ESTUDIO DE PREDISEÑO DE FUNDACIONES CONTENIDO

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1 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO 1-1 ESTUDIO PARA EL PREDISEÑO DE FUNDACIONES CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVO LOCALIZACIÓN DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO CARACTERÍSTICAS DEL SUBSUELO Ensayos de laboratorio Perfil estratigráfico ANÁLISIS GEOTÉCNICO TIPO Y PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN ANÁLISIS DE CAPACIDAD PORTANTE Y DEFORMACIÓN ASENTAMIENTOS ESPERADOS RELLENOS DE APROXIMACIÓN Tratamiento de la fundación Estructura en tierra reforzada PERFIL DE SUELO PARA ANÁLISIS DINÁMICO MÓDULO DE REACCIÓN HORIZONTAL (K H ) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES LIMITACIONES DEL DISEÑO

2 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO INTRODUCCIÓN Ingetec S.A suscribió con el Instituto de Desarrollo Urbano el contrato para la ejecución de los estudios correspondientes al diseño del acceso definitivo de la localidad de Suba hacia la Autopista Medellín. En este informe se trata lo relacionado con el estudio geotécnico para el prediseño de la fundación del puente sobre el río Bogotá 1.1. OBJETIVO Determinar los parámetros geotécnicos para el diseño de las cimentación del puente sobre el paso del río Bogotá de la vía de acceso de la localidad de Suba a la autopista Medellín LOCALIZACIÓN El sitio de estudio se localiza aproximadamente entre las abscisas K+205 y K0+250 de la vía de acceso de la localidad de Suba a la Autopista Medellín. En la Figura 2.1 se presenta la localización del puente DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto consiste en un puente de una luz de 45,0 m, compuesto por un tablero en concreto reforzado de 16,65 m ancho, apoyado sobre vigas postensadas las cuales a su vez se apoyan en estribos.

3 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO Para investigar las condiciones del subsuelo se realizaron dos perforaciones localizadas una a cada lado, sobre los jarillones actuales del río Bogotá. La primera perforación PT-1 se realizó a 40,0 m de profundidad y la segunda PT-2 a 18,0 m de profundidad. Su localización se presenta en la Figura 2.1 Las perforaciones se realizaron con equipo de percusión y/o lavado de acuerdo con el tipo de suelo encontrado, efectuando muestreo continuo con tubo Shelby en el caso suelos cohesivos y de tipo Split-Spoon para el caso de suelos friccionantes y llevando a cabo el ensayo de penetración estándar (SPT). En cada una de las perforaciones se efectúo el levantamiento del perfil estratigráfico, nivel freático existente y registro del valor de N para cada caso, cuyos registros se presentan en el Anexo CARACTERÍSTICAS DEL SUBSUELO Ensayos de laboratorio Para el diseño de la cimentación y teniendo en cuenta el tipo de materiales encontrados, se realizaron los siguientes ensayos de laboratorio, además de la clasificación visual efectuada en campo: Humedad natural. Granolumetría por lavado. Límites de consistencia. Compresión inconfinada. Corte directo En el Cuadro se presenta un resumen de los resultados de laboratorio ejecutados y en el Anexo 3 se presentan los registros Perfil estratigráfico Con base en las perforaciones PT-1 y PT-2 efectuadas en el sitio de estudio, se deduce que la estratigrafía del subsuelo es muy heterogénea y, en general, está conformada como se describe a continuación:

4 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO 2-2 De 0 a 4,00 m de profundidad se encuentra un relleno conformado por raíces y escombros en matriz de arcilla y limo orgánico negro. De 4,00 m a 44,00 m de profundidad aparece arcilla limosa de humedad y plasticidad media a alta, consistencia blanda. En la perforación PT-1 se encontraron algunas intercalaciones de arena fina limosa suelta entre los 5 m y 8 m de profundidad La tabla de agua en estos sondeos se encontró entre 1,9 m y 7,0 m de profundidad.

5 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO ANÁLISIS GEOTÉCNICO Del análisis de la información geotécnica, obtenida en las exploraciones de campo y ensayos de laboratorio ejecutados, se presentan a continuación las condiciones geotécnicas para el diseño de la cimentación del puente TIPO Y PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN Se recomienda una cimentación profunda con pilotes prebarrenados trabajando básicamente por fricción. Para el nivel de la base del dado se recomienda una profundidad mínima de 2,0 m 3.2. ANÁLISIS DE CAPACIDAD PORTANTE Y DEFORMACIÓN El análisis de capacidad de carga se realizó a partir de la metodología propuesta por Poulus y Davis en el libro Pile Foundation Analysis and Design analizando pilotes prebarrenados de 0,8 m, 1,0 m y 1,20 m de diámetro y considerando la estratigrafia del subsuelo conformada por de materiales cohesivos (arcillas blandas) de acuerdo con lo encontrado en las investigaciones del subsuelo. La capacidad individual por pilote, obtenida por este método, fue reducida por el efecto de grupo aplicando un factor de 0,67 de acuerdo con lo recomendado por el Código Colombiano de Puentes para una separación entre pilotes de 3*D. En el Anexo 2 se presentan las memorias de cálculo realizadas y las gráficas de capacidad admisible vs profundidad para diferentes diámetros de pilotes. De acuerdo con este análisis y teniendo en cuenta aspectos constructivos, configuración estructural y cargas esperadas, finalmente se escogió la alternativa de pilotes de 0,80 m de diámetro, para el cual se tiene capacidad admisible neta por pilote de 50,0 toneladas a la profundidad de 35,0 m ASENTAMIENTOS ESPERADOS Para efectos de evaluar los asentamientos tanto elásticos, como por consolidación se empleó la metodología consistente en considerar una zapata equivalente ubicada a los 2/3 de la longitud de los pilotes y un espesor del estrato

6 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO 3-2 compresible de 10,0 m. De acuerdo con la configuración estructural y cargas esperadas, para el grupo de pilotes se esperan asentamientos máximos por consolidación del orden de 9 cm RELLENOS DE APROXIMACIÓN De acuerdo con el diseño geométrico del puente se contempla la conformación de rellenos de aproximación al puente con alturas máximas de 5,0 m sin incluir la excavación de descapote. Para el terraplen del sector Suba debido a las limitaciones de espacio se propone la construcción de en muro vertical en tierra reforzada cimentado sobre un relleno de mejoramiento también con tierra reforzada. Para el sector de la la Autopista Medellin el terraplén podrá ser conformado con taludes 2H : 1V Tratamiento de la fundación El nivel de fundación para los terraplenes corresponde a una arcilla limosa para el cual se determinó una capacidad admisible teniendo en cuenta las características de los materiales encontrados y magnitud de los asentamientos esperados de 5,0 t/m 2. De acuerdo con las cargas estructurales para la máxima altura del terraplén se requiere de un mejoramiento a nivel de la fundación con el fin de no sobrepasar los esfuerzos admisibles. El mejoramiento consistirá en la conformación de una plataforma estructural de relleno seleccionado reforzado con geomallas biaxiales. Esta plataforma tendrá una altura de 1,20 m colocada como fundación de los muros en reemplazo del material existente. Se colocaran dos capas de geomalla biaxial tipo BX de Tensar o equivalente, la primera como separación con el material existente y una segunda a los 70 cm de espesor de relleno. Esta plataforma tendrá un ancho igual al del muro mas 1,50 m a cada lado, en toda la longitud del terraplen contenido con los muros reforzados y el relleno en material seleccionado será compactado al 95% de ensayo de proctor modificado Estructura en Tierra Reforzada El sistema de muro en tierra reforzado propuesto es el sistema MESA del grupo Tensar, el cual consiste en un muro de retención de bloques segmentales reforzados con geomallas tipo Tensar o equivalente, que combinan un refuerzo polimérico, un bloque de alta compresión y un conector mecánico creando un sistema unificado. El rendimiento integrado de cada componente asegura una mayor integridad estructural, una construcción simplificada y una durabilidad a

7 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO 3-3 largo plazo. De acuerdo con las características geométricas y condiciones del subsuelo, se realizó un prediseño del muro, cuyos resultados se presentan en el Anexo 2. Este prediseño del muro es válido solamente para los tipos de materiales especificados, de tal forma que cualquier variación requiere un nuevo rediseño PERFIL DE SUELO PARA ANÁLISIS DINÁMICO Para efectos del análisis sísmico y de acuerdo con las investigaciones del subsuelo realizadas, se considera que los suelos de fundación corresponden a un perfil de suelo tipo S 3 según con el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, MÓDULO DE REACCIÓN HORIZONTAL (K H ) De acuerdo con la estratigrafía encontrada, se recomienda utilizar un módulo de reacción horizontal de la subrasante, k h de 360 t/m 3.

8 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De acuerdo con las características de los materiales de fundación y cargas transmitidas por el puente, se recomienda una cimentación profunda con pilotes prebarrenados de 0,80 m de diámetro. El estrato de cimentación corresponde al estrato de arcilla limosa localizado a lo largo del fuste del pilote. La capacidad admisible neta por pilote de 35,0 m de longitud y 0,80 m de diámetro es de 50,0 toneladas Para los rellenos de aproximación al puente en el sector de la localidad de Suba, se propone la construcción de un muro vertical en tierra reforzada, el cual requiere de un tratamiento de mejoramiento en la cimentación consistente en un relleno con material seleccionado reforzado con geomalla biaxial. Se recomienda que los rellenos de aproximación se construyan con suficiente tiempo de anticipación a la construcción de la estructura del pavimento y los pilotes, con el fín de que los suelos de fundación se preconsoliden lo suficiente y no se produzcan deformaciones posteriores en la rasante de la vía.

9 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO LIMITACIONES DEL DISEÑO El prediseño de la fundación del puente se basó en los resultados de las investigaciones de campo y laboratorio realizadas para el proyecto de acuerdo con el alcance del estudio a nivel de prediseño, por lo tanto no se deben considerar para efectos de construcción hasta tanto no se realicen los diseños definitivos. Las investigaciones del subsuelo son puntuales y en consecuencia, se pueden presentar condiciones del subsuelo no detectadas durante dicha investigación. por lo tanto en caso de encontrar condiciones diferentes a las encontradas en este estudio se deben realizar los ajustes y/o correctivos necesarios.