IF.EG /09/30

Transcripción

1 ESTUDIO GEOTÉCNICO EXPLORACION GEOTECNICA PARA PREDISEÑO DE CIMENTACIONES DE TORRES PARA LINEA DE TRANSMISIÓN, SUBESTACIÓN ELECTRICA Y EDIFICIO DE CONTROL EN LA SUBESTACION DE BIOENERGY KM 43 VIA PUERTO LOPEZ PUERTO GAITAN MUNICIPIO DE PUERTO LOPEZ META LYANSA ELÉCTRICA LTDA 2011/09/30 1

2 TABLA DE CONTENIDO 1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO INFORMACION GENERAL PROYECTO INFORMACIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO INVESTIGACIONES REALIZADAS AMBIENTE GEOLÓGICO ANTECEDENTES DE LA ZONA EXPLORACION GEOTÉCNICA DEFINICIÓN DE PROFUNDIDAD Y CANTIDAD DE SONDEOS EXPLORATORIOS EXPLORACIÓN DE CAMPO UBICACIÓN DE LOS TRABAJOS DE CAMPO PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO ZONA DE AMENAZA SISMICA EFECTOS LOCALES COEFICIENTE DE IMPORTANCIA CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO CIMENTACION DE TORRES CIMENTACION DE EQUIPOS EDIFICIO DE CONTROL

3 7. ALCANCE DEL ESTUDIO A1. RESULTADOS DE LABORATORIO A2. REGISTRO FOTOGRAFICO A3. ESPECIFICACIONES PARA ESTUDIO GEOTECNICO DEFINITIVO 3

4 INTRODUCCIÓN Con el fin de adelantar la EXPLORACION GEOTECNICA PARA PREDISEÑO DE CIMENTACIONES DE TORRES PARA LINEA DE TRANSMISIÓN, SUBESTACIÓN ELECTRICA Y EDIFICIO DE CONTROL EN LA SUBESTACION DE BIOENERGY KM 43 VIA PUERTO LOPEZ PUERTO GAITAN MUNICIPIO DE PUERTO LOPEZ META, RIBAYCO SAS Atendió la solicitud del Señor CARLOS ARIEL OCAMPO VALENCIA, Director de Operaciones, en representación de LYANSA ELECTRICA LTDA para la realización del Estudio Geotécnico de la zona en donde quedará ubicado el Proyecto. Con el fin de determinar las características Geológicas y Geotécnicas del subsuelo se ejecutaron exploraciones y reconocimientos de campo, pruebas de laboratorio e investigación del ambiente geológico del área en estudio. En el presente informe se consignan las conclusiones de las actividades mencionadas, y se dan las recomendaciones generales de cimentación. Las investigaciones realizadas y las recomendaciones dadas, están de acuerdo con las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR 10 (Ley 400 de 1997, Decreto 926 del 19 de marzo de 2010). Las recomendaciones dadas para la cimentación de las torres para la línea de transmisión se dieron de acuerdo a la Norma ASCE 10/97 Design of Latticed Steel Transmission Structures Todos los ensayos de campo y laboratorio se realizaron siguiendo las metodologías de trabajo de las normas NTC e INVIAS

5 1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO 1.1. INFORMACION GENERAL PROYECTO Exploración geotécnica para prediseño de cimentaciones de torres para línea de transmisión, subestación eléctrica y edificio de control en la subestación de Bioenergy km 43 vía Puerto López Puerto Gaitán en el municipio de Puerto López Meta. Tipo de estructuras: 1- Torre en acero galvanizado 2- Equipo de patio de subestación 3-Edificio de control: -Pórtico en concreto -Muro estructural -Cubierta Liviana 4-Vias de acceso Cubierta: liviana Figura No 1. Esquema Ubicación del proyecto 5

6 1.2. INFORMACIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO El municipio de Puerto López, limita al Norte con los municipios de Cumaral, Cabuyaro y el Departamento de Casanare; Al oriente con el municipio de Puerto Gaitán; al sur con el municipio de San Martin, y al occidente con los municipios de San Carlos De Guaroa y Villavicencio. La principal vía de acceso es a través de la carretera que de Villavicencio conduce al municipio de Puerto López pavimentada en su totalidad y con un trayecto de 83 Km. Figura 2. Localización de los municipios donde se realizaron los ensayos exploratorios La mayor parte del municipio se ubica en zonas donde el promedio de la temperatura está entre los 26 ºC y 26.5 ºC, siendo febrero y marzo los meses más cálidos con valores entre los 27 ºC y 28 ºC y junio y julio los más fríos con valores promedios de 24 ºC. Las temperaturas máximas absolutas han superado los 38.5 ºC y las mínimas absolutas han descendido hasta los 14 ºC. 6

7 2. INVESTIGACIONES REALIZADAS Para el estudio se realizaron investigaciones y se recopiló información de la zona de las siguientes fuentes: - Instituto Geografico Agustin Codazzi IGAC - Instituto Colombiano de Geología y Minería Ingeominas - BOWLES, J. Foundation Analysis and Design. - Norma NSR Normas Invias Normas tecnias Cololmbianas NTC 7

8 3. AMBIENTE GEOLÓGICO 3.1. ANTECEDENTES DE LA ZONA La historia geológica del departamento del Meta en general, está estrechamente relacionando con el proceso evolutivo de la cordillera Oriental, que ha sido la fuente de los sedimentos y materiales consolidados que constituyen la parte plana del departamento, los cuales, afectados por factores de clima, relieve, organismos y tiempo han dado origen a los suelos que actualmente se encuentran en el departamento del Meta. Está conformada por arenas, limos y arcillas aluviales. Son superficies con relieve plano y pendientes entre el 1 y el 3%, posee un microrelieve plano-cóncavo, presenta encharcamientos periódicos, está conformada por arcillas aluviales con mantos de arenas eólicas localizados y capas de gravas a diferente profundidad, está conformada por depósitos mixtos aluviales, son superficies inclinadas con relieve ligeramente quebrado con pendientes que varían entre 7 y 12%, erosión ligera. Vallecitos Aluviales Superficies planas de pendiente 0-1 y 1-3%, microrelieve plano-cóncavo, inundaciones frecuentes que surcan las terrazas y planicie aluvial activa. El municipio pertenece a la unidad bioclimática de la mega cuenca de sedimentación de la Orinoquia. En la definición de Caldas-Lang corresponde al clima cálido semihumedo. Considerando los promedios históricos de la precipitación en cinco estaciones ubicadas de manera equidistante dentro del municipio de Puerto López, podemos establecer que las lluvias aumentan del SE-E hacia el NW-N con valores entre los 2000 mm y los 2700 mm en promedio, el área central del municipio tiene unas lluvias que promedian los mm/año distribuidos en aproximadamente 120 días, donde los meses de junio y julio son los más lluviosos, y enero y febrero los más secos. Hacia el NW del municipio en donde se encuentra el área urbana las lluvias aumentan hasta valores cercanos a los 2600 mm/año en 135 días, alcanzándose eventos pluviales extremos de 150 mm en 24 horas. 8

9 Figura No 3 corte esquemático de la distribución de los paisajes geomorfológicos en el departamento del Meta (Fuente: Agustín Codazzi) 9

10 4. EXPLORACION GEOTÉCNICA Con el fin de evaluar las condiciones geomecánicas del material predominante en el lote investigado, y definir principalmente tipo y profundidades de la cimentación (Características geométricas), se realizó el trabajo de campo que se expone a continuación DEFINICIÓN DE PROFUNDIDAD Y CANTIDAD DE SONDEOS EXPLORATORIOS. Por solicitud del cliente se definieron 6 sondeos a 6 m de profundidad o rechazo. La ubicación de los mismos fue realizada con el cliente en el lote de estudio EXPLORACIÓN DE CAMPO Atendiendo los requerimientos del cliente, teniendo en cuenta las características del proyecto y el ambiente geotécnico del lote, se procedió a manera de exploración de campo con la ejecución de dos (6) sondeos a cielo abierto, realizados con equipo de percusión y perforación manual. Como ensayos complementarios, para los diseños de vías se realizó recuperación de muestra alterada para realizar (1) ensayo de proctor modificado y (1) CBR de laboratorio, adicionalmente se ejecutaron (5) ensayos de CBR de campo con equipo de Cono Dinámico, localizados de acuerdo a la solicitud del cliente. En las exploraciones se registraron las condiciones estratigráficas del subsuelo y se recuperaron simultáneamente muestras representativas a diferentes profundidades. 10

11 Las muestras recuperadas en la exploración de campo fueron llevadas al laboratorio para la realización de ensayos, sobre las que se consideraron representativas del perfil. Esas pruebas fueron: - Humedad natural - Lavado sobre tamiz No Análisis granulométrico - Limites Atterberg - Determinación de los pesos específicos - Clasificación (USCS) Las características de los estratos encontrados no permitieron extraer muestra inalterada para los ensayos compresión simple y consolidación unidimensional Para establecer las propiedades de resistencia y compresibilidad se realizaron los cálculos correspondientes a ensayo de penetración estándar, asentamiento, capacidad de carga última y admisible, y modulo de reacción del suelo. En el anexo A1 del presente informe con los resultados de los ensayos de laboratorio los cálculos de capacidad de carga, asentamientos y modulo de reacción del suelo. 11

12 4.3. UBICACIÓN DE LOS TRABAJOS DE CAMPO Los ensayos se distribuyeron en la zona del proyecto según muestra el siguiente esquema. Subestación existente Figura 4. Esquema de ubicación de los trabajos de campo 12

13 5. PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO 5.1. ZONA DE AMENAZA SISMICA El Municipio de Puerto Lopez se encuentra dentro de la región N 3, zona de amenaza sísmica Alta, con Aa (aceleración pico efectiva horizontal de diseño expresada como fracción de la aceleración de la gravedad, g = 9.8 m/s²) = Figura No 4 Mapa de valores de Aa. Fuente: NSR-10 Figura No 5 Mapa de de Colombia dividido por zonas de amenaza sísmica. Fuente: NSR-10 13

14 5.2. EFECTOS LOCALES Teniendo en cuenta los resultados de campo, se realizan correlaciones del N para determinar el Vs de cada estrato y del mismo modo definir el perfil del suelo, que para el caso en estudio corresponde a perfil E, de acuerdo con a esta condición se debe tener en cuenta: Tabla A Valores del coeficiente F a, para la zona de periodos cortos del espectro Tipo de perfil Intensidad de los movimientos sísmicos A a 0.1 A a = 0.1 A a = 0.3 A a = 0.4 A a 0.4 A B C D E F véase nota véase nota véase nota véase nota véase nota Nota: para el perfil tipo F debe realizarse una investigación geotécnica particular para el lugar especifico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de onda de acuerdo con A.2.10 Tabla No 1. Valores de Fa - Fuente NSR-10 Tabla A Valores del coeficiente F v, para la zona de periodos intermedios del espectro Tipo de perfil Intensidad de los movimientos sísmicos A v 0.1 A v = 0.2 A v = 0.3 A v = 0.4 A v 0.4 A B C D E F véase nota véase nota véase nota véase nota véase nota Nota: para el perfil tipo F debe realizarse una investigación geotécnica particular para el lugar especifico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de onda de acuerdo con A.2.10 Tabla No 2. Valores de Fv - Fuente NSR COEFICIENTE DE IMPORTANCIA Según el numeral A.2.5. La edificación se clasifica como GRUPO I (Estructuras de Ocupación Normal) con un coeficiente de Importancia, I = 1,0 el cual modifica el espectro de diseño. 14

15 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO 6.1 CIMENTACION DE TORRES Para el diseño de las cimentaciones se requiere como datos básicos las cargas aplicadas a nivel de pedestal, los parámetros básicos del suelo y los parámetros de los materiales de construcción. Las cargas aplicadas pueden ser obtenidas de forma precisa del diseño de las estructuras metálicas. De acuerdo a los estudio se establece el nivel de desplante de 3.0 m. con respecto del terreno natural, en donde se estima una capacidad de carga admisible entre 1.71 y 1.91 kg/cm2. (Ver Figura No 6 esquema de zapata y pedestal) PEDESTAL ZAPATA Ø Figura 6. Esquema de zapata y pedestal 15

16 6.2 CIMENTACION DE EQUIPOS Para la cimentación del transformador de potencia que requiere dos puntos de apoyo del equipo, se utilizara una zapata con doble pedestal, previendo los vacios y volúmenes que se requieren para el drenaje del aceite (figura. 7), el espesor de esta zapata en la base debe ser mayor de 250mm. Figura 7. Esquema de zapata recomendada para transformador de potencia Se debe diseñar un sistema para que el suelo compense la carga combinada de la nueva estructura. De esta manera al cargar la estructura se debe asegurar que la presión de carga sea uniforme sobre el área de cimentación. Con el objeto de mejorar las condiciones del estrato natural se recomienda compactar manualmente con pisón donde se localice la cota de cimentación con el objeto de liberar los vacios generados durante el proceso de excavación; a continuación se colocara un concreto de limpieza de 0,05m y a partir de este armar el acero de refuerzo de la cimentación a implementar para fundir el espesor de la misma. 16

17 6.3 EDIFICIO DE CONTROL Con la información analizada, se recomienda la implementación de una cimentación superficial en zapatas aisladas, y vigas de amarre, se establece el nivel de desplante de 1.50 m. con respecto del terreno natural, en donde se estima una capacidad de carga admisible entre 0.98 y 1.16 kg/cm2. (Ver Figura No 8 esquema de zapata corrida) La menor dimensión en planta de las zapatas debe ser mínimo de 1,0 m, el espesor de la zapata por encima del refuerzo inferior no debe ser menor de 200 mm; Figura 8. Esquema de cimentación En atención a la norma NSR-10 numeral E y E el espesor de la viga de cimentación debe ser al menos igual al espesor del muro que va a soportar y de una altura (a) mínima de 200 mm. 17

18 Figura 9. Esquema de vigas de cimentación En cualquiera de las alternativas expuestas anteriormente de cimentación se debe tener en cuenta: - Dejar los anclajes ( pelos ) para la construcción posterior de las columnas y/o muros estructurales. - Instalar o aplicar alguna barrera de impermeabilización (puede optarse por polietileno) entre la losa y el terreno natural En el caso de necesitar materiales de relleno, se podría utilizar el proveniente de la excavación, siempre y cuando no se encuentre en estado de saturación, en caso contrario, se recomienda utilizar material de rio no cohesivo debidamente conformado y compactado por los métodos convencionales. Es importante que el ingeniero calculista, tenga en cuenta para la cota de cimentación la capacidad portante del terreno; el análisis de asentamientos; el uso adecuado del sistema de cimentación; el perfil estratigráfico del presente estudio; las recomendaciones de mejoramiento del suelo y las especificaciones contempladas en la NSR

19 7. ALCANCE DEL ESTUDIO Los cambios importantes en el proyecto arquitectónico presentado inicialmente, como localización del proyecto, cargas, Nº de pisos, uso, u otros aspectos que incidan en las recomendaciones y parámetros de diseño aquí consignados, deberán consultarse de manera oportuna a RIBAYCO SAS ya que dichas variaciones podrían salirse de los alcances planteados inicialmente en esta investigación, haciendo que esta pierda validez y dando cabida a la posibilidad de que se requieran sondeos, ensayos o análisis geotécnicos adicionales. Durante las exploraciones de campo no se investigó la localización ni el estado de las redes existentes dentro del lote. Finalmente se recomienda que en la obra permanezca una copia de este documento para agilizar las consultas del caso durante la etapa de construcción de las cimentaciones. RICARDO BÁEZ GARCÍA Ingeniero Civil Universidad Nacional de Colombia M.P CND 19