E.G. AURELIO ARTURO SUAREZ

Construcción vivienda de 3 pisos, municipio de Sibundoy, departamento del Putumayo
ESTUDIO DE SUELOS PARA EL PROYECTO:
“CONSTRUCCIÒN VIVIENDA DE 3 PISOS, MUNICIPIO DE SIBUNDOY,
DEPARTAMENTO DEL PUTUMAYO”
REPÚBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL PUTUMAYO
MUNICIPIO DE SIBUNDOY
JULIO 2020
Construcción vivienda de 3 pisos, municipio de Sibundoy, departamento del Putumayo
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
1. OBJETIVOS ................................................................................................ 5
1.1
OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 5
1.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 5
2. METODOLOGÍA........................................................................................... 5
3. LOCALIZACION GEOGRÁFICA ..................................................................... 5
4. GEOLOGÍA ................................................................................................. 7
4.1
ASPECTO GEOMORFOLÓGICO .................................................................... 7
Conclusiones de la geología en estudio ...................................................... 8
5. CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR Y DE LA ESTRUCTURA ................................ 8
6. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO. .................................................................. 9
6.1
Clasificación de las unidades de construcción por categorías. ......................... 9
6.2
Número mínimo de sondeos. ..................................................................... 9
6.3
ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA CONTINUA .................................... 10
7. ENSAYOS DE LABORATORIO. ................................................................... 11
8. PERFIL ESTRATIGRÁFICO DEL SUELO ...................................................... 12
8.1
PERFIL ESTRATIGRÁFICO SELECCIONADO PARA LA CIMENTACIÓN .............. 14
9. NIVEL FREÁTICO ...................................................................................... 14
10. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA .......................................................... 14
11. CAPACIDAD PORTANTE DE SEGURIDAD Y ASENTAMIENTOS .................... 15
12. FACTOR DE SEGURIDAD ........................................................................... 16
13. METODOLOGÍA ASENTAMIENTO ............................................................... 16
13.1
ANALISIS PARA EL DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN ....................................... 17
13.2
INCREMENTO DE ESFUERZOS .................................................................. 19
13.3
EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO ............................................... 20
ENTIBADO CONTINUO EN MADERA ...................................................... 20
14. PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS GENERALES .................................... 22
14.1
EXCAVACIONES GENERALES.................................................................... 22
15. PARÁMETROS SÍSMICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL ESPECTRO DE DISEÑO.22
16. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................................... 22
17. LIMITACIONES ........................................................................................ 24
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18. REGISTRO FOTOGRÁFICO ........................................................................ 25
LISTA DE FIGURAS
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Localización del municipio en Colombia ......................................................... 6
Localización del municipio en el departamento ............................................... 6
Geología del municipio de Sibundoy .............................................................. 7
Localización del proyecto. ............................................................................ 8
Diseño de la cimentación recomendada. ...................................................... 18
Entibado continuo para la etapa de excavación. ............................................ 21
LISTA DE TABLAS
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
1 Resumen de las exploraciones de campo realizadas ........................................ 10
2. Comportamiento Penetración estándar en profundidad sondeos ....................... 10
3. Grado de consistencia en suelos cohesivos. ................................................... 11
4. Grado de consistencia en suelos granulares. ................................................. 11
5 Ensayos realizados in-situ y sobre muestras seleccionadas............................... 11
6 Parametros de los suelosde fundación ........................................................... 13
7. Presencia del nivel freático. ........................................................................ 14
8. Cálculo de la velocidad de onda cortante para clasificar suelos. ....................... 14
9. Criterios para clasificar suelos dentro de los perfiles del suelo. ........................ 15
10. Coeficiente de importancia. ....................................................................... 15
11. Franjas Granulométricas del material de Afirmado. (Tabla 311.1 INV-07). ...... 17
12. Sobreancho del mejoramiento con respecto al ancho de la cimentación.......... 18
13. Capacidad portante, asentamientos y modulo de balasto para zapata aislada .. 18
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Construcción vivienda de 3 pisos, municipio de Sibundoy, departamento del Putumayo
INTRODUCCIÓN
Se elabora el presente estudio de suelos con el fin de evaluar las condiciones del subsuelo
donde se realizará el proyecto denominado: Construcción de vivienda de 3 pisos, en el
municipio de Sibundoy, departamento del Putumayo.
El estudio se basa en los requisitos exigidos en el Reglamento Colombiano de Construcción
sismo resistente NSR-10. título H, dentro de los cuales se encuentra localización, objetivos,
descripción del proyecto, trabajo de campo y laboratorio.
Con lo anterior, se examinan los resultados de laboratorio obtenidos para los diferentes
estratos encontrados en los sitios de estudio, se procede a efectuar el análisis de las
condiciones especiales del subsuelo y sus características con el fin de definir los parámetros
de diseño de la cimentación de las estructuras componentes del sistema.
El estudio que a continuación se detalla comprende:
•
•
•
•
•
Trabajo de campo y toma de muestras.
Ejecución, cálculo y presentación de los diferentes ensayos de laboratorio y de
campo realizados.
Descripción e identificación de la estratigrafía encontrada en el lote.
Análisis y recomendaciones para el diseño geotécnico de la cimentación más
adecuada.
Registro fotográfico de los trabajos de campo.
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CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDA DE 3 PISOS, EN EL MUNICIPIO DE SIBUNDOY,
DEPARTAMENTO DEL PUTUMAYO
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
El presente informe tiene como objetivo brindar las pautas requeridas, desde el punto de
vista geotécnico, para el desarrollo del proyecto denominado: Construcción de vivienda de
3 pisos, en el municipio de Sibundoy, departamento del Putumayo.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Identificar posibles zonas de inestabilidad activa y potencial
2. Zonificar el trazado en función de la intervención que requiere el proyecto,
materiales y modelos de análisis.
3. Conocer el perfil estratigráfico del subsuelo de la vía y posición del nivel freático.
4. Determinar los parámetros necesarios para el diseño de la estructura del
pavimento.
5. Recomendar procesos constructivos específicos de la obra.
2. METODOLOGÍA
Para lograr los objetivos propuestos se desarrolló la siguiente metodología:
1. Recopilación y análisis de la información existente.
2. Visita al sitio del proyecto para determinar la localización de las perforaciones y
apiques.
3. Ejecución de apiques con ensayos in situ para obtener muestras inalteradas.
4. Realización de ensayos de laboratorio sobre las muestras obtenidas durante la
exploración.
5. Caracterización de la subrasante.
6. Interpretación y análisis de los resultados obtenidos.
7. Definición de materiales, recomendaciones y procesos constructivos.
8. Evaluación de análisis de estabilidad actual y futura en función de la intervención del
proyecto.
9. Características y sistemas constructivos de la las obras.
10. Elaboración del informe.
3. LOCALIZACION GEOGRÁFICA
El municipio de Sibundoy se encuentra localizado aproximadamente a 80 Km al occidente
de la capital putumayense, sobre territorios quebrados cuyo relieve pertenece a la vertiente
oriental de la cordillera de Los Andes que en esta región alcanza su mayor altura en el cerro
Juanoy, con cerca de 3.630 metros sobre el nivel del mar. Por la conformación topográfica
de la jurisdicción, ella ofrece los pisos térmicos medio, frío y páramo, siendo el predominante
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el frío del Valle de Sibundoy. Sus tierras están bañadas por las aguas de numerosas
quebradas y corrientes menores.
Límites del municipio
Sus límites son: Nacimiento del Río San Pedro, éste abajo hasta su entrada en el Río
Putumayo; éste arriba hasta la desembocadura del Río San Francisco; éste arriba hasta su
nacimiento; y por la cordillera hasta encontrar el nacimiento del Río San Pedro, punto de
partida. Población sobre los 2224 mts del nivel del mar, temperatura media de 16 grados
centígrados, aproximadamente 15.490 habitantes urbanos y rurales. N 01°12'25'' - W
76°55'12''.
Extensión total: 93 Extensión en Km2 Km2.
Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 2.600 M.S.N.M.
Temperatura media: 14°Cº C.
Figura 1. Localización del municipio en Colombia
•
Sibundoy
Figura 2. Localización del municipio en el departamento
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4. GEOLOGÍA
El Municipio, por su ubicación posee un amplio mosaico de rocas de origen ígneo,
metamórfico y sedimentario, posee una gran riqueza mineral que se manifiesta en:
Calizas; mineral que abastece hornos y produce cerca de 1.000 toneladas mensuales de cal
viva, que cubre en gran parte la demanda en Departamentos de Nariño, Cauca y el mismo
Putumayo. Pizarra; las minas de este material por muchos años se han empleado para
mantenimiento de la vía Pasto-Mocoa. Actualmente es poco explotada para prevenir el
deterioro ambiental.
Existen otros materiales como piedra bola o nódulos, grava, arena, arcilla que se constituyen
como materia prima para construcciones.
4.1 ASPECTO GEOMORFOLÓGICO
Corresponde a la región Andino Amazónica, con un paisaje de montaña alta, accidentada,
con pendientes superiores en su gran mayoría al 50% y vertientes que potencializan
procesos erosivos que ocasionan graves problemas de sedimentación. Geomorfológicamente
posee tres zonas bien definidas en relación con las pendientes: la primera una zona con
pendientes de 0 a 3%, una segunda zona de transición con pendientes de 3.1 a 50% y la
tercera que la de mayor extensión en el área, corresponde a los escarpes y zonas quebradas
del Municipio.
La topografía del área, está siendo modificada día a día, debido a un proceso
de desecación. Este proceso se está dando desde 1969, acción que está contribuyendo a
que el río Putumayo y sus afluentes en la parte superior adquieran mayor profundidad en la
búsqueda de su nivel de base transitorio, logrando de esta manera desestabilizar las
vertientes de las zonas más altas, siendo de fácil comprobación por el desprendimiento
constante de capas de tierra y la forma de fisuras que son visibles desde cualquier lugar por
donde se transite.
Figura 3. Geología del municipio de Sibundoy
•
Sibundoy
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Conclusiones de la geología en estudio
•
El mapa geomorfológico ayuda a entender la evolución del territorio y las condiciones
que controlan actualmente la estabilidad del terreno, facilitando la planeación y uso
del territorio.
•
Esta área se caracteriza por Depósitos lacustres Q2l: compuesto por limos y lodos
depositados en zonas pantanosas y lacustres
•
La zona está influenciada por las fallas del Sibundoy, sin embargo, no se tiene registro
de actividad sísmica reciente, por lo tanto, podemos afirmar que la zona donde se va
a construir el proyecto no presenta amenazas latentes que pongan en riesgo la
estabilidad.
•
Se debe tener en cuenta la amenaza por sismicidad que se presenta en general debido
a que es una zona de sismicidad alta.
5. CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR Y DE LA ESTRUCTURA
El predio se encuentra ubicado la carrera 22 No. 16- 70 Barrio El cedro, municipio de
Sibundoy, departamento del putumayo, de forma rectangular, con topografía plana. El
análisis geotécnico se realizó sobre un lote, con construcciones colindantes. Una vista
general del lugar lo muestra la Figura 4.
Figura 4. Localización de l proyecto.
SIBUNDOY
•
PROYECTO
La estructura se proyecta en concreto reforzado, con vigas y columnas que transmiten sus
cargas a las zapatas, unidas mediante vigas de amarre. Los muros se formarán en
mampostería.
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6. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO.
6.1 CLASIFICACIÓN DE LAS UNIDADES DE CONSTRUCCIÓN POR CATEGORÍAS.
Las unidades de construcción se clasifican de acuerdo al número total de niveles y las cargas
máximas de servicio, como se muestra en la tabla H.3.1-1. Para nuestro caso se asignó la
categoría más desfavorable así:
Las unidades de construcción se clasifican de acuerdo al número total de niveles y las cargas
máximas de servicio, como se muestra en la tabla H.3.1-1. Para nuestro caso se asignó la
categoría más desfavorable así:
1. Las estructuras proyectadas tendrán un nivel y una altura máxima de 8.50 metros < 3
Niveles, por lo tanto: Baja
2. De acuerdo con las cargas máximas de servicio, que no superarán las 80 Ton/m2, se
determina una categoría: Baja
c v
6.2 NÚMERO MÍNIMO DE SONDEOS.
El número mínimo de sondeos de exploración que deberán efectuarse en el terreno se define
en la tabla H.3.2-1.
c v
Para determinar las características y propiedades geotécnicas del subsuelo, se realizaron
exploraciones de campo que se relacionan en la Tabla 1, hasta la profundidad requerida para
el diseño geotécnico del proyecto, cumpliendo totalmente con los alcances en profundidad
y área del proyecto, según el Reglamento Colombiano de Construcción sismo resistente
NSR-10.título H. capítulo 3:
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Tabla 1 Resumen de las exploraciones de campo realizadas
Categoría
Numero de
exploraciones
Profundidad
explorada (m)
Baja
3
6
Se determinó realizar 3 sondeos cubriendo completamente el área que ocupará el proyecto,
tal y como lo establece el título H.3.2.4. Literal e.
Las exploraciones se ubicaron convenientemente en el lugar. De las exploraciones se
tomaron muestras inalteradas a las cuales se les realizaron los respectivos ensayos de
laboratorio para su caracterización. Al final del informe se anexan los resultados de las
diferentes pruebas.
En los sondeos de realizaron ensayos SPT (Standard Penetration Test), con cuchara partida,
utilizando un martillo anular de 63.5 kg (140 Lb) de peso, conforme a la norma ASTM D
1586, con recuperación de muestras para clasificación índice del suelo.
6.3 ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA CONTINUA
El ensayo penetrómetro dinámico consiste en hincar en el terreno una punta cónica (en
tractos consecutivos) midiendo en número de golpes N necesarios. Los ensayos
penetrométricos dinámicos son muy conocidos y utilizados en el campo geotécnico, debido
a su simplicidad ejecutiva, economía y rapidez de ejecución.
Su elaboración, interpretación y visualización gráfica consiente “catalogar y crear
parámetros” del suelo atravesándolo con una imagen continua, que permite también hacer
una comparación de las durezas de los diferentes niveles atravesados y una correlación
directa con sondeos para la determinación estratigráfica.
Para caracterizar el suelo en profundidad, se realizaron 4 sondeos con el penetrómetro
dinámico liviano hasta una profundidad máxima de 6.0 metros, obteniendo una penetración
estándar deducida como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 2. Comportamiento Penetración estándar en profundidad sondeos
DPL 1
PROF (m)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
DPL 2
N
(SPT)
Tipo de
suelo
Compacidad
Relativa
2
3
4
4
3
5
c
c
c
c
c
c
Blanda
Blanda
Mediana
Blanda
Blanda
Mediana
PROF (m)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
N (SPT)
1
2
2
2
7
Tipo de
suelo
Compacidad
Relativa
c
c
c
c
g
R
Muy blanda
Muy blanda
Muy blanda
Blanda
Suelto
c: suelos cohesivos
g: suelos granulares
r: rechazo
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Los resultados de los ensayos de laboratorio se presentan en el anexo 3.
Tabla 3. Grado de consistencia en suelos cohesivos.
CONSISTENCIA
qu (kg/cm2) Resistencia
N (S.P.T.)
E (Kg/cm2)
(Suelos Cohesivos
a la Compresión Simple
Muy blanda
Blanda
Mediana
Compacta
Muy compacta
Dura
<2
2-4
4-8
8 - 15
15 - 30
< 30
< 0.25
0.25 - 0.50
0.50 - 1.00
1.00 - 2.00
2.00 - 4.00
> 4.00
3
30
45 - 90
90 - 200
200
200
Tabla 4. Grado de consistencia en suelos granulares.
Compacidad Relativa Densidad Relativa N (SPT)
Muy suelto
< 0.15
<4
Suelto
0.15 - 0.35
4 - 10
Medianamente duro
0.35 - 0.65
10 - 30
Denso (compacto)
0.65 - 0.85
30 - 50
Muy denso
0.85 - 1.00
> 50
7. ENSAYOS DE LABORATORIO.
Todas las muestras obtenidas se identificaron visualmente y sobre una cantidad
representativa de ellas, se realizaron los ensayos de laboratorio requeridos tanto para
clasificar los materiales como para determinar sus propiedades mecánicas e in-situ. Se
eligieron las muestras más representativas para determinarles el contenido de humedad
natural y realizarles los ensayos de granulometría y límites de consistencia con el fin de
obtener su clasificación con base en el Sistema de Clasificación Unificada (USC) y AASHTO
(American Association of State Highway Officials). En la Tabla 5 se presentan los ensayos
de laboratorio realizados:
Tabla 5 Ensayos realizados in-situ y sobre muestras seleccionadas.
ENSAYO
Determinación del contenido de humedad natural
Determinación de la granulometría por tamizado
Determinación del Límite Líquido
Determinación del Límite Plástico
Compresión simple
Ensayo de penetración normal (SPT) y muestreo de
suelos con tubo partido.
Ensayo de penetrómetro dinámico liviano
NORMA INV
INV – E – 122
INV – E – 124
INV – E – 125
INV – E – 127
INV – E - 152
ASTM D 1586
ASTM D 3441
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8. PERFIL ESTRATIGRÁFICO DEL SUELO
Los suelos superficiales se clasifican como limos de alta plasticidad con arena, de color
predominantemente gris, de consistencias blandas y muy blandas. En la siguiente tabla se
muestran los parámetros de los suelos estudiados, los cuales se han tabulado para
determinar las características de los suelos de fundación.
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Tabla 6 Parametros de los suelosde fundación
IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA
SONDEO
PROF.
No.
1M1
1.00
1M2
2.00
1M3
3.00
1M4
4.00
1M5
5.00
1M6
6.00
DESCRIPCIÓN
Limo alta plasticidad MH ,
de color café oscuro con
vetas
grises
y
de
consistencia muy blanda
Limo alta plasticidad con
arena MH, con presencia de
raices, de color gris con
vetas
naranjas
y
consistencia blanda
Limo alta plasticidad con
arena MH, con presencia de
raices, de color gris y
consistencia blanda.
Limo alta plasticidad con
arena MH , con presencia de
gravilla, de color gris con
vetas
cafes
y
de
consistencia muy blanda.
Limo alta plasticidad con
arena MH, con presencia de
gravilla, de color gris y de
consistencia muy blanda.
Arena limosa SM, con
presencia de raices, de color
café
oscuro
y
de
compacidad suelta.
GRANULOMETRÍA
HUMEDAD
NATURAL
GRAVAS ARENAS FINOS
(%)
(%)
(%)
(%)
LÍMITES DE ATTERBERG
L.L
L.P
I.P
SUCS
P UNITARIO
RESISTENCIA
(t/m3)
SIN DRENAR
(Qu
ASHTO
SECO HUMEDO
(kg/cm2)
CLASIFICACIÓN
64.90
0.00
3.47
96.53
53.31
40.40 12.91
MH
A-7-5
0.10
0.40
1.14
85.35
0.13
24.83 75.04
53.64
40.43 13.21
MH
A-7-5
0.25
0.22
1.47
86.41
0.15
24.90 74.94
55.43
43.42 12.01
MH
A-7-5
0.26
0.20
1.50
70.57
0.28
24.93 74.79
52.28
39.57 12.71
MH
A-7-5
0.20
0.43
1.46
77.65
1.42
25.18
73.4
51.26
43.10 8.16
MH
A-5
0.12
0.40
1.80
88.58
0.42
58.27 41.31
66.29
51.69 14.61
SM
A-7-5
0.21
0.16
1.40
La investigación del subsuelo permitió establecer un perfil tipo donde se encuentra de techo a piso:
Limo arenoso de alta y baja plasticidad: Este material se encontró hasta el final de todas las exploraciones, con unos
escasos estratos arenosos. Es un material de consistencias blandas en su gran mayoría. Los registros de perforación de la
totalidad de sondeos se presentan en los anexos. .
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8.1 PERFIL ESTRATIGRÁFICO SELECCIONADO PARA LA CIMENTACIÓN
De acuerdo con los perfiles estratigráficos presentados anteriormente, el suelo de fundación
no es apto para servir como soporte, por lo tanto, se debe realizar un reemplazo del
material, con un espesor no menor de 0.80 m.
9. NIVEL FREÁTICO
Durante el proceso de exploración no se encontró nivel freático de acuerdo como se resume
en la siguiente tabla:
Tabla 7. Presencia del nivel freático.
EXPLORACIÓN
S1
DPL1
DPL2
10.
PROF.
EXCAVACIÓN
6.00
6.00
6.00
PROF. NIVEL
FREÁTICO
0.80
1.00
0.90
CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA
La clasificación del tipo de perfil de suelo se realiza a partir del criterio de la velocidad de
ondas de corte (Vs), la cual se obtiene de la penetración estándar (Nspt) “in situ” y deducida
a partir del ensayo de penetrómetro dinámico liviano, teniendo en cuenta el número de
golpes requerido para 30 centímetros de penetración.
La clasificación del tipo de perfil de suelo, se acuerdo a la NSR-10 Tabla 4.2.4-1, se realiza
a partir de la evaluación de dos criterios:
1. Resistencias sin drenar: la resistencia se analizó en los sondeos, siendo el más
representativo 0.25 kg/cm2.
2. Velocidad de ondas de corte (Vs): la cual se obtiene a partir de la penetración con el
penetrómetro dinámico liviano.
Tabla 8. Cálculo de la velocidad de onda cortante para clasificar suelos.
Sondeo Prof.. N corregido
No
(m)
golpes/cm
1
1
2
3
4
5
3
3
7
6
7
Vs
Vs
Vs
TABLA
A.2.4.1
Vs
OHTA Y
IMAI Y
VS
GOTO
YOSHIMURA IMAI,1997
J.A.
NSR 10
(PROMEDIO)
Vs=85.34*N
Vs=76*N
Vs=a*N^b Vs=100*N^(1/3)
(PERFIL)
(m/s)
SPT^0.348
SPT^0.33
120.58
130.65
165.43
161.93
164.57
152.05
162.57
197.91
194.41
197.05
152.05
162.57
197.91
194.41
197.05
139.25
150.37
188.52
184.69
187.58
135.64
145.78
180.25
176.81
179.40
E
E
D
E
E
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Sondeo Prof.. N corregido
No
(m)
golpes/cm
6
11
Vs
Vs
Vs
TABLA
A.2.4.1
Vs
OHTA Y
IMAI Y
VS
GOTO
YOSHIMURA IMAI,1997
J.A.
NSR 10
(PROMEDIO)
Vs=85.34*N
Vs=76*N
Vs=a*N^b Vs=100*N^(1/3)
(PERFIL)
(m/s)
SPT^0.348
SPT^0.33
193.43
225.45
225.45
218.98
207.49
D
Fuente: elaboración propia
Tabla 9. Criterios para clasificar suelos dentro de los perfiles del suelo.
De acuerdo con los efectos locales descritos en el NSR-10 Normas Colombianas de Diseño y
Construcción Sismo Resistente, Ley 1400 de 1997 [A.2.4 & Apéndice H-1], y al mapa de
zonificación sísmica de Colombia, el área del proyecto se encuentra dentro de la zona de
amenaza sísmica alta; el tipo de perfil de suelo se clasifica como:
• Tipo de Perfil del Suelo: E
• Zona de Amenaza Sísmica: Alta [NSR – 10]
Conforme a lo expuesto en lo anterior y a criterio del Diseñador Estructural, las Edificaciones
podrán diseñarse y construirse, de manera análoga a lo estipulado por la NSR – 10 [A.2.6 &
Apéndice H-1].
A.2.5.1.1 — Grupo I — Estructuras de ocupación normal
Tabla 10. Coeficiente de importancia.
Grupo de
Uso
IV
III
II
I
11.
Coeficiente
de
Importancia
1.50
1.25
1.10
1.00
CAPACIDAD PORTANTE DE SEGURIDAD Y ASENTAMIENTOS
De acuerdo con la formulación propuesta en la literatura geotécnica, a continuación, se
entregan las ecuaciones de capacidad portante de seguridad y asentamientos en
cimentación superficial a semi – profunda.
Para la obtención de la capacidad portante del suelo se utiliza la ecuación general de
capacidad de carga formulada por Terzaghi como se indica a continuación:
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Dónde:
c = cohesión del suelo
γ = peso específico del suelo
q = γ*Df
Df = profundidad de desplante de la cimentación
Nc, Nq, Nγ = factores de capacidad de carga (son adimensionales y se encuentran en
función del ángulo de fricción del suelo, φ)
Donde:
Para cimentaciones cuadradas o circulares la ecuación puede modificarse:
12.
FACTOR DE SEGURIDAD
La capacidad de carga admisible, qadm , consiste una reducción de la capacidad de carga
última con la aplicación de un factor de seguridad FS:
13.
METODOLOGÍA ASENTAMIENTO
De acuerdo con la formulación propuesta en la literatura geotécnica a continuación se
entrega la ecuación del asentamiento:
Dónde:
Se = Asentamiento total (mm).
qo = Carga admisible.
B’ = Ancho promedio de la cimentación proyectada (m).
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= Coeficiente de la relación de Poisson.
E = Módulo de Young.
Is = factor de forma (Steinbrenner, 1934)
If = factor de profundidad (Fox, 1948)
α = factor que depende de la posición de la cimentación donde el asentamiento está siendo
calculado
μ
13.1 ANALISIS PARA EL DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN
De acuerdo con las características de la zona administrativa y de servicios a construir en
sistema estructural aporticado y a las cargas máximas que son trasmitidas a nivel de
cimentación, se determina que el sistema de cimentación óptimo sea con zapatas corridas,
sin embargo, es criterio del diseñador estructural definir el tipo de cimentación.
A partir de los datos obtenidos en ensayos In-Situ, ensayos de laboratorio y caracterización
del suelo en campo, se recomienda una cimentación superficial basada en zapatas continua,
las cuales estarán apoyadas a una profundidad de Df= 1.0 metro contado a partir del nivel
0.0 m de la estructura el cual corresponde al mejoramiento que puede soportar las cargas
transmitidas por la estructura.
El mejoramiento se conformará con un material de recebo limpio y bien gradado (material
de afirmado tipo A-1 o A-2) que cumpla con la granulometría que se muestra en la siguiente
tabla 10 y que su índice de plasticidad este entre 4 y 9 % debidamente compactado por
capas de 30 centímetros de espesor al 95% del Proctor Modificado. La profundidad de
mejoramiento del estrato de cimentación será de 0.90 metros y se deberá conservar para
toda la cimentación.
Tabla 11. Franjas Granulométricas del material de Afirmado. (Tabla 311.1 INV-07).
Para evitar la contaminación del material existente con el de mejoramiento y aumentar la
capacidad portante, se recomienda usar un geotextil no tejido del tipo NT 1600 o su
equivalente en otras marcas, tal como se muestra en la siguiente figura.
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Figura 5. Diseño de la cimentación recomendada.
Tabla 12. Sobreancho del mejoramiento con respecto al ancho de la cimentación
ANCHO DE LA SOBREANCHO (cm)
CIMENTACIÓN
(ambos lados)
1.00-1.20
0.20
1.20-1.40
0.25
>1.40
15%*B
NOTA: Para anchos mayores a los anotados usar un sobreancho del 15% del lado B.
De esta manera, se calculó la capacidad de soporte para cimentaciones superficiales
continuas con dimensión variable para ser evaluada con las cargas correspondientes que
llegan a nivel de cimentación. Los resultados se presentan en la Tabla 13.
Tabla 13. Capacidad portante, asentamientos y modulo de balasto para zapata aislada
CAPACIDAD
PORTANTE
ASENTAMIENTOS
COEFICIENTE DE
BALASTO
(kg/cm2)
(cm)
(kg/cm3)
1.03
0.81
1.27
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13.2 INCREMENTO DE ESFUERZOS
Enseguida se muestra el procedimiento para determinar el espesor del mejoramiento, con
la carga crítica de 92 Ton, de acuerdo con el diseño estructural:
CARGA RECTANGULAR
Q=
10
Ton
Q repartida=
10.
Ton/m2
B=
L=
Z=
1
1
0.80
m
m
m
𝐵
=
2∗𝑧
0.50
𝐿
𝑛=
=
2∗𝑧
0.50
𝑚=
𝑉 = 𝑚2 + 𝑛 2 + 1 =
2
2
𝑊 =𝑚 ∗𝑛 =
X = 2*m*n =
1.5
0.06
0.5
si V>W, 1
si W>V, 2
0.34
𝐼𝑧 =
𝐼𝑧 =
1 𝑋√𝑉 𝑉 + 1
𝑋 ∗ √𝑉
(
∗
+ 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔
)=
𝜋 𝑉+𝑊
𝑉
𝑉−𝑊
1 𝑋√𝑉 𝑉 + 1
𝑋 ∗ √𝑉
(
∗
+ 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔
+ 𝜋) =
𝜋 𝑉+𝑊
𝑉
𝑉−𝑊
Iz =
1.34
0.34
Tensión vertical máxima bajo el centro de la zapata es
𝝈𝒗 = 𝒒 ∗ 𝑰𝒛 =
3.36
Ton/m2
Se determinó que el espesor del mejoramiento de 0.90 metros es suficiente para soportar y
transmitir las cargas al subsuelo, con las zapatas cuadrada de 1.0 m2 (variable de acuerdo
con el diseño estructural). El resultado del análisis muestra que a esa profundidad el suelo
va a ser capaz de soportar las deformaciones debido a los asentamientos.
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13.3 EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO
Se evaluó la posibilidad de colapso de este tipo de materiales, siguiendo los lineamientos
establecidos en la norma NSR-10 numeral H.9.3.2 y criterios de propiedades índice y
porcentajes de saturación.
En el numeral H.9.3 de la norma NSR-10 se expone el siguiente criterio de evaluación:
POTENCIAL DE COLAPSO
Para los cálculos se hizo uso de los valores promedio para el suelo de fundación con los siguientes
valores:
Df =
1.00 m
ƴt =
ƴd =
ƴw =
w=
Gs =
LL =
1.48
0.38
1.00
34.00
2.1
55
ƴd_crit =
0.974
ƴd =
ƴd_crit
0.39
gr/cm3
gr/cm3
gr/cm3
%
%
peso unitario total del suelo entre el fondo de la
excavación y el estrato permeable
peso unitario seco
peso unitario del agua
humedad
gravedad específica
Límite líquido
El suelo es colapsable
Como medida preventiva se recomienda la remoción del suelo como se especifica en el
análisis para el diseño de la cimentación, donde la zapata se apoyará en un estrato de
mejoramiento del espesor considerado, para garantizar la capacidad portante adecuada y
los asentamientos inmediatos y controlados. Adicionalmente se recomienda utilizar entibado
para las excavaciones como se indica enseguida.
ENTIBADO CONTINUO EN MADERA
Debido a que el tipo de suelo encontrado no tiene la cohesión deseada, se recomienda
entibado de tipo continuo en madera, como se indica a continuación:
Estos entibados pueden ser usados únicamente para profundidades menores a 2.0 m,
cuando la pendiente del terreno sea plana hacia ambos lados de la excavación de la zanja y
cuando se presenten materiales con cohesión. Los elementos que lo conforman son los
siguientes:
• Puntales: Tablas verticales de madera de sección rectangular mínima de 0,04 m x 0,20 m.
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• Largueros: Vigas horizontales en madera de sección mínima 0,10 m x 0,20 m, con longitud
máxima de 3,00 m.
• Codales: Postes metálicos telescópicos de diámetro mínimo de 152,4 mm (6”) o postes en
madera de diámetro mínimo igual a 0,15 m, distribuidos en niveles con separación vertical
máxima de 1,60 m y separación horizontal máxima de 1,60 m en la zona central del larguero
y de 1,40 m en los extremos del larguero.
Las dimensiones mencionadas anteriormente corresponden a valores mínimos, dichas
dimensiones deben ser validadas y verificadas en el diseño del entibado, considerando las
características del suelo, geometría de la excavación y las solicitaciones de carga como por
ejemplo: proximidad a taludes, viviendas, zonas inestables, obras hidráulicas, postes de
energía, materiales de acopio, equipos, tránsito vehicular, entre otros.
A continuación, se presenta de manera esquemática la configuración de un entibado
continuo de madera.
Figura 6. Entibado continuo para la etapa de excavación.
La madera que se use para la conformación de los entibados, debe cumplir con las que
especifica el título G de la norma NSR-10 Reglamento Colombiano de Construcción Sismo
Resistente. No se admite el uso de maderas verdes, o maderas deterioradas con presencia
de hongos o plagas que alteren la capacidad estructural del elemento. Adicionalmente la
madera debe estar libre de grietas, alabeos y torceduras.
La madera debe tener una densidad igual o mayor a 0,5 g/cm3, con base en un contenido
de humedad igual o menos al 15% y resistencia a la flexión igual o mayor a 15 MPa.
Realizar la excavación teniendo en cuenta las condiciones de seguridad para los
trabajadores, que en caso de realizarse con personal civil y herramienta menor, cumplan
con unos anchos mínimos de excavación tales que permitan la movilidad del trabajador.
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14.
PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS GENERALES
14.1 EXCAVACIONES GENERALES
Se debe desarrollar un plan de trabajo de manera que el tiempo transcurrido entre las
operaciones de excavación y las de vaciado y sellado de los cimientos, sea el menor posible
con el fin de reducir al máximo la exposición del suelo de fundación a fenómenos ambientales
que puedan alterar su comportamiento.
Cualquier material indeseable que se detecte en las excavaciones (como rellenos
contaminados o suelo muy suelto) deberá ser reemplazado por material seleccionado o suelo
cemento debidamente compactado, concreto pobre o ciclópeo.
15.
PARÁMETROS SÍSMICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL ESPECTRO DE DISEÑO.
Aceleración pico efectiva (Aa) = 0.25 Av=0.25
Figura Tabla A.2.3-2 de la Norma Sismorresistente NSR-10.
Valor de Fa para la zona de periodos cortos del espectro = 1.45
Sección A.2-4-5-5 de la Norma Sismorresistente NSR-10.
Valor de Fv para la zona de periodos intermedios del espectro = 3.0
Sección A.2-4-5-6 de la Norma Sismorresistente NSR-10.
Uso de la edificación. Grupo I y coeficiente de importancia = 1.00
Sección A.2-5-1 de la Norma Sismorresistente NSR-10.
Tipo de perfil = E
Sección A.2-4-4 de la Norma Sismorresistente NSR-10.
Se deja a juicio del ingeniero calculista la selección de un grupo de uso diferente al aquí
recomendado. Se recomienda contar con asesoría permanente por parte de un especialista
en geotecnia, con el propósito de evaluar y aprobar todos los procedimientos constructivos
en el sistema de fundación recomendado a los que el proyecto diere lugar.
16.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo con las características de las estructuras a construir, y las propiedades físicomecánicas del suelo inaceptables (consistencias medias y blandas), en superficie que va a
soportar las cargas, la estratigrafía existente no es adecuada para que sean construidas
con cimentaciones convencionales, por lo tanto, se debe realizar una cimentación de tipo
especial como se indica enseguida:
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1. El suelo de fundación estará conformado por un mejoramiento en suelo-cemento
proporción 1:8-10 (1 cemento por 8-10 suelo) compactado al 95% del próctor modificado
y colocado en capas de 0.30 m., con un espesor no menor de 0.80 m.
2. Se debe dejar 1.0 metro de desplante con respecto al nivel de los pisos terminados para
la edificación. En la Figura 5 se muestra el detalle de la cimentación recomendada.
3. La máxima capacidad de carga se debe ajustar a la mostrada en la Tabla 13. Para
obtención de la capacidad admisible para las diferentes condiciones de diseño y realizar
el chequeo de la cimentación proyectada, se recomienda usar los factores de seguridad
de acuerdo al Título H tabla H.4.7-1 NSR-10.
4. Las presiones máximas de contacto anteriores se calcularon con base en las teorías de
capacidad de carga de Terzaghi, con la información de penetración estándar equivalente,
que se deberá verificar una vez se realice la excavación para construcción de la
cimentación, afectados por un factor de seguridad de 3.0 para obtener la permisible.
5. Inmediatamente terminadas las excavaciones, deberán protegerse el fondo con un
solado en concreto de 2500 psi, entre 5 y 10 cm de espesor, para evitar el remoldeo y
la alteración de las propiedades físico-mecánicas del suelo de fundación por acción de las
lluvias y el intemperismo.
6. En casos donde se haga necesario mantener las excavaciones descubiertas en un tiempo
prolongado se recomienda entibar los cortes verticales con la colocación de tablas y
pequeños postes de madera, teniendo en cuenta que los materiales térreos sufren
cambios en sus propiedades físico mecánicas con la exposición permanente a la
intemperie, pudiendo desencadenar procesos locales de inestabilidad.
7. Si la construcción se realiza en épocas de lluvia y los trabajos tienen un tiempo
prolongado se recomienda entibar las excavaciones con el fin de evitar procesos locales
de inestabilidad.
8. Debido a encontrar nivel de aguas durante las excavaciones, se deberá disponer de una
motobomba permanente durante las excavaciones, así mismo se deberá realizar
entibado de las mismas.
9. La placa de contrapiso tendrá un espesor como mínimo de 10 cm, será en concreto
reforzado para soportar cambios por temperatura y retracción y se apoyará sobre una
subbase granular de 25 cm de espesor como mínimo, que quedará a nivel resultante de
excavación según cotas arquitectónicas. Esta subbase debe cumplir con lo establecido
en la norma Invias INV 320-7.
Cabe anotar que el análisis y las recomendaciones se hacen teniendo en cuenta la
información de las exploraciones realizadas y suponiendo que la estratigrafía del lote es
como el perfil deducido que se muestra en los anexos.
Si al realizar la excavación para la cimentación, se presenta una estratigrafía diferente a la
aquí anotada, se debe informar inmediatamente al ingeniero de suelos para hacer las
pruebas complementarias y obtener los parámetros de diseño, que eventualmente pueden
conducir a un chequeo del tipo de cimentación diseñado.
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Lo expuesto anteriormente se debe a que se está caracterizando un material que por su
naturaleza es un medio discontinuo, multifase, particulado y de calidad no controlada.
17.
LIMITACIONES
Las recomendaciones incluidas en el presente informe se basan en la investigación por
ejecutada por nuestra parte, acorde con la práctica común de la ingeniería de suelos y con
la cobertura suficiente para definir las condiciones del subsuelo en el área del proyecto. No
obstante, si se presentan condiciones no contempladas en este informe, como variación en
el proyecto o diferencias en el subsuelo, se nos deberá comunicar oportunamente para
establecer los ajustes necesarios a las recomendaciones formuladas.
Gustosamente se atenderá cualquier inquietud.
Atentamente,
________________________
OSCAR MEJIA MENESES
Ingeniero Civil
M.P. No. 52202-263104 NRÑ
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18.
REGISTRO FOTOGRÁFICO
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ANEXO 1.
CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE
Cálculo de la tensión admisible, Terzaghi
Zapatas continuas:
qadm =  h  D +
   h  N  +  h  D  ( N q − 1) + C 'N c
F
qadm=
1.03 kg/cm2
Ángulo rozamiento interno, 
35.00 º
Peso específico suelo, h:
Profundidad cimentación, D:
Cohesión, C':
Factor de seguridad, F:
Ancho cimentación, B:
Longitud cimentación, L:
Radio cimentación, R:
1.60
1.00
0.00
3
1.00
1.00
0.50
gr/cm3
m
kg/cm2
m
m
m

Factores
capacidad
carga
Factor forma cimentación
35.00 º
0.0016
100
0.00
3
100
100
50
Nq:
Nc:
25.00
33.30
46.12
N
45.23
kg/cm3
cm
kg/cm2
cm
cm
cm
Para  distinto de 0 => Ángulo de rozamiento interno ()= 35
Nq=(1+sen)/(1-sen)·etag=
33.30
Nc=(Nq-1)·cotag=
46.12
N=2*(Nq-1)·tag=
45.23
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ANEXO 2.
CALCULO DE ASIENTOS
Carga admisible (q):
Módulo de Young (E):
Coeficiente de Poisson (v):
Ancho cimentación (b):
Largo cimentación (l):
m:
Ip:
Factor de seguridad:
Asientos
Carga rígida
(cm)
1.03
200
0.25
1.00
1.00
kg/cm2
kg/cm2
1.03
200
0.25
100
100
1.00
0.56
3.00
m
m
3.00
kg/cm2
kg/cm2
cm
cm
Asientos carga flexible
Esquina Centro Valor medio Carga total
(cm)
(cm)
(cm)
(T)
1.28
0.81
1.63
1.38
10.32
Módulo de balasto (kg/cm3)
1.27
Carga admisible (q):
1.03 kg/cm2
Series3
Asientos (cm)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
0.81
0.81
1.00
1.20
1.28
1.38
1.40
1.60
1.80
1.63
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ANEXO 3
ENSAYOS DE LABORATORIO
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ANEXO 4
DOCUMENTOS
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