ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 2 1. LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ...................................................................... 3 2. INVESTIGACIÓN Y ENSAYOS DE CAMPO .................................................................................... 5 3. ENSAYOS DE LABORATORIO ........................................................................................................ 7 4 5 CONDICIONES GENERALES DEL TERRENO Y DEL SUBSUELo ......................................................... 8 4.1. GEOMORFOLOGÍA ..................................................................................................................... 8 4.2. MORFODINÁMICA ....................................................................................................................10 4.3. GEOLOGÍA ..............................................................................................................................10 ANÁLISIS GEOTÉCNICOS ................................................................................................................15 5.1 ESTRATIGRAFÍA GENERAL ....................................................................................................15 5.2 HIDROGEOLOGÍA GENERAL ....................................................................................................16 5.3 ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS GEOMECÁNICOS .....................................................................17 5.4 CIMENTACIÓN DE LA ESTRUCTURA ......................................................................................20 5.5 EXCAVACIONES PARA SÓTANOS ............................................................................................26 5.6 MANEJO DE AGUAS ................................................................................................................37 5.7 EMPUJE DE TIERRAS PARA ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN ...............................................38 6 EFECTOS LOCALES ..........................................................................................................................41 7 CONCLUSIONES ................................................................................................................................43 8 LIMITACIONES ................................................................................................................................47 _________________________________________________________________________________ I-013-112013 1 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ INTRODUCCIÓN Por solicitud del ingeniero Juan Fernando Abad de la constructora Pórticos S.A., GEO2 S.A.S. desarrolló el estudio geológico y geotécnico necesario para la ejecución del proyecto inmobiliario Malawi, localizado en el municipio de Medellín, en el sector de Castropol (barrio El Poblado). Los presentes estudios se fundamentaron en los diseños arquitectónicos y urbanísticos de la firma Javier Vera Arquitectos; así como las cargas y diseños estructurales suplidos por el ingeniero Gonzalo Jiménez Calad. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 2 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 1. LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto urbanístico se localiza sobre la parte baja de la vertiente oriental del valle del Aburrá, en el sector conocido como Castropol (barrio El Poblado), específicamente sobre la intersección de la calle 16 con la carrera 42 (ver figura 01 anexa). La zona presenta un relieve de pendientes suaves a moderadas, onduladas e irregulares; características de los paisajes de pie de monte, los cuales son propicios como ambientes de agradación (o depositación), allí se acumulan gran parte de los materiales que descienden desde las laderas superiores generados por antiguos fenómenos de inestabilidad. Superficialmente el predio evidencia una alta humedad y está cubierto por vegetación típica de zonas de empozamiento (donde predominan procesos de infiltración), las cuales se favorecen por la irregularidad de las pendientes. Además, se logran identificar vaguadas incipientes que influyen en la evolución del paisaje. Malawi Calle 10 Figura 1. Localización del proyecto _________________________________________________________________________________ I-013-112013 3 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ El proyecto consiste en la construcción de dos torres de apartamentos, en una extensión de aproximadamente 400 m2 cada una. Una con 18 y la otra de 22 niveles. Así mismo una estructura de 4 niveles de parqueaderos. Hacia el oeste solo medio parqueadero correspondería a excavación, mientras hacia el costado oriental 3 de ellos se vuelven subterráneos por la inclinación del terreno. La plazoleta de parqueaderos presenta un área de aproximadamente 3000 m2 y sobre sus costados sur y occidental sobresalen las torres mencionadas. Todas las estructuras planteadas trabajan a través de un sistema aporticado, transmitiendo sus cargas por columnas. Las dos torres de edificios y sus parqueaderos inferiores están conformadas por 28 apoyos que transmiten cargas entre 5000 y 13000 kN, mientras que la estructura de parqueaderos contiene 56 apoyos con cargas entre 780 y 2380 kN (1400 kN en promedio). Teniendo en cuenta el fuerte contraste que existe en la magnitud de las solicitaciones, se considera necesario independizar estructuralmente las torres de apartamentos de los parqueaderos, esto con la idea de evitar problemas de asentamientos diferenciales. Gran parte de la excavación para la construcción de los niveles de parqueaderos se realizará a través de taludes perimetrales, cuya pata correspondería al perímetro del edificio. Sin embargo, hacia la esquina nororiental (mayor grado de enterramiento de la estructura), la excavación estaría muy cercana a los límites del predio, con el agravante de la existencia de construcciones cercanas que impiden la ejecución de taludes por fuera de la proyección horizontal del edificio. Para esta zona se deberá realizar un método de excavación “diferenciado”, consistente en dejar una cuña de suelo temporal que asuma los empujes mientras se construye al interior de ella la estructura (cimentación-pórticos), para excavarla luego con una metodología del tipo ascendente- descendente, donde finalmente los muros de la estructura de parqueaderos (esquina nororiental) trabajarán como contención y asumirán los empujes generados por los cortes y llenos posteriores. El procedimiento de excavación será descrito con mayor detalle en capítulos posteriores. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 4 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 2. INVESTIGACIÓN Y ENSAYOS DE CAMPO Para llevar a cabo la caracterización geológica y geomecánica del suelo, se desarrolló una exhaustiva campaña exploratoria. Específicamente se realizaron varios recorridos del sitio por parte de especialistas en geología y geotecnia así como la ejecución de cuatro (4) perforaciones a percusión (Penetraciones) y tres (3) a rotación. Además, se ejecutó una línea geofísica tipo ReMi, con la cual que se identificó la variación de la velocidad de propagación de ondas de corte (Vs). En cada sondeo se recuperaron muestras “inalteradas” con tubo Shelby y muestras remoldeadas con el muestreador de cuchara partida (Split spoon) en el ensayo de penetración estándar SPT. A continuación se presenta una tabla resumen de los sondeos ejecutados con la profundidad explorada en cada uno de ellos. Tabla 1. Profundidad de sondeos. Sondeo Profundidad (m) SPT-1 SPT-2 SPT-3 SPT-4 P-1 P-2 P-3 9,2 9,2 8,75 9,2 56,5 24,95 34,95 Nivel Freático (m) NA 7,4 3,3 3,7 3,0 1,0 1,5 En el ANEXO A se presentan los registros y descripciones geológicas de cada uno de los sondeos y en la Figura 02 anexa se muestra la ubicación en planta de las mismas. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 5 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ El registro de cada sondeo contiene la siguiente información: Profundidad, longitud recobrada y nomenclatura de las muestras recuperadas. Profundidad del nivel freático (si se halló). Descripción geológica y horizontes encontrados. simbología de los estratos y/u Tipo de elementos utilizados para el muestreo y para el avance del sondeo. Registro del número de golpes necesarios para cada avance de 0,15 m del muestreador en los ensayos de Penetración Estándar (SPT). Resultados de los ensayos de laboratorio realizados sobre las muestras recuperadas _________________________________________________________________________________ I-013-112013 6 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 3. ENSAYOS DE LABORATORIO Luego de la revisión de las muestras recopiladas, se eligieron las más representativas para ejecutar sobre ellas ensayos de laboratorio que permitieran clasificar los suelos y evaluar su comportamiento mecánico. A continuación se presenta una relación de los ensayos realizados: Tabla 2. Relación de ensayos de laboratorio. Ensayo Muestras 24(P1), 35(P1), 37(P1), 42(P1), 47(P1), 60(P1), 75(P1), 6(P2), 10(P2), 14(P2), 30(P2), 43(P2), 46(P2), 24(P3), 31(P3), Clasificación 40(P3), 64(P3), 4(SPT1), 6(SPT1), 8(SPT1), USCS 12(SPT1), 19(SPT1), 3(SPT2), 6(SPT2), 9(SPT2), 12(SPT2), 19(SPT2), 5(SPT3), 10(SPT3), 7(SPT3), 12(SPT3), 16(SPT3), 4(SPT4),11(SPT4), 12(SPT4) 5(P1), 8(P1), 15(P1), 22(P1), 29(P1), 50(P1), 54(P1), 63(P1), 2(P2), 8(P2), 12(P2), 16(P2), 20(P2), 24(P2), 27(P2), Humedad 31(P2), 34(P2), 41(P2), 47(P2), 6(P3), natural 9(P3), 16(P3), 22(P3), 28(P3), 37(P3), 45(P3), 52(P3), 54(P3), 10(SPT1), 16(SPT1), 3(SPT2), 8(SPT2), 15(SPT2), 16(SPT2), 20(SPT2), 5(SPT3), 18(SPT3) Corte directo 24(P1), 30(P2), 40(P3), 12(SPT2) (UU) Compresión simple 42(P1), 46(P2), 24(P3), 6(SPT1), 12(SPT1), 12(SPT3), 12(SPT4) Observaciones Granulometría por mallas, límites de consistencia y humedad Incluye peso específico y humedad Incluye peso específico y humedad En el ANEXO B de este informe se presentan los resultados de los ensayos de laboratorio. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 7 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 4 CONDICIONES GENERALES DEL TERRENO Y DEL SUBSUELO En este capítulo, se presenta un resumen de las principales características del terreno, las cuales se estimaron a partir de los recorridos de campo, las exploraciones del subsuelo (3 perforaciones profundas, 4 penetraciones estándar y una línea sísmica tipo ReMi) y los resultados de los ensayos de laboratorio realizados sobre las muestras más representativas recuperadas. 4.1. GEOMORFOLOGÍA Como se había mencionado en la introducción, el predio de interés se localiza hacia la parte inferior de la ladera suroriental del Valle de Aburrá, sector de Castropol, en una zona donde predominan las vertientes suaves a moderadas, asociadas a la acumulación, sobre los suelos in situ o tropicales, de extensos depósitos de vertiente y la posterior meteorización de los mismos. El lote tiene una forma rectangular (con una pequeña extensión en su esquina oriental) con el eje más largo en dirección N 70°W, con unos 145 m de largo y 62 a 65 m de ancho; limitado al norte por la calle 16 y una propiedad privada (Boliquen) y al sur por los predios de la unidad Residencial Nataly . En altura el predio varía desde la cota 1563 m.s.n.m. (esquina nororiental) y la 1548 m.s.n.m. (esquina noroccidental). El paisaje reinante corresponde a uno típico de ladera, con vertientes levemente onduladas y de inclinación suave e incluso planicies hacia la parte inferior (zona de la sala de ventas y antiguas canchas de microfútbol). El lote se caracteriza por una densa cobertura en rastrojos bajos, y un guadual hacia el borde suroriental La parte alta del lote, entre las cotas 1562 y 1556 m.s.n.m., corresponde a una ladera suave a moderada con buenas condiciones de drenaje y que desciende en dirección SWW (Fotografía N°1). Por el contrario el sector central del predio, donde se proyecta la mayor _________________________________________________________________________________ I-013-112013 8 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ intervención, se caracteriza por una topografía muy suave (entre las cotas 1556 y 1553 m.s.n.m.) con zonas húmedas y líneas de escorrentía difusas, que drenan hacia el borde sur del predio, donde se establece una vaguada amplia (difícilmente identificable Fotografía N°2). Finalmente, hacia el sector más occidental del predio se tienen los rasgos de intervención antrópica, representados por la casa principal (casa de ventas), una cancha de microfútbol y las losas de varias aulas. Dicha zona es prácticamente plana y coincide con el corredor que será usado para la prolongación de la carrera 42 hasta la calle 16, dividiendo el lote en dos. Fotografía N°1. Detalle de la parte alta del lote. Nótese la pendiente moderada y buen drenaje. Fotografía N°2. Detalle de la zona central del lote. Nótese la baja pendiente y la leve inclinación hacia el lindero sur (guadual). _________________________________________________________________________________ I-013-112013 9 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 4.2. MORFODINÁMICA La morfodinámica, definida como la rama de la geomorfología que estudia el origen y características de los procesos superficiales (exógenos) que esculpen el paisaje; constituye una de las herramientas claves para el diagnóstico de las problemáticas de estabilidad. Bajo este enfoque se ejecutó un levantamiento detallado de la zona de estudio, donde no se identificaron rasgos (ni antiguos ni recientes) de procesos de inestabilidad. Eventualmente, en el sector medio del lote se identifican líneas de escorrentía y zonas húmedas o de empozamiento. Zonas húmedas Cuando el agua lluvia no cuenta con un gradiente suficiente para ser evacuada el proceso dominante es el de infiltración o acumulación, con el consiguiente lavado de finos y la formación de pequeños hundimientos. Zonas con estas características se identificaron en la parte central del lote, en inmediaciones de la perforación P-3, cerca del guadual. Líneas de escorrentía Estos rasgos corresponden a vaguadas u ondulaciones en las laderas que por su continuidad y posición topográfica más baja permiten la concentración de las aguas de escorrentía, sin constituir nunca un caudal o cauce permanente. Dentro del lote sólo hay una de estas líneas de concentración de las aguas de escorrentía, iniciando en la parte central y transcurriendo hacia el SW, hasta alcanzar el borde del predio. Esta geoforma no reviste amenaza alguna, sólo se recomienda manejar estas aguas durante el proceso de excavación. 4.3. GEOLOGÍA Los estudios adelantados en el área en estudio estuvieron orientados a conocer en detalle las características de las unidades geológicas que afloran en el predio, buscando suministrar los insumos para el modelo geomecánico. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 10 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Para adelantar los estudios de geología se realizaron las siguientes actividades: Recopilación de información cartográfica y bibliográfica en particular se consultó la geología regional en la plancha 146 “Medellín Oriental” INGEOMINAS 2005 Además se contó con los inmediaciones de la zona: siguientes estudios adelantados en Geomorfología de la ladera oriental del Valle de Aburrá de Gloria Elena Toro y Andrés Velásquez. Trabajo Dirigido de Grado 1984, UNAL, Facultad de Minas. Estudio geomorfológico y estructural del Valle de Aburrá (zonas 5 y 6), de Carlos Álvarez y Rodrigo Trujillo (1985). Cartografía e interpretación de formaciones superficiales en el Valle de Aburrá, de Isabel Cristina Salinas Echeverri (1988). Dataciones de los Depósitos de Vertiente en el Sur Oriente de Medellín; Nuevos Referentes para la Evolución del Valle de Aburrá. Rendón, D. A., Toro, G. E. y Trillos, D. (2003). Cartografía y caracterización de las unidades geológicas de la zona urbana de Medellín por Rendón, D., Mesa. M.I. (1999). Por último, se elaboró la caracterización geológica de los perfiles de meteorización de los depósitos de vertiente en cada uno de los sondeos ejecutados; así como de los suelos in situ identificados en profundidad. En superficie los materiales predominantes corresponden a depósitos de vertiente del tipo flujo de lodos y/o escombros; así como localmente a llenos antrópicos; los cuales en conjunto recubren el potente perfil de meteorización desarrollado a partir de los gabros del Stock de San Diego. Una descripción de cada una de estas _________________________________________________________________________________ I-013-112013 11 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ unidades geológicas se presenta a continuación: Stock de San Diego Se trata de un cuerpo ígneo intrusivo de composición predominantemente gabroide, que aflora en el flanco centro oriental del Valle de Aburrá, de edad Cretácica y con una relación claramente intrusiva en las rocas de esta ladera (anfibolitas y dunitas). Esta unidad litológica, a pesar de constituir el basamento rocoso de la totalidad del predio en estudio, no aflora en ningún sitio, puesto que se encuentra recubierto por una extensa secuencia de flujos de lodos y/o escombros con más de 15 m de espesor (como se verá más adelante). La característica más importante de este cuerpo plutónico es el desarrollo de un potente perfil de suelos, generado por un profundo y prologando proceso de meteorización química, el cual es favorecido por la abundancia de agua, las temperaturas cálidas reinantes y la alta susceptibilidad de los minerales que componen la roca (plagioclasa sódica y hornblenda). Según las tres perforaciones profundas realizadas (30; 34,95 y 56.55 m) se pudo establecer la existencia del horizonte de roca descompuesta (IC) con espesores que superan los 40 m (medidos por debajo de la cobertura de flujos de lodos y/o escombros). Dicho horizonte corresponde a un material arenoso fino a limo-arenoso de colores pardos amarillentos a gris verdoso; con una humedad media, plasticidad baja y consistencia a compacidad media a alta, aunque se torna muy alta después de los 27,0 m aproximadamente. Se caracteriza además por presentar la textura de una roca ígnea plutónica de grano medio a grueso, rica en feldespato y hornblenda (gabro). Flujos de Lodos y/o escombros Este tipo de depósitos se genera cuando en las partes altas de las vertientes se produce una saturación en los materiales, condición que reduce marcadamente las propiedades de resistencia y las hace más vulnerables a fenómenos tales como las altas precipitaciones o movimientos telúricos. Estos eventos, en caso de ocurrir, le _________________________________________________________________________________ I-013-112013 12 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ confieren a los suelos un carácter viscoso, debido a la mezcla del agua con los suelos arcillosos y limosos, de forma que pueden descender más o menos controlados por los cauces de las corrientes, arrastrando nuevos materiales y mezclándose caóticamente hasta encontrar condiciones topográficas que permitan su depositación. Dependiendo de las características geológicas de la zona fuente se puede dar el caso que predominen (volumétricamente) los bloques de roca sobre la matriz, en cuyo caso el depósito se denomina como “flujo de escombros”. En el caso contrario, es decir, cuando la matriz es más abundante que los bloques, se denomina “flujo de lodos”. Sin embargo, por la dinámica errática del fenómeno es poco probable que se establezca una distribución homogénea de las fases (bloques/matriz), razón por la cual es factible que unos lugares puedan resultar como de escombros y otros, incluso cercanos, como de lodos. A partir de los criterios geomorfológicos ya expuestos, en la zona de trabajo fue factible identificar sólo una serie de eventos de depositación, especialmente por la homogeneidad de la superficie del terreno. Por otro lado, dada la gran antigüedad del depósito (incluso más de 2,0 Ma; Rendón, 2006) y las condiciones climáticas reinantes (abundante agua y altas temperaturas), la meteorización química es el proceso dominante; por lo que se desarrolló un espeso perfil de alteración de estos flujos de lodos y/o escombros. Entre la superficie y los 4,5 m en promedio (localmente alcanza los 7,0 m) se identificó un suelo residual de flujo, correspondiente a un suelo limo-arenoso a areno-limoso de color heterogéneo, entre gris claro, pardo amarillento con manchas ocres y abundantes micas finas; de humedad media a alta, plasticidad baja y consistencia media. Son comunes los fragmentos de cuarzo, en algunos tramos se observan pequeños fragmentos de roca completamente meteorizados. Transicionalmente se pasa al flujo de lodos y/o escombros saprolitizado, que se extiende desde los 4,5 hasta los 14 a 17 m y se identifica como un suelo limoso con alguna fracción arenosa fina, de color pardo rojizo a café con vetas ocres y en menor proporción grises. Presenta una humedad media, plasticidad media y consistencia _________________________________________________________________________________ I-013-112013 13 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ baja. Esta matriz envuelve grandes bloques completamente saprolitizados identificados por la foliación heredada de gneises y anfibolitas. Se debe mencionar que las SPT-3 y 4 muestran intercalaciones erráticas de suelos predominantemente arenosos a areno limosos, de color gris claro, con abundantes fragmentos de cuarzo, de humedad muy alta (en ocasiones saturado), plasticidad baja, consistencia baja y con bloques de roca frescos de hasta 0,05 m de diámetro; cuya génesis podría estar relacionada más con eventos aluviotorrenciales que se intercalaron con los flujos de lodos y/o escombros en el pasado geológico. Su presencia puede tener importantes implicaciones en la estabilidad de los taludes de corte de los sótanos, en particular hacia la esquina nororiental del lote. Llenos antrópicos (Qll) El área de estudio está caracterizada por haber sufrido una fuerte intervención urbanística. Evidencias de dicha intervención serían la conformación de llenos antrópicos en las partes perimetrales del lote y para la vía de acceso desde la calle 16; así como en el límite con la propiedad Boliquen (ver figura 02 anexa). La composición de los llenos del lote es en extremo heterogénea, con esporádicos escombros pero predominio de bloques de roca en medio de limos y limos-arenosos de color pardo oscuro casi negro y pardo amarillento. La consistencia es baja, son materiales plásticos y con humedad moderada a alta; adicionalmente, localmente se observa la capa orgánica natural de la ladera, lo que implica que no hubo un descapote exhaustivo. El espesor de estos llenos antrópicos no supera los 2,0 m, pero varían en un amplio rango. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 14 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 5 ANÁLISIS GEOTÉCNICOS A continuación se exponen las metodologías empleadas para la caracterización geotécnica del lote, se presenta la alternativa de cimentación de las estructuras planteadas y los análisis y recomendaciones para la excavación de los parqueaderos. 5.1 ESTRATIGRAFÍA GENERAL Con el reconocimiento general del sector, los resultados de la campaña exploratoria y los ensayos de laboratorio, se reunieron los datos necesarios para caracterizar los materiales que componen el subsuelo, además de definir su distribución espacial y determinar sus espesores. A partir de ello se construyeron (4) perfiles estratigráficos (Ver figuras 03 y 04 anexas), en los cuales se involucraron las características geológicas y geomecánicas de los materiales. A continuación se presenta una breve descripción de la estratigrafía. El proyecto está ubicado en la zona baja de la vertiente, constituida en los primeros metros por depósitos de flujos de lodos y/o escombros con un avanzado grado de madurez, que han desarrollado un perfil de meteorización con dos horizontes reconocibles: suelo residual de flujo y flujo saprolitizado. El primero alcanza espesores de hasta 7,0 m y está conformado por un suelo limoso de colores heterogéneos (entre pardo, amarillo y gris), que clasificó (en su gran mayoría) como un limo de alta compresibilidad (MH), con un contenido de humedad medio (30% en promedio) y un índice de plasticidad medio de 20%. En el ensayo de penetración estándar este estrato presentó golpes entre 7 y 15, evidenciando unas condiciones geomecánicas precarias. Continuando con el perfil de meteorización del flujo de lodos y/o escombros se encontró el flujo saprolitizado, alcanzando profundidades de hasta 17 m. Éste se corresponde a un _________________________________________________________________________________ I-013-112013 15 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ material fino (arcillas y limos) con alguna fracción de arenas, de colores pardos y ocres, y con presencia de bloques completamente meteorizados de textura metamórfica. Este horizonte clasificó entre ML y SC, presentando humedades similares a las del anterior estrato (30%), pero un índice de plasticidad más bajo (9%), mostrando menor capacidad de almacenar agua en su esqueleto mineral (menor compresibilidad). Además, presentó golpes entre 17 y 40 en el ensayo de penetración, lo cual evidencia un suelo de mejores propiedades geomecánicas. Se debe mencionar que hacia el costado norte del predio se encontraron algunas intercalaciones de arenas entre el suelo residual de flujo, las cuales podrán influenciar en la respuesta mecánica del mismo. Infrayaciendo el depósito se encontró el potente perfil de meteorización del gabro de San Diego, al punto que hasta la máxima profundidad sondeada (57 m) no se alcanzó el macizo rocoso fresco. Este perfil está conformado por roca descompuesta (IC), la cual se identifica como un material arenoso y limo-arenoso de color pardo a gris verdoso, que conserva la textura y estructura de la roca parental. El material clasificó como arena limosa, presentando un contenido de humedad bajo (20%) y un índice de plasticidad del orden de 7%. Geomecánicamente la roca descompuesta tiene un buen desempeño, aunque se debe aclarar que su resistencia aumenta sólo gradualmente con la profundidad. El ensayo de penetración registró golpes promedio de 45 golpes/pie. 5.2 HIDROGEOLOGÍA GENERAL Es importante mencionar que los depósitos de flujo que se encontraron en el sector tienen un alto contenido de finos y por lo tanto bajas permeabilidades, por lo que puede ser normal que el agua no se distribuya de manera homogénea a lo largo del lote, sino que se concentre en zonas de baja conductividad, generando la posible presencia de niveles freáticos colgados. De todas maneras, se espera que gran parte de los materiales excavados tengan presencia de agua y estén sometidos a presiones intersticiales, lo cual representa una condición geotécnica de cuidado que deberá ser tenida en cuenta en _________________________________________________________________________________ I-013-112013 16 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ todas las consideraciones realizadas. En los recorridos realizados se identificó un medio típico de zonas con alto contenido de humedad, donde predomina la irregularidad del relieve y las amplias áreas de empozamiento que incluso llegan a desarrollar vegetación propia de terrenos húmedos. El sector se encuentra ubicado en la zona media-baja de la ladera, en donde convergen aguas de escorrentía que han aumentado su caudal con el tiempo por la “impermeabilización” que se da en el suelo en el proceso de urbanización. Además de esto, las bajas a moderadas pendientes que exhibe la zona la convierten en un espacio propicio para los procesos de infiltración que terminan causando una serie de niveles freáticos colgados, en especial por la baja permeabilidad de los suelos residuales asociados a los flujos de lodos y/o escombros. Se debe tener en cuenta que también existe un aporte importante de agua por la red de flujo interna que desciende de la ladera y por las precipitaciones que frecuentemente se presentan. La abundante presencia de agua en superficie se pudo corroborar en la mayoría de los sondeos, donde el nivel freático se encontró de manera superficial entre los 0,5 y 2,0 m de profundidad, mostrando que existe un importante factor en el comportamiento geotécnico del sector, ya que el agua de estos niveles freáticos colgados genera una afectación en el consistencia de los materiales y un aumento de la presiones de poros, que finalmente se traduce en una disminución de la resistencia al corte del suelo. 5.3 ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS GEOMECÁNICOS Con el fin de modelar la respuesta de los materiales ante la imposición de cargas y de predecir su resistencia y deformabilidad, se estimaron los parámetros geomecánicos de cada uno de los suelos involucrados. Para ello se emplearon los resultados de los ensayos de laboratorio (cortes directos y compresiones simples), además de la información de los golpes de los ensayos de penetración estándar ejecutados en campo y la línea geofísica (ReMi). Con estos últimos, se utilizaron correlaciones entre el número de golpes y la _________________________________________________________________________________ I-013-112013 17 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ resistencia al corte (Φeq), así como el módulo de elasticidad (E). Para estimar el ángulo de fricción equivalente (Φeq) se empleó la expresión desarrollada por Kishida: Mientras que para estimar el módulo de elasticidad se usaron correlaciones que dependen del tipo de suelo sobre el que se haya ejecutado el ensayo de penetración. También se utilizó la velocidad de propagación de ondas de compresión (Vp) para hallar el módulo de elasticidad dinámico, con el cual se estimó el módulo estático, a través de la metodología propuestas por Benz y Vermeer (2007). A continuación se presenta una tabla resumen con los parámetros medios de resistencia al corte estimados para cada horizonte de suelo. Tabla 3. Resumen parámetros geotécnicos. γ C φ Material 3 (kN/m ) (kPa) (º) Suelo residual de 17 15 13 flujo (IB-Qf) Flujo saprolitizado 18 40 18 (IC-Qf) Roca descompuesta 19 25 30 de gabro(IC) E (kPa) 10000 18000 4000060000 La cantidad de información de ensayos de laboratorio y correlaciones del SPT obtenida para el flujo saprolitizado permitió realizar un _________________________________________________________________________________ I-013-112013 18 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ tratamiento estadístico, que permitió realizar análisis de estabilidad probabilísticos en las excavaciones, donde el comportamiento de dicho estrato es sumamente influyente. A continuación se presentan los parámetros estadísticos de las principales propiedades mecánicas del flujo saprolitizado. Tabla 4. Parámetros estadísticos cohesión. Material Flujo saprolitizado (IC-Qf) Cohesión (kPa) Media Desv. Est (kPa) (kPa) 40 28 Máximo (kPa) 93 Mínimo (kPa) 22 Tabla 5. Parámetros estadísticos fricción. Material Flujo saprolitizado (IC-Qf) Ángulo de fricción Desv. Est Media (º) (º) 18 5 Máximo (º) Mínimo (º) 32 13 Por otro lado, con la idea de alimentar el modelo de interacción suelo-estructura, en particular las pilas de fundación, se definieron unos rangos de variación para el módulo de balasto horizontal (Kh), que se presenta a continuación. Tabla 6. Módulos de reacción horizontal Balasto Material (kN/m3) Suelo Residual 6000 de flujo Flujo 11000 saprolitizado Roca 23000 descompuesta _________________________________________________________________________________ I-013-112013 19 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 5.4 CIMENTACIÓN DE LA ESTRUCTURA Como se mencionó, el proyecto está conformado por dos torres de 18 y 22 niveles respectivamente, sobre 4 niveles de parqueaderos cuya estructura ocupa una superficie mayor a la de los dos edificios. Existe un contraste muy marcado entre las cargas transmitidas por los apoyos de las torres principales y las de los parqueaderos, por lo que se considera conveniente separar estas estructuras, de tal manera que funcionen de forma independiente y se eviten problemas de asentamientos diferenciales. Las cargas de servicio que se transmitirán a través de pórticos tendrán una magnitud variable entre 5000 y 13000 kN para el edificio, y entre 780 y 2380 kN para los parqueaderos. El análisis de las cimentaciones se basó en los criterios de resistencia de la mecánica de suelos, buscando que la capacidad de soporte, definida por la resistencia al corte de los materiales y la forma de aplicación de la carga (geometría), estuviera acorde con el esfuerzo transmitido y no se presentasen fallas en los estratos de fundación. Además, se ejecutó un análisis de deformaciones para determinar si la cimentación elegida es propicia para lograr asentamientos (totales y diferenciales) mínimos que no comprometan la estabilidad y funcionalidad de la estructura. Teniendo en cuenta que las características geotécnicas del lote son complejas debido a: la abundante presencia de agua, a las precarias propiedades de los primeros metros del suelo y al carácter arenoso de la roca descompuesta; se consideró que la mejor opción de fundación es un sistema de pilas excavadas mecánicamente, macizas y vaciadas en concreto reforzado, las cuales trabajarán parcialmente por fricción (a lo largo de su fuste) y transmitirán la presión por punta sobre la roca descompuesta. El diámetro seleccionado para estas pilas es de 1,3 m, al ser una dimensión común en los equipos del mercado. La metodología utilizada para estimar la capacidad portante de las pilas y los asentamientos elásticos de las mismas, es la propuesta por Vesic, la cual considera una fricción lateral promedio según la resistencia al corte que se genera en el área superficial del elemento pila a través del contacto suelo-concreto, y una presión de _________________________________________________________________________________ I-013-112013 20 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ contacto admisible que depende de: las propiedades geomecánicas del material de fundación, del grado de confinamiento y de las dimensiones de la pila. Esta presión de contacto admisible no podrá ser superada en ningún momento. Es importante mencionar que tanto para la resistencia por fuste como para la resistencia por punta se empleó un factor de seguridad de 3, en el cual se involucra la variabilidad de las propiedades del suelo y se genera un margen de resistencia ante situaciones adversas. Como se optó por independizar los edificios de apartamentos y la plataforma de parqueaderos, a continuación se presentan de manera separada los resultados obtenidos. Torres de apartamentos Las dos torres de apartamentos se nombraron como torre sur y torre oeste por su ubicación geográfica en el lote (Ver figura 2). El peso de la torre sur es mayor, ya que posee más niveles de apartamentos, y en términos generales las dos estructuras transmitirán al terreno cargas considerables. Figura 2. Denominación torres. Teniendo en cuenta que el nivel de cargas es elevado, y que se requiere de un material portante de buenas condiciones en cuanto a deformaciones, se deberán desplantar las pilas en la roca descompuesta (IC). La resistencia de este horizonte de meteorización _________________________________________________________________________________ I-013-112013 21 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ no aumenta sustancialmente con la profundidad, haciendo ineficiente la profundización de las pilas en búsqueda de un mejor módulo de reacción del suelo. Por ello se optó por elegir como profundidad de desplante los 18 m, en donde se obtiene una adecuada capacidad de carga. A pesar de lo anterior, el método constructivo (pilas excavadas mecánicamente) impide realizar elementos acampanados, y toda la presión debe transmitirse en el área que proporciona el diámetro de fuste (1,3 m), dando como consecuencia que en todos los casos, dicha presión supera los límites admisibles, haciendo necesario establecer más de una pila en muchos de los apoyos de la torres de apartamentos. Teniendo en cuenta las propiedades del suelo y el nivel de confinamiento, para cada pila se consideró una fricción lateral de 13 kPa, y se obtuvo una capacidad admisible de aproximadamente 4000 kN por elemento. En este orden de ideas, ninguna pila podrá transmitir una presión de contacto mayor a 2250 kPa. En el análisis de asentamientos elásticos se obtuvieron valores entre 4,0 y 6,0 cm para la torre sur y entre 3,0 y 6,0 cm para la torre oeste. Como asentamientos totales estos valores se consideran admisibles y en el análisis de asentamientos diferenciales se observó que no existen problemas que comprometan la funcionalidad del edificio. A continuación se presentan los resultados de las dos torres. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 22 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Tabla 7. Resumen de asentamientos y presiones de contacto Torre sur. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 23 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Tabla 8. Resumen de asentamientos y presiones de contacto Torre oeste. Parqueaderos La plataforma de parqueaderos es una estructura que tendrá una importante proporción de confinamiento lateral y que se puede considerar liviana con relación a las torres de apartamentos. Por lo anterior, aunque el sistema de fundación también corresponde a pilas apoyadas sobre roca descompuesta, con sólo 12 m de longitud se obtiene la resistencia del suelo requerida. Todos los apoyos podrán transmitir su carga con una sola pila. Sólo los apoyos de los dos ejes más occidentales tendrán longitudes de pilas de 15 m y 13 m respectivamente, debido a que en esta zona del lote el material portante se encuentra más profundo. Para estos elementos se consideró una fricción lateral de 12 kPa, con la que se obtuvo una presión de contacto máxima de 1320 kPa, la cual puede lograrse con una sola pila por apoyo. En el análisis de asentamientos elásticos se obtuvieron valores máximos de 4 cm, los cuales se consideran admisibles y no comprometen la funcionalidad del edificio. A continuación se presenta el resumen de los asentamientos y presiones de contacto para cada apoyo. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 24 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Tabla 9. Resumen de asentamientos y presiones de contactoplataforma de parqueaderos (parte I). _________________________________________________________________________________ I-013-112013 25 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Tabla 10. Resumen de asentamientos y presiones de contactoplataforma de parqueaderos (parte II). Es importante mencionar que aunque se realizó una buena caracterización de las propiedades mecánicas de los materiales, se están transmitiendo presiones elevadas al suelo y por lo tanto se deberá ejecutar una prueba de carga para verificar que la respuesta en campo sea concordante con las hipótesis y modelos establecidos. 5.5 EXCAVACIONES PARA SÓTANOS Las excavaciones para los niveles subterráneos se ejecutarán a través de dos procedimientos; el principal consiste en establecer taludes perimetrales con una pendiente que proporcione estabilidad a _________________________________________________________________________________ I-013-112013 26 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ largo plazo, los cuales iniciarán desde la cota de piso proyectada y rematarán contra la ladera. Sobre el sector nororiental del lote se presenta una limitación de espacio que impide la ejecución de dichos taludes y obliga a realizar un segundo procedimiento, enfocado en aprovechar la estructura de parqueaderos como contención ante los empujes impuestos por los suelos. Para realizar esto, sin incurrir en cortes verticales, se dejará una cuña de suelo que brinde confinamiento lateral al lote vecino mientras la estructura de parqueaderos (cimentaciones, pórticos y losas) avanza y pueda asumir el empuje. Inicialmente, como la máquina encargada de excavar las pilas no tiene la posibilidad de trabajar sobre terrenos inclinados, se deberá construir una plazoleta de trabajo (en el sector nororiental del lote) desde la cual se excavarán las pilas de cimentación del parqueadero, vaciándolas hasta el nivel de correspondiente y dejando el resto del hueco vacío. Luego de ello se podrá excavar el resto de la proyección de los edificios dejando una cuña en el sector nororiental. Cuando esto suceda se construirá el entramado de vigas, columnas y la losa, y se excavará dicha cuña con una metodología ascendente-descendente, construyendo los muros de contención tipo pantalla adosados al edificio, con su respectivo sistema de drenaje e impermeabilización. La excavación ascendente-descendente sin superar nunca la altura de un nivel, y construyendo los muros pantalla en tramos intercalados, para que queden confinados mientras se realiza el vaciado de los mismos. Para construir las columnas del edificio al interior de la cuña se recomienda la realización de pozos encamisados con anillos de concreto reforzado y con dimensiones que permitan ejecutar de manera segura el trabajo. Otra opción (menos recomendable) es la de realizar nichos o brechas dentro de la cuña, los cuales deberán estar conformados por taludes en todas sus caras para brindar seguridad. La pendiente máxima de estos taludes será la definida en el análisis de estabilidad para las cuñas. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 27 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Análisis de estabilidad Para definir las pendientes de corte máximas tanto para los taludes perimetrales como para la cuña, se ejecutaron análisis de estabilidad mediante el software SLIDE V 6,0 (ROCSCIENCE), el cual discretiza las potenciales superficies de falla en dovelas y evalúa los factores de seguridad mediante el análisis de fuerzas resistentes y motoras de cada una de ellas, empleando modelos de resistencia al corte de diferentes consideraciones según el tipo de material. Sobre las secciones de análisis se elaboró el perfil estratigráfico idealizado y se asignaron los parámetros geomecánicos de cada material, para realizar sobre ellas análisis probabilísticos estáticos y seudoestáticos. Dichos análisis se realizaron considerando los parámetros estadísticos obtenidos para el flujo saprolitizado, material sumamente influyente en el comportamiento de las excavaciones. Los taludes perimetrales se evaluaron como una obra de carácter definitivo, por lo que se definió un factor de seguridad determinístico mínimo de 1,5 para la condición estática, según las recomendaciones de la norma (NSR-10). Para los taludes de la cuña se estableció un factor de seguridad mínimo de 1,3 (condición estática) teniendo en cuenta que serán temporales. Para la condición sísmica (seudoestático) se definió un factor mínimo de 1,05. Para el análisis seudoestático, se estimó un coeficiente sísmico de 0.11, de acuerdo con la recomendación del Título H del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, donde se define un coeficiente sísmico de diseño, como el 50% de la aceleración máxima del terreno, la cual está representada por la siguiente expresión. Amáx = AaFaI Aa= Aceleración horizontal pico efectiva, 0,15 para Medellín. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 28 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Fa= Coeficiente de ampliación del suelo para la zona de períodos cortos del espectro, en nuestro caso 1,5 (Suelo tipo D). I=Coeficiente de importancia 1,0 (Grupo de Uso I) Para modelar las condiciones hidrogeológicas se tuvo en cuenta la presencia del nivel freático y el abatimiento que se genera del mismo con la realización de las excavaciones. De manera conservadora se asumió presencia de agua en toda el área del lote y la curva de abatimiento se generó con una pendiente relativamente suave para representar condiciones críticas. Para los taludes perimetrales (definitivos) se ejecutó un análisis de estabilidad probabilístico considerando la fluctuación del nivel freático, y asumiendo que la posición del agua responde a una distribución exponencial en donde es menos recurrente la presencia de un nivel freático superficial, porque este se causa a partir de fenómenos de precipitación fuertes, los cuales son menos comunes y de igual manera tienen una menor recurrencia. A continuación se presentan los análisis de estabilidad realizados para definir la geometría de los taludes perimetrales de la excavación y de la cuña de confinamiento. Taludes perimetrales Por el relieve que presenta el lote los mayores cortes se generarán en el sector oriental del mismo y su altura irá descendiendo hacia el costado occidental en donde no superarán los dos metros. Considerando esto se eligieron tres secciones representativas; dos en sentido occidente-oriente para analizar el costado oriental (Sección A-A y B-B) y otra en sentido norte-sur para analizar el costado sur-oriental (Sección D-D). (Ver figuras 03 y 04). En el procedimiento de análisis se evaluaron las condiciones de estabilidad para varias inclinaciones del corte hasta encontrar una geometría que proporcionará un factor de seguridad cercano a los límites recomendados. Para ello se empleó la sección A-A por ser la más crítica (mayor altura de corte). _________________________________________________________________________________ I-013-112013 29 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Inicialmente se modeló el corte con una inclinación de taludes 1H:1V, obteniendo una condición de estabilidad que no evidencia procesos de falla en el suelo, pero con la que se obtiene un factor de seguridad determinístico que está por debajo del valor admisible, y una probabilidad de falla que no proporciona la seguridad deseable. Lo anterior se debe a que la pendiente implementada permite el desarrollo de una importante componente deslizante, la cual no alcanza a superar las fuerzas resistentes, pero se le asemeja en magnitud, por el efecto de la disminución de la resistencia que genera la presencia de agua. Figura 3. Análisis de estabilidad estático-Sección A-A-Corte 1H: 1V. En vista de lo descrito se planteó el análisis implementando una pendiente de 1,25H:1V, con la cual se obtuvo una probabilidad de falla de solo 1%, que muestra que la geometría favorece un aumento en el confinamiento de las potenciales superficies de falla y por lo _________________________________________________________________________________ I-013-112013 30 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ tanto una mayor resistencia al corte del material. A pesar de lo anterior, el factor de seguridad determinístico aún se encuentra por debajo del límite admisible, aunque muy cercano a él. Figura 4. Análisis de estabilidad estático-Sección A-A-Corte 1,25H: 1V. Dado que la geometría planteada proporciona una condición de estabilidad que se acerca en gran medida a los factores de seguridad admisibles, se realizó una modelación para observar el comportamiento en las otras dos secciones. En dicho procedimiento se observó una respuesta geotécnica en la sección B-B levemente mejor a la obtenida para la sección A-A, y un comportamiento muy favorable para la sección C-C, en donde los factores de seguridad determinísticos están muy por encima de 1,5 y la probabilidad de falla es supremamente baja. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 31 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Figura 5. Análisis de estabilidad estático-Sección B-B-Corte 1,25H: 1V. Figura 6. Análisis de estabilidad estático-Sección D-D-Corte 1,25H: 1V. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 32 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ A pesar de que los resultados obtenidos con una pendiente de 1,25H:1V están cerca de representar una condición admisible, continúa existiendo una influencia negativa del agua en el comportamiento geotécnico de los cortes. Un descenso del nivel freático colgado generará una disminución de las presiones de poros que actúan en las potenciales superficies de falla, y se aumentarán los esfuerzos efectivos y la resistencia al cortante. Bajo este orden de ideas se hace necesario implementar medidas de drenaje que ayuden al abatimiento de las presiones y mejoren el desempeño geotécnico. Para verificar la mejora en la estabilidad con la construcción de los drenes sub-horizontales, y corroborar que con la implementación de estos se puede considerar admisible una pendiente de corte de 1,25H:1V, se realizó la modelación sobre la sección más crítica (AA), en la cual se representó el abatimiento del nivel freático de los drenes. En esta modelación se obtuvo un resultado muy positivo pues el factor de seguridad determinístico aumentó hasta 1,5 y la probabilidad de falla disminuyó a un valor muy cercano a cero, permitiendo concluir que los taludes perimetrales podrán cortarse con una pendiente máxima de 1,25H:1V siempre y cuando se realicen las obras de drenaje (drenes sub-horizontales). _________________________________________________________________________________ I-013-112013 33 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Figura 7. Análisis de estabilidad estático-Sección A-A-Corte 1,25H: 1V + Obras de drenaje. A pesar de que establecer obras de drenaje ayuda a controlar la posición del nivel freático, se debe tener en cuenta que este puede variar fácilmente con la ocurrencia de fenómenos naturales tales como precipitaciones excesivas y/o temporadas secas. Para considerar ello, se realizó un análisis probabilístico que consideró la variación de la posición del nivel freático. En este análisis se obtuvo una probabilidad de falla menor a 1%, la cual se considera muy baja si se tiene en cuenta que se modelaron situaciones extremas. En términos generales estos resultados ratifican la necesidad de establecer medidas de drenaje, ya que estos permiten que la posición media del agua esté en una menor cota y que las posiciones críticas del nivel freático se presenten de manera ocasional. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 34 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Figura 8. Análisis de estabilidad estático-Sección A-A-Corte 1,25H: 1V+ Obras de drenaje + Variación estadística del nivel freático. El análisis sísmico también se ejecutó sobre la sección más crítica (A-A), en donde se puede observar que el factor de seguridad se encuentra por encima 1,05 y representa un comportamiento geotécnico admisible. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 35 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Figura 9. Análisis de estabilidad seudoestático-Sección A-A-Corte 1,25H: 1V + Obras de drenaje. Cuña de confinamiento Para establecer la inclinación de los taludes de la cuña se analizó la condición más crítica, la cual que se presenta en la esquina nororiental donde la altura del corte es de casi 9 m. La metodología implementada en el análisis fue muy similar a la presentada para los taludes perimetrales, en donde se analizaron diferentes inclinaciones de talud hasta obtener una condición que cumpliera con los criterios previamente definidos. Para el análisis se eligió el costado norte de la sección D-D y sobre este se proyectaron cuñas con diferentes inclinaciones para realizar sobre ellas las respectivas modelaciones. Con base en estos resultados y considerando los análisis ejecutados para los taludes perimetrales, se identificó que una inclinación de 1,25H:1V proporciona un factor de seguridad determinístico de 1,3 y una probabilidad de falla de 2%, los cuales representan valores admisibles para el caso temporal. A diferencia de la condición de los taludes perimetrales, en este caso no es necesaria la _________________________________________________________________________________ I-013-112013 36 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ realización de obras de drenaje para lograr un aumento del factor de seguridad, ya que no se requiere el grado de seguridad que representa una obra de carácter definitivo. Figura 9. Análisis de estabilidad estático cuña-Sección D-D-Corte 1,25H: 1V 5.6 MANEJO DE AGUAS Como se ha manifestado continuamente, es importante realizar un estricto control del agua para evitar todos los procesos de inestabilidad que esta genera. Por ello, la construcción del proyecto deberá estar acompañada de medidas de control y manejo que permitan mejorar la respuesta geotécnica del terreno. Dichas medidas corresponderán a obras de drenaje superficial y subdrenaje; las primeras tienen la función de interceptar las aguas de escorrentía y dirigirlas hacia descargas controladas, mitigando los procesos de infiltración, y las segundas están encaminadas a generar un _________________________________________________________________________________ I-013-112013 37 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ abatimiento del nivel freático y la consecuente disminución de las presiones de poros. Sobre los taludes perimetrales deberán ejecutarse obras de subdrenaje, las cuales se constituirán por drenes sub-horizontales con una longitud de 10 m y una separación mínima de 2,5 m. La separación de estos drenes deberá disminuirse a la mitad en los puntos donde se identifique un abundante afloramiento de agua. (ver figura 06 anexa) En todo el perímetro de la excavación se deberán construir cunetas y/o rondas de coronación que intercepten los flujos de escorrentía y los evacúen hacia descargas controladas. De esta forma se evitarán efectos erosivos en el cuerpo de los taludes. Todas las superficies expuestas a la acción directa del agua deberán ser protegidas por medio de revegetalización con especies que tengan buena cobertura o concreto lanzado para el caso de taludes que serán rellenos con porones. Además, se deberá verificar que luego de terminadas las obras no existan zonas de empozamiento, buscando que todas las superficies tengan pendientes mínimas que garanticen su drenaje. 5.7 EMPUJE DE TIERRAS PARA ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN Como se mencionó, la estructura de los parqueaderos en su esquina nororiental estará diseñada para contener los empujes generados por el suelo detrás de ella. La magnitud de este empuje depende de las propiedades geomecánicas del material, y varía según la altura del corte. Para facilitar el cálculo de presiones de tierra, se planteó una expresión que involucra todas las variables y que permite estimar el empuje para las diferentes alturas de corte. Para el diseño se consideró una condición de empujes de tierras en reposo, ya que la estructura de los parqueaderos hace parte integral de la edificación y no podrá sufrir deformaciones (necesarias para desarrollar el empuje activo). Para estimar el coeficiente de _________________________________________________________________________________ I-013-112013 38 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ presión de tierra en reposo se utilizaron metodologías desarrolladas por Brooker-Ireland (1965) y se empleó la teoría de empuje de tierras de Rankine. Las expresiones utilizadas para estimar el Ko fueron las que aplican para materiales finogranulares y se describen a continuación: Ko= 0.95-sen (Phi) Ko=0.4+0.007(IP) para IP entre 0 y 40 Con la primera expresión se obtuvo un Ko de 0,64 considerando el ángulo de fricción del flujo saprolitizado (20°), mientras que con la segunda expresión se obtuvo un Ko de 0,52 considerando un índice de plasticidad promedio de 17. En vista de lo anterior se optó por trabajar con Ko= 0,58 correspondiente al valor medio entre las dos metodologías. La expresión para estimar la fuerza de empuje por metro (kN/m) de contención está dada por la siguiente expresión: Donde H corresponde a la altura del corte la cual es variable, γ el peso específico del material (18 kN/m3) y q (kPa) es un aumento en la magnitud del empuje como producto de los taludes que podrán generarse detrás de la estructura de contención, este valor se estimó a través de modelos físicos de equilibro de fuerzas y análisis de estabilidad, pero como condición crítica se recomienda asumir un valor de 6 kPa para todas las distribuciones de presión calculadas. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 39 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ De esta manera se obtiene una fuerza que obedece a una distribución trapezoidal con un esfuerzo igual a q en la cabeza y q+γKoH en la base del muro. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 40 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 6 EFECTOS LOCALES Siguiendo los lineamientos del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10), Ley 400 de 1997, se puede asumir que el proyecto se encuentra ubicado sobre una zona de amenaza sísmica intermedia, con un coeficiente de aceleración horizontal pico efectiva Aa=0,15 y una velocidad horizontal pico efectiva Av=0,20. Para definir el tipo de perfil de suelo se utilizaron los resultados del ensayo geofísico (ReMi) realizado en el proyecto, con el cual se pudo obtener la velocidad de propagación de ondas de corte para una columna de suelo de 40 m. La metodología presentada en la norma propone la clasificación del perfil de suelo a partir de una velocidad de propagación media dada por la siguiente expresión: Vsdi/di/Vsi Donde di corresponde al espesor del estrato de donde proviene el ensayo y Vsi es la velocidad de propagación de ondas de corte del estrato i. El ensayo ejecutado permitió obtener información de los primeros 40 m del subsuelo, mostrando velocidades entre los 193 y 374 m/s. A continuación se presentan los cálculos realizados para estimar la velocidad media. Tabla 6. Velocidad de propagación media. di Vs (m/s) di/Vs 7,4 193 0,038342 10,4 279 0,037276 12,2 374 0,03262 0,108238 277 di = 30 di/N60 = Los resultados de dicho ensayos se observan en la siguiente gráfica _________________________________________________________________________________ I-013-112013 41 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Figura 10. Perfil de velocidad de propagación de ondas de corte. Para el procesamiento de los datos se consideró que la implantación del edificio generará cortes de hasta 8,0 m de altura, permitiendo despreciar el efecto de estos primeros metros en cuanto a la respuesta sísmica. Bajo esta consideración se obtuvo una velocidad de propagación de ondas de corte media de 277 m/s, con la que se obtiene una clasificación de perfil de suelo como tipo D, que representa perfiles de suelos muy densos o roca blanda. Para validar los resultados obtenidos, se clasificó el perfil de suelo mediante la metodología de resistencia al corte no drenada (NSR-10), la cual puede obtenerse a partir del ensayo de compresión simple, asumiendo que el material es netamente cohesivo y su resistencia puede calcularse como la mitad del esfuerzo máximo de compresión simple. Según los resultados del laboratorio, el perfil de suelo también clasificaría como tipo D, ya que se obtuvieron valores entre 50 kPa y 100kPa. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 42 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 7 CONCLUSIONES De acuerdo con concluir que el del proyecto lineamientos y informe. los resultados del presente estudio, se puede terreno analizado es apto para la construcción Malawi, siempre y cuando se sigan los las recomendaciones descritas en el presente El proyecto está conformado por dos torres de apartamentos y una amplia plataforma de parqueaderos que ocupa un área mayor a la de los edificios. Las dos torres y sus parqueaderos inferiores están conformadas por 28 apoyos que transmiten cargas entre 5000 y 13000 kN, mientras que la demás estructura de parqueaderos contiene 56 apoyos con cargas entre 780 y 2380 kN (1400 kN en promedio). Teniendo en cuenta el contraste que existe en la magnitud de las solicitaciones, se considera necesario independizar estructuralmente las torres de apartamentos de los parqueaderos, esto para evitar problemas de asentamientos diferenciales. La alternativa de cimentación que se considera adecuada para las torres de apartamentos son pilas macizas en concreto reforzado, excavadas mecánicamente y con diámetro de fuste de 1,3 m. Estas tendrán una longitud de 18 m, fundadas en la roca descompuesta (saprolito IC) y diseñadas para transmitir una presión de contacto máxima de 2250 kPa, considerando una fricción lateral de 13 kPa. Dado lo anterior se deberán construir en promedio 2 pilas por apoyo, aunque en algunos casos habrán nodos con 3 y hasta 4 pilas (ver figura 05 anexa). Para las condiciones planteadas se esperan asentamientos entre 3,0 y 6,0 cm. Teniendo en cuenta que las presiones de contacto que serán transmitidas al suelo son elevadas, se deberá ejecutar una prueba de carga en campo para verificar la validez de las hipótesis planteadas. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 43 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ Para la plataforma de parqueaderos también se deberán realizar pilas excavadas mecánicamente con un diámetro de fuste de 1,3 m. Así mismo el material de apoyo corresponde a roca descompuesta (saprolito IC) pero con una longitud de pila de 12 m (ver figura 05 anexa). Sólo las pilas de los dos ejes más occidentales tendrán longitudes de 15 y 13 m respectivamente, ya que allí el suelo de fundación se encuentra más profundo. Para el diseño de estos elementos se estimó un aporte de fricción lateral de 12 kPa con el que se calculó una presión de contacto máxima de 1320 kPa. Para las condiciones planteadas se esperan asentamientos máximos de 4,0 cm. Las excavaciones para los niveles subterráneos se ejecutarán a través de dos procedimientos; el principal consiste en establecer taludes perimetrales con una pendiente que proporcione estabilidad, los cuales iniciarán desde la cota de piso de la excavación (1549 m.s.n.m) y rematarán contra la ladera. El segundo está enfocado en aprovechar la estructura de parqueaderos como contención ante los empujes impuestos por la excavación del sector nororiental del lote, donde se presenta una limitación de espacio que impide la ejecución de taludes (ver figura 06 anexa) Para lograr que en el costado nororiental la estructura actúe como contención sin incurrir en cortes verticales expuestos temporalmente, se realizará el método de excavación ascendente-descendente, el cual requiere de la construcción de una cuña de suelo que brinde confinamiento lateral. Antes de establecer la cuña se construirá una plazoleta de trabajo (en superficie) sobre la que se realizarán las pilas de los apoyos que competan, ya que la máquina encargada de excavarlas no tiene la posibilidad de trabajar sobre terrenos inclinados. Luego de ello se podrá generar la cuña para construir dentro de ella las columnas hasta el nivel de superficie. Cuando se hayan construido las columnas dentro de la cuña, se constituirá el entramado de vigas y la losa, y se excavará de manera descendente hacia el siguiente nivel, construyendo los _________________________________________________________________________________ I-013-112013 44 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ muros del edificio, los cuales finalmente comenzarán a trabajar como estructuras de contención. La excavación descendente se realizará por etapas, sin superar nunca la altura de un nivel, y construyendo los muros pantalla de forma intercalada, para que queden confinados mientras se realiza el fundido de los mismos. La pendiente máxima con la que se deberán cortar los taludes de la cuña será de 1,25H: 1V, sin la necesidad de construir obras de sub-drenaje, pero estableciendo un adecuado drenaje superficial. (ver figura 06 anexa) Los taludes perimetrales y definitivos de la excavación deberán ser cortados con una pendiente máxima de 1,25H: 1V y sobre ellos deberán implementarse obras de drenaje, constituidas por drenes sub-horizontales, los cuales tendrán una longitud de 10 m, inclinados 5°con respecto a la horizontal y con una separación mínima de 2,5 m. La separación de estos drenes deberá disminuirse a la mitad en los puntos donde se identifique un abundante afloramiento de agua. En todo el perímetro de la excavación se deberán construir cunetas y/o rondas de coronación debidamente impermeabilizadas, que intercepten los flujos de escorrentía y los evacúen hacia descargas controladas. Todas las superficies expuestas a la acción directa del agua deberán ser protegidas por medio de revegetalización con especies que tengan buena cobertura o con concreto lanzado en aquellos taludes que serán recubiertos con poronoes. Además, se deberá verificar que luego de terminadas las obras no existan zonas de empozamiento, buscando que todas las superficies tengan pendientes mínimas que garanticen su drenaje. Se debe considerar que en caso de que se vaya a realizar un lleno entre los taludes perimetrales y los muros de las edificaciones, se deberá llevar a cabo un análisis de empujes de tierra, pues la única estructura que está planteada para actuar como contención es la del sector nororiental. Para que _________________________________________________________________________________ I-013-112013 45 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ el efecto del lleno sobre el muro sea mínimo se recomienda realizarlo con material liviano, tal como poliestireno (icopor). En caso de ejecutarse los llenos mencionados deberá garantizarse la continuidad de las obras de sub-drenaje instaladas, ya que del funcionamiento de estas depende la estabilidad de los taludes. Para evaluar los efectos locales del terreno se ejecutó una clasificación del perfil de suelo a partir de la velocidad de propagación de ondas de corte, donde se obtuvieron resultados que clasificaron el perfil como tipo D. _________________________________________________________________________________ I-013-112013 46 ESTUDIO GEOTÉCNICO DEFINITIVO PROYECTO MALAWI __________________________________________________________________________________ 8 LIMITACIONES Las recomendaciones ofrecidas en el presente estudio están basadas en los resultados de las investigaciones de campo y de laboratorio y en los análisis de ingeniería anteriormente descritos. Si durante la construcción del proyecto llegaran a presentarse condiciones diferentes a las enunciadas y asumidas como típicas, o surgiese alguna dificultad imprevista, esta situación deberá informársenos oportunamente para evaluar el asunto y hacer los ajustes pertinentes. Se pone de manifiesto que la ingeniería, incluyendo la ingeniería geotécnica y geológica, es una profesión que puede garantizar medios, más no resultados. Esto significa que los ingenieros están obligado a la “buena práctica profesional”, haciendo su mejor esfuerzo respecto al conocimiento y a los recursos que le permitan proponer soluciones a las problemáticas que enfrenta. A pesar de ello la naturaleza es aleatoria en cuanto a la intensidad y frecuencia de los fenómenos, por lo que el ingeniero puede estimar más no predecir la ocurrencia de los eventos naturales que pueden afectar una obra de ingeniería. En consecuencia, a pesar de que en este estudio se aplicó la “buena práctica profesional” se recomienda adquirir una póliza de seguros de bienes, para proteger la inversión que se realice en este proyecto. GEO2 S.A.S. DIEGO LEÓN SÁNCHEZ VÁSQUEZ Matrícula 0520231875 Noviembre 2013 _________________________________________________________________________________ I-013-112013 47
