ESTUDIO GEOTECNICO

ESTUDIO
GEOTÉCNICO
EXPLORACION
GEOTECNICA
PARA
PREDISEÑO
DE
CIMENTACIONES DE TORRES PARA LINEA DE TRANSMISIÓN,
SUBESTACIÓN ELECTRICA Y EDIFICIO DE CONTROL – EN LA
SUBESTACION DE BIOENERGY KM 43 VIA PUERTO LOPEZ –
PUERTO GAITAN – MUNICIPIO DE PUERTO LOPEZ META
LYANSA ELÉCTRICA LTDA
IF.EG.1122.11
2011/09/30
SOLUCIONES PROFESIONALES AL SERVICIO DE LA INGENIERIA
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TABLA DE CONTENIDO
1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO ---------------------------------------------------- 5
1.1.
INFORMACION GENERAL PROYECTO ................................................................................... 5
1.2.
INFORMACIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO ............................................................................ 6
2. INVESTIGACIONES REALIZADAS ------------------------------------------------------ 7
3. AMBIENTE GEOLÓGICO ------------------------------------------------------------------ 8
3.1.
ANTECEDENTES DE LA ZONA ................................................................................................. 8
4. EXPLORACION GEOTÉCNICA --------------------------------------------------------- 10
4.1.
DEFINICIÓN DE PROFUNDIDAD Y CANTIDAD DE SONDEOS EXPLORATORIOS. ........ 10
4.2.
EXPLORACIÓN DE CAMPO ..................................................................................................... 10
4.3.
UBICACIÓN DE LOS TRABAJOS DE CAMPO ....................................................................... 12
5. PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO ----------------------------------------------- 13
5.1.
ZONA DE AMENAZA SISMICA ................................................................................................. 13
5.2.
EFECTOS LOCALES ................................................................................................................. 14
5.3.
COEFICIENTE DE IMPORTANCIA ........................................................................................... 14
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO -------------------- 15
6.1 CIMENTACION DE TORRES ................................................................................................. 15
6.2 CIMENTACION DE EQUIPOS ............................................................................................... 16
6.3 EDIFICIO DE CONTROL ....................................................................................................... 17
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7. ALCANCE DEL ESTUDIO ---------------------------------------------------------------- 19
A1. RESULTADOS DE LABORATORIO
A2. REGISTRO FOTOGRAFICO
A3. ESPECIFICACIONES PARA ESTUDIO GEOTECNICO DEFINITIVO
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INTRODUCCIÓN
Con el fin de adelantar la EXPLORACION GEOTECNICA PARA PREDISEÑO DE
CIMENTACIONES DE TORRES PARA LINEA DE TRANSMISIÓN, SUBESTACIÓN
ELECTRICA Y EDIFICIO DE CONTROL – EN LA SUBESTACION DE BIOENERGY KM
43 VIA PUERTO LOPEZ – PUERTO GAITAN – MUNICIPIO DE PUERTO LOPEZ META,
RIBAYCO SAS Atendió la solicitud del Señor CARLOS ARIEL OCAMPO VALENCIA,
Director de Operaciones, en
representación de LYANSA ELECTRICA LTDA para la
realización del Estudio Geotécnico de la zona en donde quedará ubicado el Proyecto.
Con el fin de determinar las características Geológicas y Geotécnicas del subsuelo se
ejecutaron exploraciones y reconocimientos de campo, pruebas de laboratorio e
investigación del ambiente geológico del área en estudio.
En el presente informe se consignan las conclusiones de las actividades mencionadas, y
se dan las recomendaciones generales de cimentación.
Las investigaciones realizadas y las recomendaciones dadas, están de acuerdo con las
Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR – 10 (Ley 400 de
1997, Decreto 926 del 19 de marzo de 2010).
Las recomendaciones dadas para la cimentación de las torres para la línea de transmisión
se dieron de acuerdo a la Norma ASCE 10/97 – “Design of Latticed Steel Transmission
Structures
Todos los ensayos de campo y laboratorio se realizaron siguiendo las metodologías de
trabajo de las normas NTC e INVIAS 2007
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1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO
1.1. INFORMACION GENERAL PROYECTO
Exploración geotécnica para prediseño de cimentaciones de torres para línea de
transmisión, subestación eléctrica y edificio de control – en la subestación de Bioenergy
km 43 vía Puerto López – Puerto Gaitán en el municipio de Puerto López Meta.
Tipo de estructuras: 1- Torre en acero galvanizado
2- Equipo de patio de subestación
3-Edificio de control: -Pórtico en concreto
-Muro estructural
-Cubierta Liviana
4-Vias de acceso
Cubierta: liviana
Figura No 1. Esquema Ubicación del proyecto
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1.2. INFORMACIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO
El municipio de Puerto López, limita al
Norte con los municipios de Cumaral,
Cabuyaro
y
el
Departamento
de
Casanare; Al oriente con el municipio de
Puerto Gaitán; al sur con el municipio de
San Martin, y al occidente con los
municipios de San Carlos De Guaroa y
Villavicencio.
La principal vía de acceso es a través de
la carretera que de Villavicencio conduce
al
municipio
de
Puerto
López
pavimentada en su totalidad y con un
trayecto de 83 Km.
Figura 2. Localización de los municipios donde se realizaron los
ensayos exploratorios
La mayor parte del municipio se ubica en zonas donde el promedio de la temperatura está
entre los 26 ºC y 26.5 ºC, siendo febrero y marzo los meses más cálidos con valores entre
los 27 ºC y 28 ºC y junio y julio los más fríos con valores promedios de 24 ºC. Las
temperaturas máximas absolutas han superado los 38.5 ºC y las mínimas absolutas han
descendido hasta los 14 ºC.
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2. INVESTIGACIONES REALIZADAS
Para el estudio se realizaron investigaciones y se recopiló información de la zona de las
siguientes fuentes:
-
Instituto Geografico Agustin Codazzi – IGAC
-
Instituto Colombiano de Geología y Minería – Ingeominas
-
BOWLES, J. Foundation Analysis and Design.
-
Norma NSR -10
-
Normas Invias – 2007
-
Normas tecnias Cololmbianas – NTC
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3. AMBIENTE GEOLÓGICO
3.1. ANTECEDENTES DE LA ZONA
La historia geológica del departamento del Meta en general, está estrechamente
relacionando con el proceso evolutivo de la cordillera Oriental, que ha sido la fuente de los
sedimentos y materiales consolidados que constituyen la parte plana del departamento,
los cuales, afectados por factores de clima, relieve, organismos y tiempo han dado origen
a los suelos que actualmente se encuentran en el departamento del Meta.
Está conformada por arenas, limos y arcillas aluviales. Son superficies con relieve plano y
pendientes entre el 1 y el 3%, posee un microrelieve plano-cóncavo, presenta
encharcamientos periódicos, está conformada por arcillas aluviales con mantos de arenas
eólicas localizados y capas de gravas a diferente profundidad, está conformada por
depósitos mixtos aluviales, son superficies inclinadas con relieve ligeramente quebrado
con pendientes que varían entre 7 y 12%, erosión ligera. Vallecitos Aluviales Superficies
planas de pendiente 0-1 y 1-3%, microrelieve plano-cóncavo, inundaciones frecuentes
que surcan las terrazas y planicie aluvial activa.
El municipio pertenece a la unidad bioclimática de la mega cuenca de sedimentación de la
Orinoquia. En la definición de Caldas-Lang corresponde al clima cálido semihumedo.
Considerando los promedios históricos de la precipitación en cinco estaciones ubicadas
de manera equidistante dentro del municipio de Puerto López, podemos establecer que
las lluvias aumentan del SE-E hacia el NW-N con valores entre los 2000 mm y los 2700
mm en promedio, el área central del municipio tiene unas lluvias que promedian los 21002300mm/año distribuidos en aproximadamente 120 días, donde los meses de junio y julio
son los más lluviosos, y enero y febrero los más secos. Hacia el NW del municipio en
donde se encuentra el área urbana las lluvias aumentan hasta valores cercanos a los
2600 mm/año en 135 días, alcanzándose eventos pluviales extremos de 150 mm en 24
horas.
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Figura No 3 corte esquemático de la distribución de los paisajes geomorfológicos en el departamento del Meta
(Fuente: Agustín Codazzi)
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4. EXPLORACION GEOTÉCNICA
Con el fin de evaluar las condiciones geomecánicas del material predominante en el lote
investigado,
y
definir
principalmente
tipo
y
profundidades
de
la
cimentación
(Características geométricas), se realizó el trabajo de campo que se expone a
continuación.
4.1. DEFINICIÓN DE PROFUNDIDAD Y CANTIDAD DE SONDEOS
EXPLORATORIOS.
Por solicitud del cliente se definieron 6 sondeos a 6 m de profundidad o rechazo.
La ubicación de los mismos fue realizada con el cliente en el lote de estudio.
4.2. EXPLORACIÓN DE CAMPO
Atendiendo los requerimientos del cliente, teniendo en cuenta las características del
proyecto y el ambiente geotécnico del lote, se procedió a manera de exploración de
campo con la ejecución de dos (6) sondeos a cielo abierto, realizados con equipo de
percusión y perforación manual.
Como ensayos complementarios, para los diseños de vías se realizó recuperación de
muestra alterada para realizar (1) ensayo de proctor modificado y (1) CBR de laboratorio,
adicionalmente se ejecutaron (5) ensayos de CBR de campo con equipo de Cono
Dinámico, localizados de acuerdo a la solicitud del cliente.
En las exploraciones se registraron las condiciones estratigráficas del subsuelo y se
recuperaron simultáneamente muestras representativas a diferentes profundidades.
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Las muestras recuperadas en la exploración de campo fueron llevadas al laboratorio para
la realización de ensayos, sobre las que se consideraron representativas del perfil. Esas
pruebas fueron:
-
Humedad natural
-
Lavado sobre tamiz No 200
-
Análisis granulométrico
-
Limites Atterberg
-
Determinación de los pesos específicos
-
Clasificación (USCS)
Las características de los estratos encontrados no permitieron extraer muestra inalterada
para los ensayos compresión simple y consolidación unidimensional
Para establecer las propiedades de resistencia y compresibilidad se realizaron los
cálculos correspondientes a ensayo de penetración estándar, asentamiento, capacidad de
carga última y admisible, y modulo de reacción del suelo.
En el anexo A1 del presente informe con los resultados de los ensayos de laboratorio los
cálculos de capacidad de carga, asentamientos y modulo de reacción del suelo.
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4.3. UBICACIÓN DE LOS TRABAJOS DE CAMPO
Los ensayos se distribuyeron en la zona del proyecto según muestra el siguiente
esquema.
Subestación
existente
Figura 4. Esquema de ubicación de los trabajos de campo
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5. PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO
5.1. ZONA DE AMENAZA SISMICA
El Municipio de Puerto Lopez se encuentra dentro de la región N° 3, zona de amenaza
sísmica Alta, con Aa (aceleración pico efectiva horizontal de diseño expresada como
fracción de la aceleración de la gravedad, g = 9.8 m/s²) = 0.015.
Figura No 4 Mapa de valores de Aa. Fuente: NSR-10
Figura No 5 Mapa de de Colombia dividido por zonas de amenaza sísmica.
Fuente: NSR-10
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5.2. EFECTOS LOCALES
Teniendo en cuenta los resultados de campo, se realizan correlaciones del N para
determinar el Vs de cada estrato y del mismo modo definir el perfil del suelo, que para el
caso en estudio corresponde a perfil E, de acuerdo con a esta condición se debe tener en
cuenta:
Tabla A.2.4-3
Valores del coeficiente Fa, para la zona de periodos cortos del espectro
Intensidad de los movimientos sísmicos
Tipo de perfil
Aa ≤ 0.1
Aa = 0.1
Aa = 0.3
Aa = 0.4
Aa ≥ 0.4
A
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
B
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
C
1.2
1.2
1.1
1.0
1.0
D
1.6
1.4
1.2
1.1
1.0
E
2.5
1.7
1.2
0.9
0.9
F
véa s e nota véa s e nota véa s e nota véa s e nota véa s e nota
Nota: para el perfil tipo F debe realizarse una investigación geotécnica particular para el
lugar especifico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de onda de acuerdo
con A.2.10
Tabla No 1. Valores de Fa - Fuente NSR-10
Tabla A.2.4-4
Valores del coeficiente Fv, para la zona de periodos intermedios del espectro
Intensidad de los movimientos sísmicos
Tipo de perfil
Av ≤ 0.1
Av = 0.2
Av = 0.3
Av = 0.4
Av ≥ 0.4
A
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
B
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
C
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
D
2.4
2.0
1.8
1.6
1.5
3.5
3.2
2.8
2.4
2.4
E
F
véa s e nota véa s e nota véa s e nota véa s e nota véa s e nota
Nota: para el perfil tipo F debe realizarse una investigación geotécnica particular para el
lugar especifico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de onda de acuerdo
con A.2.10
Tabla No 2. Valores de Fv - Fuente NSR-10
5.3. COEFICIENTE DE IMPORTANCIA
Según el numeral A.2.5. La edificación se clasifica como GRUPO I (Estructuras de
Ocupación Normal) con un coeficiente de Importancia, I = 1,0 el cual modifica el espectro
de diseño.
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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO
6.1 CIMENTACION DE TORRES
Para el diseño de las cimentaciones se requiere como datos básicos las cargas aplicadas
a nivel de pedestal, los parámetros básicos del suelo y los parámetros de los materiales
de construcción. Las cargas aplicadas pueden ser obtenidas de forma precisa del diseño
de las estructuras metálicas. De acuerdo a los estudio se establece el nivel de desplante
de 3.0 m. con respecto del terreno natural, en donde se estima una capacidad de carga
admisible entre 1.71 y 1.91 kg/cm2. (Ver Figura No 6 esquema de zapata y pedestal)
PEDESTAL
Ø
ZAPATA
Figura 6. Esquema de zapata y pedestal
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6.2 CIMENTACION DE EQUIPOS
Para la cimentación del transformador de potencia que requiere dos puntos de apoyo del
equipo, se utilizara una zapata con doble pedestal, previendo los vacios y volúmenes que
se requieren para el drenaje del aceite (figura. 7), el espesor de esta zapata en la base
debe ser mayor de 250mm.
Figura 7. Esquema de zapata recomendada para transformador de potencia
Se debe diseñar un sistema para que el suelo compense la carga combinada de la nueva
estructura. De esta manera al cargar la estructura se debe asegurar que la presión de
carga sea uniforme sobre el área de cimentación.
Con el objeto de mejorar las condiciones del estrato natural se recomienda compactar
manualmente con pisón donde se localice la cota de cimentación con el objeto de liberar
los vacios generados durante el proceso de excavación; a continuación se colocara un
concreto de limpieza de 0,05m y a partir de este armar el acero de refuerzo de la
cimentación a implementar para fundir el espesor de la misma.
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6.3 EDIFICIO DE CONTROL
Con la información analizada, se recomienda la implementación de una cimentación
superficial en zapatas aisladas, y vigas de amarre, se establece el nivel de desplante de
1.50 m. con respecto del terreno natural, en donde se estima una capacidad de carga
admisible entre 0.98 y 1.16 kg/cm2. (Ver Figura No 8 esquema de zapata corrida)
La menor dimensión en planta de las zapatas debe ser mínimo de 1,0 m, el espesor de la
zapata por encima del refuerzo inferior no debe ser menor de 200 mm;
Figura 8. Esquema de cimentación
En atención a la norma NSR-10 numeral E.5.2.3. y E.5.2.5 el espesor de la viga de
cimentación debe ser al menos igual al espesor del muro que va a soportar y de una
altura (a) mínima de 200 mm.
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Figura 9. Esquema de vigas de cimentación
En cualquiera de las alternativas expuestas anteriormente de cimentación se debe tener
en cuenta:
- Dejar los anclajes (“pelos”) para la construcción posterior de las columnas y/o muros
estructurales.
- Instalar o aplicar alguna barrera de impermeabilización (puede optarse por polietileno)
entre la losa y el terreno natural
En el caso de necesitar materiales de relleno, se podría utilizar el proveniente de la
excavación, siempre y cuando no se encuentre en estado de saturación, en caso
contrario, se recomienda utilizar material de rio no cohesivo debidamente conformado y
compactado por los métodos convencionales.
Es importante que el ingeniero calculista, tenga en cuenta para la cota de cimentación la
capacidad portante del terreno; el análisis de asentamientos; el uso adecuado del sistema
de cimentación; el perfil estratigráfico del presente estudio; las recomendaciones de
mejoramiento del suelo y las especificaciones contempladas en la NSR – 10.
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7. ALCANCE DEL ESTUDIO
Los cambios importantes en el proyecto arquitectónico presentado inicialmente, como
localización del proyecto, cargas, Nº de pisos, uso, u otros aspectos que incidan en las
recomendaciones y parámetros de diseño aquí consignados, deberán consultarse de
manera oportuna a RIBAYCO SAS ya que dichas variaciones podrían salirse de los
alcances planteados inicialmente en esta investigación, haciendo que esta pierda validez
y dando cabida a la posibilidad de que se requieran sondeos, ensayos o análisis
geotécnicos adicionales.
Durante las exploraciones de campo no se investigó la localización ni el estado de las
redes existentes dentro del lote.
Finalmente se recomienda que en la obra permanezca una copia de este documento para
agilizar las consultas del caso durante la etapa de construcción de las cimentaciones.
RICARDO BÁEZ GARCÍA
Ingeniero Civil
Universidad Nacional de Colombia
M.P. 25202086579 CND
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