Suelos proyectos 1

DISEÑO CONCEPTUAL Y DETALLADO PARA LA REPOSICIÓN Y
OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL SECTOR
DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO
DEL CIRCUITO ORFELINATO
CAPÍTULO 2. INFORME GEOTÉCNICO
INTRODUCCIÓN
En este informe se presentan los resultados de las exploraciones de campo,
efectuadas para caracterizar la geología del denominado Proyecto 1 de Alcantarillado
del Grupo 2. Este proyecto está comprendido principalmente por los colectores de
aguas residuales paralelos a la cobertura La Loca, los cuales están ubicados en la
calle 57 desde las carreras 39 hasta la carrera 57 de la ciudad de Medellín.
Adicionalmente, se incluyen en este proyecto algunas redes de aguas residuales y de
aguas lluvias localizadas en las carreras que cruzan la calle 57 y que descargan a los
colectores de aguas residuales o a la cobertura de la quebrada La Loca.
El informe incluye los resultados de los ensayos de laboratorio, se enuncia la
metodología empleada y se relacionan los parámetros de resistencia obtenidos del
estudio.
Contiene además las conclusiones y las observaciones que se consideraron
pertinentes dentro de la aplicación de los estudios y análisis efectuados. Finalmente, se
presentan las recomendaciones necesarias para las etapas siguientes del proyecto.
INFORME DISEÑO DETALLADO - PROYECTO 1
Agosto 2013
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DISEÑO CONCEPTUAL Y DETALLADO PARA LA REPOSICIÓN Y
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1.1
EXPLORACIONES DE CAMPO
CUMPLIMIENTO DE LA NORMA RAS 2000
El Título G “Aspectos Complementarios” de la Norma RAS-2000, en su numeral
G.2 “Aspectos Geotécnicos” establece los requerimientos geotécnicos mínimos que
deben cumplir los proyectos que se desarrollen en Colombia. Particularmente, se
define la cantidad y profundidad mínima de los sondeos requeridos, dejando a criterio
del ingeniero Geotecnista la libertad de realizar exploraciones complementarias. Para
este proyecto en general correspondería a sondeos cada 100 m dado que se trata de
un proyecto de alta complejidad en una zona aluvial relativamente “homogénea”.
Sin embargo, se consideró muy costoso e innecesario ejecutar toda la exploración
exigida por la RAS-2000 por las razones expuestas a continuación. La exploración
finalmente estudiada se indica en la el Numeral 1.2.
1.2
FINALIDAD DE LA NORMA
El espíritu de la norma está enfocado al diseño donde se requieren excavaciones a
cielo abierto; es decir, con zanjas donde su construcción en cercanía a edificaciones u
otras estructuras puede resultar en daños a las mismas. La norma no es precisa en el
caso de instalaciones de redes con metodología no convencionales como las que se
pretende realizar en este proyecto, por ejemplo las tecnología sin zanja como PIPE
BURSTING y CIPP, en las cuales se realiza la instalación del tubo nuevo
aprovechando el tubo existente y sin realizar intervenciones significativas al suelo
circundante, que corresponde al material de lleno de la zanja de la red antigua.
Por otro lado, la tecnología de MICROTUNELACIÓN es un método que genera una
perturbación muy baja al terreno ya que consiste, como su nombre lo dice, en un túnel
de muy poco diámetro y el radio de afectación es igualmente muy pequeño, sin llegar a
afectar las estructuras vecinas.
Finalmente, según información de los diseñadores hidráulicos, sólo en algunos
sectores se hará la sustitución de la red recurriendo a la zanja abierta, pero en estos
casos la profundidad de la zanja será del orden de 1,00 m, que como se verá
posteriormente, corresponde a principalmente a llenos antrópicos asociados a la
construcción de las vías y edificaciones. Para estas profundidades y estos tipos de
materiales, no es necesario realizar una exploración detallada y basta con información
puntual ya que los ajustes (de requerirse) se pueden realizar durante construcción.
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1.3
RAZONES GEOLÓGICAS
A partir del conocimiento geológico que se tiene del Valle de Aburrá por los proyectos
en que se ha participado, y de las exploraciones realizadas para este proyecto, se
logra determinar que el trazado de las redes de acueducto y alcantarillado en el área
de estudio transcurren en su totalidad por materiales de origen aluvial, sean estos
derivados por el río Medellín o sus corrientes afluentes, con una cobertura somera y
muy continua en extensión de llenos antrópicos derivados de las obras de construcción
a todo lo largo de la historia de la ciudad.
Como se verá más adelante, los aluviales presentan variaciones principalmente en
cuanto a su granulometría, se encuentran desde materiales finos como limos y arcillas,
con una consistencia media a baja y localizados hacia las partes más superficiales en
la columna estratigráfica, continuando con arenas y gravas de compacidad media a
baja y finalmente encontrando un depósito aluvial grueso, consolidado y muy
cementado. Existen además, algunos lentes o bolsas de materiales finos con un
importante aporte de materia orgánica, los cuales no son continuos y tienen un origen
lacustre o lagunar. Por encontrarse el área de estudio dentro del centro de la ciudad,
en un sector totalmente urbanizado, estos depósitos se presentan con una cobertura
de llenos de carácter antrópico, que muestran variaciones en cuanto su constitución la
cual incluye arcillas negras, limos, arenas, escombros entre otros.
De acuerdo con los estudios realizados, el modelo geológico es bastante homogéneo,
lo que permite tener una confiabilidad alta en los materiales a excavar durante la
construcción del proyecto y su comportamiento geo-mecánico. No obstante, es difícil
predecir con exactitud la composición tanto de los depósitos aluviales como de los
llenos antrópicos a lo largo de los alineamientos proyectados. Reducir la incertidumbre
en cuanto a la presencia de un determinado estrato, implica realizar tantos sondeos
que sería técnicamente inviable llevar a cabo los estudios del proyecto, y realizar los
sondeos requeridos por el RAS no incrementará sustancialmente la certeza que se
tiene actualmente del modelo geológico.
1.4
RAZONES ECONÓMICAS
El cumplimiento de la norma RAS-2000 exigiría la realización de las siguientes
cantidades de sondeos exploratorios, según se considere el área o red a estudiar. Para
efectos de cuantificarla, se hicieron las siguientes valoraciones:
El área de estudio es de aproximadamente 1,500 m de ancho por 3,000 m de largo,
para un área total de 4’500,000 m2. Al realizar una red de sondeos espaciados cada
80 m, se requiere un total de 703 sondeos de mínimo 5,0 m de profundidad y con
taladro rotatorio, por lo que daría un total de 3,515 m de perforación con un costo
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aproximado de $885’000,000 sin sumar los costos de los ensayos de laboratorio que
podrían ser mínimo del orden de 1,400 ensayos de clasificación que tienen un costo de
$115’000,000.
En consecuencia, se requerían aproximadamente $1,000’000,000 para exploración y
ensayos de laboratorio, lo cual haría muy costoso el estudio y aun así no se lograría
tener una certeza aceptable en la ubicación de cualquier estrato de suelo.
2
EXPLORACIÓN EJECUTADA
Las investigaciones de campo realizadas para la caracterización geotécnica y
estimación de los parámetros de resistencia del suelo, consistieron básicamente en la
excavación de cuatro apiques y la realización de tres ensayos de penetración estándar
SPT, con el fin de tomar muestras en bolsa y muestras en tubo de pared delgada
(shelby) de los estratos encontrados, junto con la descripción y registro fotográfico de
cada apique.
Estas exploraciones se complementaron con la información obtenida de estudios
anteriores, como los estudios de la Microzonificación Sísmica de Medellín y del Valle
de Aburrá de los años 1999, 2002 y 2006, además de estudios llevados a cabo por
SOLINGRAL S.A.S. (empresa filial de INTEGRAL S.A.), para la construcción del
proyecto Prados de Villa Nueva en el año 2003 y el estudio de Vulnerabilidad Sísmica
de la Catedral Metropolitana de Medellín del año 2011.
La ubicación de las exploraciones realizadas se muestra en la Figura 1. En esta figura
los puntos en color verde corresponden a sondeos del estudio de Microzonificación
Sísmica de Medellín y del Valle de Aburrá.
La profundidad de los niveles freáticos encontrados se muestra en la Tabla 1.
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Figura 1. Sondeos ejecutados y disponibles en el Sector 1
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En la Figura 1 las exploraciones P3 y P5 corresponden a los ensayos de penetración
estándar (SPT) realizados para el estudio de Vulnerabilidad Sísmica de la Catedral
Metropolitana de Medellín y el proyecto Prados de Villa Nueva, respectivamente. Para
mayor detalle de la Figura 1, puede consultarse el plano P-2213-G-001, adjunto.
Las profundidades de las exploraciones ejecutadas y disponibles se presentan en la
Tabla 1. Los registros de las perforaciones y de los apiques se presentan al final del
documento.
Tabla 1. Profundidades de Exploraciones Ejecutadas y Disponibles
DETALLE
SONDEO
Profundidad
Explorada (m)
Exploración realizada
Apique 1 (A1)
Apique 2 (A2)
Apique 3 (A3)
Apique 4 (A4)
Perforación 1 (P1)
Perforación 2 (P2)
Perforación 4 (P4)
1,70
3,30
2,00
3,40
10,50
7,55
7,85
Profundidad
del
Nivel
Freático (m)
> 1,70
> 3,30
> 2,30
> 3,40
> 10,50
5,30
3,35
34,05
4,05
24,2
15,50
12,50
20,00
20,00
15,20
18,12
15,05
17,45
19,02
7,60
11,60
14,70
8,80
14,75
14,75
5,00
0,92
2,60
3,20
3,20
> 15,20
12,00
1,60
> 17,45
7,00
1,70
2,20
2,50
2,20
2,75
2,75
Estudio
de
vulnerabilidad
sísmica
de
la
Catedral Perforación 3 (P3)
Metropolitana
Prados de Villanueva
Perforación 5 (P5)
14 TD-1
408 TD-1
263 TD-1
182 TD-1
496 SAN-5
594 SAN-2-30
Sondeos del estudio de 632 SAN-2-64
Microzonificación sísmica de 626 SAN-2-57
Medellín y el Valle de Aburrá
595 SAN- 2-31
447 TD-6
445 TD-3
443 TD-1
446 TD-4
444 TD-2
344 TD-2
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ENSAYOS DE LABORATORIO
En la Tabla 2 se listan los ensayos de laboratorio realizados para las exploraciones
ejecutadas y disponibles.
Los resultados de laboratorio detallados para las exploraciones ejecutadas se
presentan al final del documento.
Tabla 2. Resumen Ensayos de laboratorio
Microzonificación
sísmica
de
Ensayo
Ejecutada
Medellín
y el
Valle de Aburrá
Compresión
-8
Simple
Consolidación
1
-unidimensional
Granulometría por
6
4
mallas
Granulometría
--combinada
Humedad Natural 7
93
Límites
de
6
6
Atterberg
Peso Específico
2
-Triaxial
1
--
Metropolitana
Prados de
TOTAL
Villanueva
--
4
12
--
1
2
8
9
27
--
3
3
13
9
122
8
7
27
---
4
1
6
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El resumen de los resultados de laboratorio se presenta en las, Tabla 3, Tabla 4, Tabla
5, Tabla 6
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Tabla 3. Ensayos de laboratorio en este estudio
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Tabla 4. Resultados de Ensayos del Estudio de Microzonificación
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Tabla 5. Resultados de Ensayos del proyecto Prados de Villanueva
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Tabla 6. Resultados de Ensayos del proyecto Catedral Metropolitana
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El número de golpes obtenido en cada ensayo de penetración estándar (SPT) se
muestran en la Figura 2. El registro más detallado de estas perforaciones se
encuentra al final del documento.
Figura 2. Resistencia a la Penetración (Nspt) vs Profundidad
4
CONDICIONES GENERALES DEL TERRENO Y DEL SUBSUELO
A continuación, se presentan las condiciones geológicas y geomorfológicas de
los terrenos por los que transcurre el sistema de alcantarillado del sector
denominado Centro Parrilla, que comprende la zona ubicada entre la margen sur
de la quebrada Santa Elena y la calle 38, y el río Medellín y la carrera 38;
incluyendo los barrios Prado Centro, Boston, Villa Nueva, El Chagualo y Jesús
Nazareno.
Los resultados geológicos y geomorfológicos que aquí se definen son derivados
de la revisión bibliográfica relacionada con estudios anteriores, tomando como
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base los estudios de la Microzonificación Sísmica de Medellín y del Valle de
Aburrá de los años 1999, 2002 y 2006, además de estudios llevados a cabo por
SOLINGRAL S.A.S. (empresa filial de INTEGRAL S.A.), para la construcción del
proyecto Prados de Villa Nueva en el año de 2003 y el más reciente con el
estudio de Vulnerabilidad Sísmica de la Catedral Metropolitana de Medellín del
año 2011. Como fuente de información primaria se llevó a cabo el
reconocimiento del terreno y exploraciones del subsuelo representadas por
cuatro apiques y tres perforaciones a percusión a lo largo del corredor de interés
para el Sector 1, Orfelinato.
4.1
GEOLOGÍA
Las unidades litoestratigráficas de este sector corresponden a un basamento
conformado por rocas ígneas de tipo dunita, la cual en la literatura se denomina
como Dunitas de Medellín (JKuM) que hacen parte del Complejo Ofiolítico de
Aburrá. Estas son rocas de carácter ultrabásico se presentan serpentinizadas,
con desarrollo de perfiles de meteorización potentes por lo que es difícil de
encontrarlas en estado fresco; además, en el área de estudio aparece en su
totalidad cubierta por depósitos del cuaternario, que incluyen de vertiente y/o
flujos de lodos y/o escombros (Qd), depósitos aluviales (Qal) del fondo del valle
asociados al río Medellín y sus quebradas afluentes que drenan el sector;
adicionalmente se muestra con una cobertura muy generalizada de llenos de
origen antrópico (Qll), en general de bajas especificaciones técnicas con alto
contenido de escombros y basura dada la premisa de trabajo en un área
totalmente urbana. Estas unidades se encuentran cartografiadas en el Mapa
Geológico del Sector 1 (Véase Figura 3. Mapa Geológico Sector 1).
Información más detallada de la se encuentra en el Plano P-2213-G-001.
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Figura 3. Mapa Geológico Sector 1
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Una columna estratigráfica típica para estos terrenos se muestra en la Figura 4 y el
perfil correspondiente hace parte del Mapa Geológico (Véase plano P-2213-G-001). En
la columna se observa la secuencia total y más adelante se presenta la descripción
detallada de cada una de las secuencias litológicas que lo conforman.
Figura 4. Columna Estratigráfica del Sector 1. Orfelinato
Según las condiciones mencionadas, el Sector 1 (Orfelinato), presenta un perfil
estratigráfico donde predomina la cobertura de llenos antrópicos que alcanzan entre
uno y cuatro metros de profundidad. Estos depósitos están conformados por gravas,
fragmentos rocosos, cuarzo lechoso, además de basuras, plásticos, madera, cemento,
ladrillos y escombros en general, todo esto embebido en una matriz limo arenosa de
color gris claro y limo micáceo y arcillas parda y rojizas, son materiales de baja
humedad, con baja plasticidad y compacidad baja, en estos depósitos es normal
encontrar además un importante aporte de materia orgánica y abundantes raíces.
Estos materiales se encuentran asentados sobre los depósitos aluviales y de vertiente,
hacia la parte alta (Boston) dominan los depósitos de vertiente y hacia la parte central y
baja los depósitos aluviales.
Las características de los depósitos de vertiente están definidas por espesores que
pueden superar los seis metros llegando a profundidades de 7,40 m, según algunas de
las exploraciones llevadas a cabo. La composición de estos depósitos es de arcillas y
limos de plasticidad media a alta, con poco aporte de arenas y gravas y diferentes
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fragmentos rocosos de anfibolita, dunita, granodiorita que pueden estar desde frescos
hasta totalmente meteorizados; las coloraciones son rojizas, cafés, grises y
amarillentas. Presentan una consistencia blanda a firme, de humedad media a alta,
aumentando a profundidad, hasta llegar localmente a un material saturado en las
zonas donde se da la presencia del nivel freático.
Los depósitos aluviales, son los que presentan mayores variaciones en cuanto a su
constitución y espesor, pues se muestran desde unos pocos metros hasta la totalidad
de la exploración llevada a cabo en cercanías de la Catedral Metropolitana, donde se
llegó hasta los 34 m de profundidad; además están distribuidos en franjas a lo largo del
río en hasta 7 km de longitud hacia la vertiente oriental del Valle de Aburrá. Los
horizontes aluviales están conformados por materiales diversos dentro de los que se
tienen secuencias finas y gruesas que incluyen arcillas, limos, arenas, gravas y cantos
rocosos de variado tamaño y constitución litológica.
Dentro de las secuencias de aluviales finos, inicialmente se menciona un horizonte
aluvial, que alcanza un poco más de los cinco metros de espesor y que se muestra con
un alto contenido de materia orgánica; conformado por una arcilla de color negro a
pardo muy oscuro, de alta plasticidad. Continuando con los materiales finos, aparecen
limos arcillosos y arcillas, en coloraciones cafés, rojizas, moteadas de gris y amarillo;
estos horizontes pueden contener diferentes fragmentos rocosos de anfibolita, dunita,
granodiorita, esquistos. Las fracciones finas son de consistencia blanda, plasticidad
media a alta y de humedad media. Para las secuencias gruesas se tiene en general,
una mayor consolidación que se traduce en una compacidad muy densa, y se
encuentran más profundas. Están conformados por arenas con fracciones menores de
arcilla, en coloraciones pardas rojizas, de compacidad baja, humedad media; contiene
abundantes cantos rocosos de anfibolita, cuarzo lechoso, dunita oxidadas, son
materiales de formas subredondeados, de tamaños variables, que alcanzan 30 cm de
diámetro, resistentes, bordeados localmente por arena arcillosa de color café rojizo.
Finalmente, los materiales litológicos que hacen parte del basamento no se encuentran
aflorando en la zona de estudio, se localizaron en la exploración P1, ubicada en el
barrio Boston, a una profundidad cercana a los siete metros de profundidad y hacen
parte del suelo residual derivado de las dunitas, es una mezcla de materiales
arcillosos, limosos, arenas y gravas pequeñas con nódulos ferrosos, además de
fragmentos rocosos intensamente meteorizados, pero donde se alcanza a reconocer la
textura de la roca de tipo dominante dunita, la cual se muestra en bandas en color
pardo, amarillo, rojizo, gris, verde y gris verdosa, fracciones micáceas que dan un brillo
y un tacto sedoso, se presenta oxidación en las fracciones finas y en las pequeñas
gravas de óxidos presentes. Estos materiales tienen una consistencia baja, el material
esta suelto y blando, de humedad media a alta, aumentando a profundidad.
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4.2
GEOMORFOLOGÍA
El área de estudio se localiza en la parte central del Valle de Aburrá, el cual
corresponde a una depresión topográfica alargada de dirección aproximada norte –
sur. Para el Sector 1 (Orfelinato), las condiciones geomorfológicas dividen el área de
estudio en dos unidades geomorfológicas, clasificadas en planicies aluviales y terrazas
y la unidad de depósitos de vertiente (Véase Figura 5 y plano P-2213-G-002).
La unidad de planicies aluviales, corresponde a la unidad más extensa,
morfogenéticamente está relacionada con la planicie aluvial del río Medellín y sus
quebradas o corrientes afluentes principales, e incluye algunas terrazas un poco más
altas pero igualmente de topes planos. Es una zona de topografía plana a suave con
pendientes menores de 5° y constituidas en su totalidad por los depósitos aluviales de
diferente composición y espesor como fueron definidos anteriormente.
La otra unidad geomorfológica corresponde a la unidad de depósitos de vertiente, se
localiza inmediatamente después de la anterior, hacia la parte baja y media de la
vertiente oriental del Valle de Aburrá. Las formas del relieve corresponden a los lomos
que ascienden en la vertiente, con pendientes suaves a moderadas, de geoformas
largas con topes redondeados de baja altura y están constituidos, como su nombre lo
indica por depósitos de vertiente del tipo flujos y/o lodos, de espesores desconocidos y
con un grado de consolidación y madurez.
Para la zona de estudio no se encontraron procesos morfodinámicos, pues los terrenos
en su mayor parte, están dominados por el desarrollo urbano de la ciudad.
Con base en las exploraciones ejecutadas y disponibles, a la geología de la zona de
estudio y a una revisión bibliográfica, se trazó el perfil estratigráfico por la calle 57 que
se muestra en la Figura 5 y que se puede consultar con más detalle en el Plano P2213-G-003.
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Figura 5. Mapa Geomorfológico Sector 1
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Figura 6. Perfil Estratigráfico por la Calle 57
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5
DESCRIPCIÓN GEOTÉCNICA DE LOS MATERIALES
La descripción desde el punto de vista geológico se presentó en el Numeral 3. Sin
embargo, para fines constructivos y de diseño se presentan las principales
características de los materiales que pueden encontrarse en la zona del proyecto.
5.1
LLENO ANTRÓPICO
Alcanzan entre uno y cuatro metros de profundidad. Se caracteriza por la presencia de
escombros y mezclas de materiales de diferente tipo desde excedentes de
construcción hasta tierra y material orgánico. Son ligeramente compactos y pueden
clasificarse como de pobres condiciones geotécnicas. Son materiales de baja
humedad, con baja plasticidad y compacidad baja. Exhiben altas permeabilidades, alta
deformabilidad, baja capacidad de soporte y bajos módulos de reacción asociado a la
baja resistencia a la penetración. No obstante, sus parámetros tienden a incrementarse
con la profundidad debido al mayor confinamiento de los mismos.
5.2
DEPÓSITOS DE VERTIENTE
Pueden alcanzar varios metros de espesor (hasta 7,50 m). La composición de estos
depósitos es de arcillas y limos de plasticidad media a alta, con poco aporte de arenas
y gravas. Presentan una consistencia blanda a firme, de humedad media a alta,
aumentando a profundidad, hasta llegar localmente a un material saturado en las
zonas donde se da la presencia del nivel freático. Son materiales con resistencias a la
penetración media a alta, que repercute en la capacidad de soporte también media a
alta. Presentan baja permeabilidades debido al alto contenido de finos.
5.3
DEPÓSITOS
ORGÁNICO
ALUVIALES
CON
ALTO
CONTENIDO
DE
MATERIAL
Puede alcanzar hasta un poco más de los cinco metros de espesor y con un alto
contenido de materia orgánica; conformado por una arcilla de color negro a pardo muy
oscuro, de alta plasticidad. Por esta razón, corresponden a materiales de pobres
condiciones geotécnicas. Son materiales de mayor plasticidad, humedad y, por tanto,
de consistencia baja y de deformabilidad media a alta y una baja resistencia a la
penetración estándar. De acuerdo con lo anterior, puede esperarse que ofrezcan una
baja capacidad de soporte y bajos módulos de reacción.
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DEL CIRCUITO ORFELINATO
5.4
DEPÓSITOS ALUVIALES FINOS
Están conformados por limos arenosos y arcillas arenosas con fracciones menores de
arena y grava y bolos de roca. Estos materiales presentan bajas permeabilidades, baja
a media resistencia a la penetración estándar y por tanto, tienen capacidades de
soporte medias a altas (que se incrementan con la profundidad). Pueden encontrarse
con una consistencia baja más hacia la superficie hasta alcanzar consistencias altas a
medida que se profundizan, también su grado de consolidación se incrementa con la
profundidad. Debido al alto contenido de finos y alta consolidación, ofrecen bajas
permeabilidades.
5.5
DEPÓSITOS ALUVIALES GRUESOS
Están conformados por arenas con fracciones menores de arcilla; con abundantes
bolos de roca de orden decimétrico. Estos materiales presentan altas permeabilidades,
alta resistencia a la penetración estándar y por tanto, tienen altas capacidades de
soporte, son más duros y compactos y consolidados debido a la mayor profundidad a
la que se encuentran y a que se encuentran más consolidados.
5.6
PARÁMETROS GEOTÉCNICOS
En la Tabla 7 se muestran los parámetros geotécnicos recomendados para los
materiales encontrados en el Sector 1. Sin embargo, debido a que el perfil
estratigráfico es muy heterogéneo, tanto a lo largo como ancho de la zona de estudio y
a la imposibilidad de contar con exploración detallada, los parámetros geotécnicos
mostrados deben considerarse como indicativos, por lo que se definieron en base a las
exploraciones realizadas y disponibles, a datos bibliográficos, a la experiencia que se
tiene en estos tipos de materiales y a las características mencionadas en el numeral
anterior.
5.7
NIVEL FREÁTICO
En la Tabla 1 se puede observar que el nivel freático en general se encuentra a una
profundidad mayor de tres metros. Para el cálculo del espesor del recubrimiento, el
valor a usar debe corresponder con la condición más crítica de cada tramo.
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Tabla 7. Parámetros Geotécnicos
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6
INTERVENCIÓN DE TUBERÍAS
En el plano P-2213-ALC-F01-DC01-AS01-R000 se presenta la distribución de las
zonas donde se ha propuesto realizar diferentes alternativas de intervención para la
reposición de las tuberías de acueducto y/o alcantarillado, de acuerdo con las
evaluaciones realizadas por los diferentes especialistas.
6.1
EXCAVACIONES CON ZANJA
En la Tabla 8 se presenta la longitud en metros y el respectivo material en el cual se
realizarán las excavaciones con zanja, según los tramos mostrados en el plano P2213-ALC-F01-DC01-AS01-R000.
Tabla 8. Materiales a excavar con zanja
Tuberías con Profundidades
<
1,5
m
(Normalmente Acueducto)
Material
Porcentaje
Longitud (m)
(%)
Lleno Antrópico (Qll) 570,5
65,1
Depósito Aluvial con
305,6
34,9
materia orgánica
Depósito
Aluvial
--Fino (Qalf)
Depósito
Aluvial
--Grueso (Qalg)
Depósito
de
--vertiente (Qd)
Total
876,2
100
Tuberías con Profundidades
de
1,5
m
a
3,0
m
(Normalmente alcantarillado)
Longitud (m) Porcentaje (%)
14,95
1,7
457,1
52,2
259,7
29,6
80,2
9,2
64,2
7,3
876,2
100
De la Tabla 8 se puede concluir que los tramos para los cuales se tiene previsto utilizar
esta tecnología, en general, están constituidos por depósitos aluviales con materia
orgánica y llenos antrópicos. No obstante, por ser un método de excavación a cielo
abierto, los imprevistos pueden ser fácilmente diagnosticados y manejados durante
construcción.
Para las excavaciones con zanja se hacen las siguientes recomendaciones:
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 Utilizar entibado de madera (tablas, tacos y puntales) en excavaciones mayores a
1,5 m de profundidad.
 El avance de la zanja debe ser por lo menos 1,5 veces la longitud del tramo de
tubería.
 Tener en cuenta las especificaciones de los productores con relación a la deflexión
máxima que permite la tubería.
 Es necesario que la excavación y la cimentación de la tubería se realicen según las
especificaciones de las Empresas Públicas de Medellín (EPM). Dentro de las cuales
se destacan las siguientes:
o Especificación 200 Excavaciones y Llenos
o Especificación 201 Excavaciones
o Especificación 202 Entibados en madera
o Especificación 204 Llenos compactados.
o Especificación 700 Instalación de tuberías.
o Especificación 800 Instalación de tuberías.
 Para la instalación de la tubería:
- El material de relleno inicial cumplirá con la especificación NEGC 204 o ASTM
tipo II, III o IV compactado al 90%.
- El material de relleno final tanto para andén, zona verde o pavimento, será
material seleccionado proveniente de la excavación o en su defecto material de
préstamo.
- El material de la cimentación cumplirá con la especificación ASTM tipo I o
material granular Ø1/4” a Ø11/2”.
 Cálculo de Presiones Laterales del Suelo
Para garantizar la estabilidad de las paredes de las excavaciones mayores a 1,50 m se
debe calcular la presión lateral del suelo.
La presión lateral del suelo se calcula haciendo uso de la distribución de presiones de
Terzaghi y Peck (1967) como se muestra en la Figura 7; y para el cálculo del
coeficiente de presión activa (Ka) se utiliza la teoría de Rankine.
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Figura 7. Distribución de presiones sobre entibados
Donde:
Ø = Ángulo de fricción
 = Peso específico del suelo
H = Altura de la excavación
Ka = Coeficiente de presión activa
R = Resultante por metro lineal de longitud
Pm = Presión máxima lateral
Presión máxima = 0,65*Ka*ɣ*H
En la Tabla 9 se estimaron presiones laterales para diferentes alturas típicas.
Tabla 9. Estimación de presiones para el cálculo de entibados
Ƴ (KN/m3)
φ
ka
H (m)
Pm (KN/m2)
R (KN/m)
19
20
0,49
1,5
9
14
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6.2
Ƴ (KN/m3)
φ
ka
H (m)
Pm (KN/m2)
R (KN/m)
19
20
0,49
2,0
12
24
19
20
0,49
3,0
18
54
19
20
0,49
4,0
24
97
19
20
0,49
5,0
30
151
ALTERNATIVAS SIN ZANJA
En las tablas 25 y 26 se presenta la longitud en metros y el respectivo material en el
cual se desarrollarán las tecnologías CIPP y Pipe Bursting, según los tramos
mostrados en el plano P-2213-ALC-F01-DC01-AS01-R000.
Tabla 10. Materiales donde se localizan las tuberías que se intervendrán con la
tecnología Cured in Place Pipe (CIPP)
Tuberías
con
Tuberías con profundidades
profundidades <1,5 m
de 1,5 a 3,0 m (normalmente
(normalmente
alcantarillado)
Material
acueducto)
Longitud
Porcentaje
Longitud (m) Porcentaje (%)
(m)
(%)
Lleno
Antrópico
2.162
57,3
277,6
7,4
(Qll)
Depósito
Aluvial
con
materia 1.391,9
36,9
1.796,8
47,6
orgánica
Depósito
Aluvial
117,9
3,1
384,5
10,2
Fino (Qalf)
Depósito
Aluvial
103,6
2,7
1.187
31,4
Grueso (Qalg)
Depósito
de
--129,4
3,4
vertiente (Qd)
Total
3.775
100
3.775
100
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Tabla 11. Materiales donde se localizan las tuberías que se intervendrán con la
tecnología Pipe Bursting (PB)
Tuberías
con
Tuberías con profundidades
profundidades < 1,5 m
de 1,5 a 3,0 m (normalmente
(normalmente
alcantarillado)
acueducto)
Material
Longitud
Porcentaje Longitud
Porcentaje (%)
(m)
(%)
(m)
Lleno
Antrópico
202,6
54,6
202,6
54,6
(Qll)
Depósito
Aluvial
con
materia 168,6
45,4
81,3
21,9
orgánica
Depósito
Aluvial
--87,3
23,5
Fino (Qalf)
Total
371,2
100
371,2
100
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7
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
 De las tablas 22, 24 y 25 se puede concluir que tanto las excavaciones con zanja
como las alternativas sin zanja, se realizarán principalmente, para tuberías con
profundidades menores a 1,5 m en llenos antrópicos (entre el 55 % y el 65%) y
en depósitos aluviales con materia orgánica (entre el 35 % y el 45%).
Para tuberías con profundidades entre 1,5 m y 3,0 m principalmente las
alternativas se llevarán a cabo en llenos antrópicos (cerca del 55%), en depósito
aluvial con materia orgánica (entre el 22% y 52%), en depósito aluvial grueso
(entre el 9% y 31%) y en depósito aluvial fino (entre el 10% y el 30%).
 Los llenos antrópicos pueden clasificarse como de pobres condiciones
geotécnicas (Véase Tabla 7), de alta permeabilidad y eventuales materiales
difíciles de excavar. No obstante, sus parámetros tienden a incrementarse con la
profundidad debido al mayor confinamiento de los mismos.
 El depósito aluvial con materia orgánica corresponde a materiales de pobres
condiciones geotécnicas, con bajas permeabilidades y con un grado de
excavabilidad media a baja.
 El depósito aluvial grueso puede ofrecer una dificultad importante para realizar
excavaciones. Estos materiales presentan altas permeabilidades y son más
duros y compactos.
 Los depósitos aluviales finos presentan bajas permeabilidades y capacidades de
soporte medias a altas que se incrementan con la profundidad.
 La intervención de tuberías con zanja por ser un método de excavación a cielo
abierto, los imprevistos pueden ser fácilmente diagnosticados y manejados
durante construcción. De la Tabla 8, puede observarse que esta metodología se
utilizaría principalmente en llenos antrópicos y/o depósitos aluviales con materia
orgánica, los cuales no ofrecen una dificultad constructiva importante.
 Respecto a la tecnología de Pipe Bursting (PB) se considera que los suelos
existentes por donde cruza la tubería no serían un inconveniente importante por
cuanto éstas se encuentran embebidas en un lleno estructural de condiciones
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aceptables y fáciles de excavar. Por esta razón, se considera que la aplicación de
esta metodología no ofrecerá mayores dificultades.
 Finalmente, la rehabilitación de tuberías con la metodología CIPP, por no requerir
excavación, se considera que el tipo de suelo existente en el sitio de la tubería no
es un limitante para su aplicación. Sin embargo, el principal aspecto a tener en
cuenta debe ser la permeabilidad del suelo y la posición del nivel freático por
cuanto se presenta mayor dificultad de instalación de la nueva tubería cuando se
presenta un gradiente importante entre las presiones hidrostáticas dentro y fuera
de la tubería a instalar. Al respecto se anota que esto no sería una dificultad
mayor por cuanto los niveles freáticos se encuentran relativamente profundos
respecto a la tubería, por lo que el gradiente sería muy bajo e incluso nulo. Una
eventualidad se daría en los sitios donde se presenten tuberías de acueducto con
fugas en suelos muy permeables (llenos antrópicos y aluvial grueso), pero esta
sería una condición muy puntual que se podría identificar durante construcción.
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DESCRIPCIÓN DE SONDEOS Y
REGISTRO GEOLÓGICO DE LAS PERFORACIONES
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I-2213-ALC-F02-DD01-AN-R02
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DISEÑO CONCEPTUAL Y DETALLADO PARA LA REPOSICIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL
SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL SECTOR DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y
DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL CIRCUITO ORFELINATO
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DISEÑO CONCEPTUAL Y DETALLADO PARA LA REPOSICIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL
SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL SECTOR DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y
DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL CIRCUITO ORFELINATO
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SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL SECTOR DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y
DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL CIRCUITO ORFELINATO
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DISEÑO CONCEPTUAL Y DETALLADO PARA LA REPOSICIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL
SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL SECTOR DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y
DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL CIRCUITO ORFELINATO
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SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL SECTOR DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y
DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL CIRCUITO ORFELINATO
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SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL SECTOR DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y
DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL CIRCUITO ORFELINATO
PARÁMETROS GEOTÉCNICOS.
VALORES DETALLADOS DE RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN ESTÁNDAR SPT
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DENOMINADO CENTRO PARRILLA Y DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL CIRCUITO ORFELINATO
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