> 1,5 Cumple



pág. 55

13 DISEÑO DE LA VÍA

En el proyecto en cuestión se tiene una vía terciaria la cual tiene el terreno natural como

capa de rodadura se pretende realizar el diseño de una vía en pavimento flexible para

mejorar las condiciones de la misma y ayudar a mejorar la movilidad de la zona.

13.1 Método de Diseño

Para el desarrollo del diseño del pavimento se optó por usar le método del Instituto

Nacional de Vías el cual es empírico. Este método involucra el factor de precipitaciones

de la zona lo cual es fácil obtener mediante el historial del monitoreo que realiza

Empresas Públicas de Medellín. También involucra la temperatura promedio anual, la

cual es un dato que se puede encontrar de manera directa en la página web de la

alcaldía del municipio de Ciudad Bolívar.

13.2 Aforos de Transito

Se realiza un aforo durante siete días para determinar la cantidad de vehículos que

transitad por la vía cada hora, cada día y cada semana y para tener certeza de que tipo

de vehículos están usando la vía, esto con el fin de determinar la demanda de vehículo

y el factor camión que será usado para el diseño.

Registro 1 2 3 4 5 6 7 Expansión del 100%

Día Automóviles

pequeños Buseta

bus

Camión de 2 ejes pequeño

Camión de 2 ejes

grande

Camión de 3 Y 4

ejes

Camión de 5 ejes

Camión de 6 ejes

Transito mixto diario

Transito mixto

diario TD

1/01/2019 598 117 201 177 13 8 6 1120 1232

2/01/2019 605 119 185 169 17 9 7 1111 1222

3/01/2019 632 113 196 195 9 7 6 1158 1274

4/01/2019 636 117 196 195 12 5 12 1173 1290

5/01/2019 715 103 409 21 2 9 1259 1385

6/01/2019 626 118 322 14 7 16 1103 1213

7/01/2019 823 117 224 9 6 14 1193 1312

TS 4635 804 778 1691 95 44 70 8117 8929

TPDS 662 115 111 242 14 6 10 1160 1276

TPDS *1,10

728 126 122 266 15 7 11 1276

%TPDS 57 10 10 21 1 1 1 100

Tabla 14. Aforos en la vía Remolinos-Ciudad Bolívar. Fuente: Autores.


pág. 56

El transito mixto diario es la suma de todos los vehículos que usaron la vía durante un

día determinado.

𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜 𝑀𝑖𝑥𝑡𝑜 = ∑ 𝑉𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 (9)

El factor de expansión aumenta en un 10% la cantidad del tránsito mixto

𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜 𝑀𝑖𝑥𝑡𝑜 𝑇𝐷 = ∑ 𝑉𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 ∗ 1,10 (10)

Para el diseño del pavimento no se tienen en cuenta los automóviles pequeños y las

busetas ya que la carga que le trasmiten a la estructura es despreciable. Para

determinar al factor camión se toma la sumatoria de todos los tipos de camiones.

𝐶𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 = ∑ 𝐶𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (11)

Tipo de Vehículo Cantidad % del Total de la

Muestra

Camiones 421 33

Tabla 15. Cantidad de vehículos tipo camión. Fuente: Autores.

13.3 Factor Camión

Se multiplica la cantidad de vehículos de cada tipo por un factor conversión para tener

el factor camión de todos los camiones, este factor agrupa desde el camión C2 hasta el

C3-C3.

La equivalencia entre el tipo de camión aforado y su igual en la tabla de factores de la

Universidad del Cauca es la siguiente:

Camión de 2 ejes pequeño = C2 Pequeño

Camión de 2 ejes grande = C2 Grande

Camión de 3 y4 ejes = C3

Camión de 5 ejes = C3 S2

Camión de 6 ejes = C3 S3

Bus = Bus P 600

Para usar el FC de la Universidad del Cauca se debe tener el porcentaje de cada tipo

de camión aforado. Esto se realiza de la siguiente manera:

𝐶2 𝑃𝑒𝑞𝑢𝑒ñ𝑜 =𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐶2 𝑝𝑒𝑞𝑢𝑒ñ𝑜 𝑎𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜

∑ 𝐶𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (12)


pág. 57

𝐶2 𝑃𝑒𝑞𝑢𝑒ñ𝑜 =122

421∗ 100 = 29%

𝐶2 𝐺𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 =266

421∗ 100 = 63%

𝐶3 =15

421∗ 100 = 4%

𝐶3 𝑆2 =7

421∗ 100 = 2%

𝐶3 𝑆3 =11

421∗ 100 = 3%

Para el caso del bus P600 se considera la sumatoria de la expansión de las 24 horas

con el incremento del 10%

𝐵𝑢𝑠 𝑃600 =126

1276∗ 100 = 10%

Factores de Equivalencia

Universidad del Cauca 1996 FC % de Camiones % de Buses

C2 pequeño 1,14 29 C2 grande 3,44 63 C3 3,76 4 C2-S1 3,37 C4 6,73 C3-S1 2,22 C2-S2 3,42 C3-S2 4,40 2 C3-S3 4,72 3 Bus P 600 0,40 10

Bus P 900 1,00 Buseta 0,05

Tabla 16. Tabla de factores de equivalencia. Fuente: Universidad del Cauca.

Se realiza la combinación de los factores dados en la tabla 13 esto con el fin de tener

un solo factor para camiones y uno solo para buses.


pág. 58

Combinaciones de Camiones

Combinación C3-C4 5,40

Promedio FC Buses 0,70

Tabla 17. Combinaciones de FC. Fuente: Autores.

El paso siguiente es determinar el factor camión de los camiones con la siguiente

formula:

𝐹𝐶 (𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠) =𝐹𝐶 𝐶2𝑃∗% 𝐶2𝐺+𝐹𝐶 𝐶2𝐺∗% 𝐶2𝐺+𝐹𝐶 𝐶𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜 𝐶3 𝐶4∗%𝐶3+𝐹𝐶 𝐶3 𝑆2∗%𝐶3 𝑆2+𝐹𝐶 𝐶3 𝑆3∗%𝐶3 𝑆3

% 𝐶2𝑃+% 𝐶2𝐺+% 𝐶3+% 𝐶3 𝑆2+% 𝐶3 𝑆3 (13)

𝐹𝐶 (𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠) =1,14 ∗ 29 + 3,44 ∗ 63 + 5,40 ∗ 4 + 4,40 ∗ 2 + 4,72 ∗ 3

29 + 63 + 4 + 2 + 3= 2,89

𝐹𝐶 (𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑦 𝑏𝑢𝑠𝑒𝑠) =𝐹𝐶 𝐵𝑢𝑠𝑒𝑠∗%𝑏𝑢𝑠𝑒𝑠+% 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠∗𝐹𝐶 (𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠)

% 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠+%𝑏𝑢𝑠𝑒𝑠 (14)

𝐹𝐶 (𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑦 𝑏𝑢𝑠𝑒𝑠) =0,70∗10+33∗2,89

33+10= 2,38

13.4 Número de Ejes Equivalente

Se continua con el calculo de N que es el numero de ejes equivalentes para los cuales

se va a diseñar la estructura del pavimento. Con los siguiente datos de entrada se

procede con el cálculo.

Datos Para Hallar N Valor

TPD 1429

%Transito inducido 12%

Rata de crecimiento (r) 3%

Factor camión (FC) 2,38

Transito comercial carril de diseño (A) 50

Factor distribución (B) 33

Periodo de diseño (n) 10

Tabla 18. Datos de entrada para hallar N. Fuente: Profesor Hernando Lara.


pág. 59

El TPD se cálcula con el dato del transito promedio diario multiplicandolo por el trasito

inducido por la construccion de la nueva vía.

𝑇𝑃𝐷 = 1276 ∗ 1,12 = 1429 (15)

La rata de crecimiento se toma en referencia al crecimiento poblacional de los últimos

años para este valor se toma normalmente 3%.

El transito comercial del carril de diseño es 50 ya que se considera que el vehículo que

una la vía no va a regresar por la misma.

El factor de distribución es igual al porcentaje de vehículo tipo camión.

El periodo de diseño que exige la norma para pavimentos flexibles es de mínimo 10

años de vida útil.

La fórmula para calcular el número de ejes equivalentes N es la siguiente:

𝑁 = 𝑇𝑃𝐷 ∗𝐴

100∗

𝐵

100∗ 365 ∗

(1+𝑟)𝑛

𝐿𝑛(1+𝑟)∗ 𝐹𝐶 (15)

Dónde:

TPD: Transito promedio diario

A: Factor direccional

B: Transito comercial en el carril de diseño

r: Rata de crecimiento

n: Periodo de diseño

FC: Facto camion

𝑁 = 1429 ∗50

100∗

33

100∗ 365 ∗

(1 + 3)10

𝐿𝑛(1 + 3)∗ 2,38 = 2′. 386.702

13.5 Ensayos de CBR

Para el desarrollo de este proyecto se realizaron tres ensayos de CBR para obtener la

información suficiente y poder realizar un diseño acorde a las necesidades de la zona.

Los datos obtenidos para cada ensayo fueron los siguientes:


pág. 60

Ensayos de CBR

Ensayo %

CBR 1 9,1

CBR 2 14,5

CBR 3 5

CBR 4 10,6

Promedio 9,8

Tabla 19. Resultados de ensayos de CBR. Fuente: Empresa de Suelos.

Estos datos son necesarios para realizar el cálculo de la estructura del pavimento ya

que brinda información sobre la capacidad portante del suelo sobre el cual se va a

apoyar la estructura del pavimento.

13.6 Climatología de la Zona

Para aplicar el método de diseño empírico del instituto Nacional de Vías se requiere

conocer las precipitaciones anuales del área de estudio, ya que con esta se realiza la

clasificación de la zona.

Precipitación Mensual

Mes MM

Enero 177

Febrero 169

Marzo 218

Abril 339

Mayo 386

Junio 332

Julio 326

Agosto 350

Septiembre 343

Octubre 389

Noviembre 328

Diciembre 21,7

Precipitación Anual 3584

Tabla 20. Precipitación anual en Ciudad Bolívar. Fuente: Autores.


pág. 61

Temperatura de la zona de estudio a continuación se tiene la información de la

temperatura anual en el municipio de estudio.

Temperatura Anual

Mes MMTA (°C)

Enero 22,2

Febrero 22,6

Marzo 22,8

Abril 22,8

Mayo 22,4

Junio 22,2

Julio 22,4

Agosto 22,1

Septiembre 22

Octubre 21,7

Noviembre 21,7

Diciembre 21,7

Factor ponderación 22,2

Tabla 21. Temperatura mensual en Ciudad Bolívar. Fuente: Autores.

13.7 Calculo de la estructura del Pavimento

En la siguiente tabla se presentan los datos de entrada para determinar el tamaño de

las capas de la estructura del pavimento.

Datos Para el Cálculo de la Estructura

Precipitaciones anuales mm 3584

Temperatura promedio °C 22,2

Promedio CBR 9,8

N 2’386.702

Tabla 22. Datos de entrada para el cálculo de la estructura. Fuente: Autores.


pág. 62

Con los datos obtenidos mediante los cálculos se realiza la clasificación de la zona. En

la siguiente tabla se ubica la zona de diseño en la carta N°5 la cual indica los espesores

mínimos para cada una de las capas de la estructura.

Carta Nª Región Climática Categoría de Subrasante

Categoría de

Transito

5 R5 S1-S5 T1-T9

Tabla 23. Clasificación de la zona del proyecto. Fuente: Autores.

R5 indica que la zona de estudio es cálida húmeda.

Espesores de pavimento sugeridos en la carta N°5

Tabla 24. Carta N°5 para clasificar la estructura del pavimento. Fuente:


pág. 63

Imagen 34. Alternativas de diseño de la estructura. Fuente: Carta N°5.

Opciones de construcción sugeridas en la carta N°5

Opción de Construcción #1

Material Espesor en CM

MDC-2 10

BG-2 20

SBG-1 35

.

Tabla 25. Opción de diseño N°1. Fuente: Autores.


pág. 64



MDC-2 7,5

BEE-2 10

BEE-2 10

SBG-1 30




MDC-2 10

BG-2 20

BEC 25



pág. 65

14 CONCLUSIONES

La información para el diseño de obras de estabilización debe ser de ensayos de

buena procedencia debido al nivel de incertidumbre que se maneja en el campo de

la geotecnia.

Se deben realizar la cantidad de ensayos que sea necesarios para obtener

información detallada de los materiales encontrados en cada estrato, ya que la

norma no exime al ingeniero diseñador así este haya cumplido con el número

mínimo de perforaciones.

Para el diseño de la estructura de pavimento se proyecta una rata de crecimiento

poblacional del 3% sin embargo este se puede ver afectado con un incremento o

decrecimiento debido a factores comerciales realizando un aumento poblacional o

factores de orden público presentando un decrecimiento.

Los diseños de estabilización de taludes se realizan sin la proyección de futuras

construcciones como edificaciones de viviendas o ampliación de la vía.

Los factores de sismología en la estabilización dinámica son variables según la

ubicación del proyecto a diseñar.

Toda modificación del diseño inicial debe ser con el consentimiento del ingeniero

diseñador.

La construcción de todas las obras diseñadas en el presente informe debe estar

regidas por las condiciones exigidas en reglamento Colombiano NSR 10.

Los materiales para la construcción de la estructura de la vía deben cumplir con las

exigencias de la NSR 10 no es aceptable el uso de los mismos materiales de

excavación.

Se debe llevar un registro histórico de los procesos de construcción realizados en

para detectar posibles variaciones de las condiciones iniciales de diseño y de esta

manera proceder en caso de alteración de estas condiciones.

El diseño de las obras de estabilización contempla el nivel freático, no se requiere

de tratamientos específicos para este.


pág. 66

15 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Alvaro Gonzalez. 1999. JORNADAS GEOTECNICAS DE LA INGENIERIA

COLOMBIANA - SCI -SCG

Cristian Yair Soriano Camelo. Aplicación del ensayo de penetración estándar en la

determinación de parámetros geotécnicos de suelos granulares.

Andres Elejalde Gallego, Pedro Velez Pardo, Sebastian Giraldo Hoyos. Estabilidad

de Taludes por

CONSTRUMÁTICA. Mateportal de Arquitectura, Ingeniería y Construcción.

Alcaldía de Ciudad Bolívar.

Ingeominas.

Geología. 2015-Publicaiones-Rocas Magmáticas

Glosario de Geología- Monzones

Seminario Taller en Geotecnia Vial

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