ELECTRIFICADORA DEL META S.A. E.S.P. AMPLIACION DE LAS SUBESTACIONES SURIA, PUERTO LOPEZ Y PUERTO GAITAN 115 kv. ESTUDIO DE SUELOS

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1 AMPLIACION DE LAS SUBESTACIONES SURIA, PUERTO LOPEZ Y PUERTO GAITAN 115 kv. ELECTRIFICADORA DEL META S.A. E.S.P. AMPLIACION DE LAS SUBESTACIONES SURIA, PUERTO LOPEZ Y PUERTO GAITAN 115 kv. ESTUDIO DE SUELOS JUNIO DE 2013

2 TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCION DESCRIPCION DE LA OBRA... 3 SUBESTACION SURIA... 3 SUBESTACION PUERTO LOPEZ... 3 SUBESTACION PUERTO GAITAN CRITERIOS GENERALES EXPLORACIONES DE CAMPO ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO... 5 SUBESTACION SURIA... 5 SUBESTACIÒN PUERTO GAITAN... 6 Nivel de agua libre Descripción de los materiales CRITERIOS PARA EVALUAR CAPACIDAD PORTANTE... 8 Capacidad portante Suelos Granulares Suelos Cohesivos Análisis de capacidad portante CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES LISTADO DE CUADROS Cuadros: Resumen de resultados de ensayos de laboratorio 5 ANEXOS ANEXO 1: ANEXO 2: ANEXO 3: Registros de perforación Ensayos de laboratorio realizados Registro Fotográfico 2

3 INTRODUCCION El presente informe tiene por objeto, definir las recomendaciones requeridas para el diseño de las cimentaciones de los diferentes equipos y estructuras de pórticos para las subestaciones de SURIA, PUERTO LOPEZ y PUERTO GAITAN. DESCRIPCION DE LA OBRA SUBESTACION SURIA La subestación Suria se encuentra ubicada en el km de la vía que conduce de Villavicencio a Puerto López, adelante del peaje La Libertad. Actualmente tiene en el nivel de 115 kv. configuración de barra sencilla con una bahía de transformación para un transformador tridevanado de 40 MVA.; tres bahías de línea, una para recibir la línea proveniente de la subestación Ocoa, la segunda para la salida de la línea hacia la subestación de Puerto López y la tercera para la línea de conexión que sirve a Ecopetrol. La ampliación consiste en una bahía para una segunda línea 115 kv Suria- Puerto López. SUBESTACION PUERTO LOPEZ La subestación Puerto López se encuentra ubicada a la entrada del casco urbano del Municipio de Puerto López. Actualmente tiene en el nivel de 115 kv. configuración de barra sencilla con una bahiade transformación para un transformador bidevanado de 40 MVA; dos bahías de línea, una que recibe la línea de la subestación Suria y la segunda para la salida de la línea hacia la subestación Puerto Gaitán. La obra consiste en construir dos nuevas bahías de línea: la primera para recibir la nueva línea proveniente de la subestación Suria, y la segunda para la salida de la nueva línea hacia la subestación Puerto Gaitán. SUBESTACION PUERTO GAITAN Esta subestación queda ubicada en el área rural a más o menos 17 km. después del casco urbano de Puerto Gaitán en la vía que conduce a Rubiales. 3

4 Actualmente en el nivel de 115 kv. configuración de barra doble con acople y dos bahías de transformación, una de uso y otra de conexión; y tres bahías de línea, una que recibe la línea proveniente de Puerto López, una segunda de conexión y una tercera con un banco de compensación reactiva. La ampliación consiste en la construcción de dos bahías, una para recibir la línea de Puerto López y la otra para reserva de ampliación. CRITERIOS GENERALES El diseño básico de las subestaciones incluye la topografía del área de la subestación, estudios de suelos para el diseño de las cimentaciones, estudios de resistividad del terreno para el diseño de la malla de puesta a tierra, aislamiento y apantallamiento, guías de diseño de estructuras, siluetas, arboles de carga para las diferentes estructuras metálicas requeridas, especificaciones de las obras civiles y electromecánicas, caracterizaciones y dimensionamiento de equipos. Del diseño se editarán los documentos pertinentes como, diagramas unifilares, memorias de cálculo, planos y demás documentos para licitación. Para la construcción, en general la utilización de materiales, los diseños y cálculos de estructuras de concreto, cimentaciones de equipos y estructuras metálicas, se regirán por lo estipulado al respecto en la última versión de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo- Resistente (NSR 10). La calidad de materiales y procedimientos constructivos a emplear serán los recomendados por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas ICONTEC, según Normas NTC (o ASTM o IEC o equivalentes) que apliquen. EXPLORACIONES DE CAMPO Para cumplir el objeto anteriormente descrito, se programaron y realizaron en cada una de las subestaciones perforaciones con barreno manual llevados hasta una profundidad de 6.00 mts. En cada una de las citadas investigaciones, se realizaron ensayos de penetración estándar, recuperando muestras representativas de los materiales encontrados para la realización de ensayos de laboratorio que consistieron básicamente en: a. Obtención de la humedad natural b. Granulometría c. Lavado sobre tamiz No 200 d. Límite líquido e. Límite plástico. 4

5 En los casos donde se encontraron suelos cohesivos blandos se hicieron mediciones de resistencia al corte in situ con veleta de campo. De esta forma se obtuvo la clasificación SUSC de cada uno de los estratos encontrados. El registro de cada una de las perforaciones y los resultados de las pruebas in situ de penetración estándar, se presentan en el Anexo 1. En el Anexo 2 se muestra el detalle de los ensayos de laboratorio realizados. El plano de localización de sondeos se incluye en el Anexo 3 ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO A continuación se presenta un cuadro donde se resumen los resultados de los ensayos de laboratorio y campo efectuados. SUBESTACION PUERTO LOPEZ Sondeo Muestra Profundidad Pasa W LL LP IP N No. No. (mts) T200 (%) (%) (%) (%) (golpes/pie) C U* (kg/cm 2 ) USC CL SC SC CL SC SC CL CL SC CL >1.0 CL SC SUBESTACION SURIA Sondeo Muestra Profundidad Pasa W LL LP IP N No. No. (mts) T200 (%) (%) (%) (%) (golpes/pie) C U* (kg/cm 2 ) USC CL >1.0 CL NL NP SM CL CL 5

6 SC CL >1.0 CL SC SUBESTACIÒN PUERTO GAITAN Sondeo Muestra Profundidad Pasa W LL LP IP N No. No. (mts) T200 (%) (%) (%) (%) (golpes/pie) C U* (kg/cm 2 ) USC CL CH CH CH >1.0 CH CH CH >1.0 CH CH CL >1.0 CH CH CL CH CH Nivel de agua libre En los sondeos realizados en campo, no se registró nivel de agua libre DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES De acuerdo con los resultados de los sondeos y ensayos de laboratorio realizados se deduce a continuación las características del subsuelo en cada uno de los sitios investigados. SEBESTACION PUERTO LOPEZ Los cuatro sondeos realizados en esta subestación muestran resultados muy similares, los cuales se presentan a continuación: 6

7 Superficialmente se encuentra una capa de relleno conformada por grava y gravilla en matriz areno-limosa o arena-arcillosa, cuyo espesor varía entre 0.10 y 0.20 mts El suelo natural subyacente está conformado por una arcilla arenosa de consistencia media a alta, clasificada, como CL, con valores de resistencia al corte no drenada, medidas con veleta de campo, varía entre 0.47 y 0.62 Kg/cm², incrementándose la profundidad hasta estar por encima de 1.0 Kg/cm² a los 3.00 mts, en los sondeos 3 y 4. El espesor de esta capa oscila entre 2.30 y 3.20 mts. Por debajo de la anterior se encuentra en todos los sondeos una arena arcillosa rojiza de densidad media a alta y baja humedad, clasifica como SC. Los resultados de los ensayos de Penetración Standard realizados varían entre 26 y 40 golpes/pie. Este estrato continua hasta la terminación de los sondeos a 6.00 mts de profundidad. SUBESTACION SURIA Las capas encontradas fueron las siguientes: /0.20 Capa de gravilla 0.15/ /4.10 Relleno. Gravas aluviales en matriz arenosa. Densidad media a alta. 1.30/ /4.10 Arcilla arenosa de consistencia media a alta. Clasifica como CL. Su resistencia a la corte no drenada varía entre 0.52 y 0.85 Kg/cm². 3.90/ Capa de arena arcillo-limosa con trazas de gravas. Clasifica como SM o SC. Tiene una densidad media con valores de N en el SPT comprendidos entre 24 y 27 golpe/pie. SUBESTACION PUERTO GAITAN 7

8 En esta subestación en todos los sondeos se encontró un material arcillo-arenoso de color café cobrizo o rojizo, clasificado como CH mayoritariamente. En las capas superficiales, hasta profundidades de 3.00 mts o inferior la consistencia del material se catalogó como baja a media con resistencia al corte no drenada oscilando entre 0.28 y 0.62 Kg/cm². Las capas inferiores aumentan considerablemente su dureza presentando valores de cohesión superiores a 1.0 Kg/cm². CRITERIOS PARA EVALUAR CAPACIDAD PORTANTE Para determinar la capacidad de soporte a utilizar en el diseño de los cimientos se tienen en cuenta dos criterios básicos. La carga ultima de falla del suelo y el asentamiento permisible. Para evaluar la carga de falla del subsuelo se utilizó la teoría clásica de Terzaghi que se describe a continuación según se trate de suelos granulares o cohesivos, aclarando que el estrato de cimentación proyectado es de carácter cohesivo: Capacidad portante Suelos Granulares Se considera el comportamiento del suelo como típicamente granular en los casos que exista un claro predominio de arenas, gravas, limos no plásticos o mezclas de los mismos en la composición de los suelos. Los limos no plásticos se incluyen dentro de esta categoría de acuerdo a los criterios expresados por Terzaghi, Peck y diferentes autores, en varias publicaciones clásicas. Para este tipo de suelos se asume un valor de cohesión = 0 y se aplica la ecuación: En donde: q u = C Nc : Peso Unitario de Suelo (Ton/m 3 ) Df: Nq: Profundidad de cimentación (m.) Factor de capacidad de carga (Adimensional) B: Ancho del cimiento. Se supuso un valor mínimo de 1.0 m. N : Factor de capacidad de carga (Adimensional) 8

9 Los valores de los parámetros N y N q se obtienen en función del ángulo de fricción interna del suelo, para lo cual se utilizan métodos y correlaciones ampliamente difundidos en libros clásicos de mecánica de suelos (Terzaghi, Peck). El ángulo de fricción se evalúa utilizando la correlación recomendada por Meyerhoff y otros autores y que establece que: N Siendo N el número de golpes en el ensayo de penetración Standard El resultado así obtenido se divide por un factor de seguridad de 2.5 para obtener la capacidad de soporte admisible neta del suelo. Suelos Cohesivos Se considera el comportamiento de un suelo como típicamente cohesivo, cuando existe un claro predominio de materiales arcillosos o limos de alta plasticidad o mezclas de los mismos. Para este casos se asumió la condición = 0 y la capacidad de soporte se determinó por la ecuación: q u = C Nc En donde: q U : Capacidad ultima de soporte (Ton/m²) C: Cohesión del suelo (Ton/m²) N C : Factor de capacidad (Adimensional) : Peso unitario del suelo (Ton/m 3 ) D f : Profundidad de cimentación (m) La cohesión del suelo o resistencia al corte no drenada se determinó mediante la correlación propuesta por Bowles (C U =0.081N, siendo N el número de golpes del ensayo SPT), o mediante ensayos con veleta de campo in situ. El resultado así obtenido se divide por un factor de seguridad de 3.0 para determinar la capacidad de soporte admisible neta a utilizar en el diseño de las cimentaciones. ANÁLISIS DE CAPACIDAD PORTANTE 9

10 La presión de trabajo para la cual deben ser diseñados los cimientos se calcula a continuación de acuerdo con los criterios presentados en el numeral 6 de este informe para cada una de las subestaciones. SUBESTACION PUERTO LOPEZ: Pueden utilizarse cimentaciones superficiales apoyadas sobre el suelo arcillo-arenoso de consistencia firme encontrados en todos los sondeos. La profundidad mínima de cimentación recomendada es de 1.00 mts. La ecuación utilizada en términos de capacidad neta es: En donde: q U: q u = C Nc Capacidad ultima neta de soporte del suelo C: Resistencia al corte no drenada del suelos. Se tomó un promedio de 0.57 Kg/cm² = 57 Ton/m² N C: Factor de capacidad = 5.14 para ϕ = 0 Así tendríamos Utilizando un factor de seguridad de 3 q U:: C Nc = 5.7x5.14 = Ton/m² 28.8 qu = 1.0 Ton/m² = 1.0 Kg/cm² 3 Este sería el valor máximo de presión aplicar al suelo para disponer de una adecuada seguridad contra la falla por corte y asentamientos admisibles. SUBESTACION SURIA: Puede utilizarse cimentaciones superficiales apoyadas sobre los suelos naturales arcillo-arenoso subyacentes al relleno superficial. La profundidad mínima de cimentación recomendada es de 1.50 mts. La ecuación utilizada es: En donde: q u = C Nc q U: Capacidad ultima neta de soporte del suelos 10

11 C: Resistencia al corte no drenada del suelo. Se asumió un promedio de 0.7 Kg/cm² o 7 Ton/m².. N C: Factor de capacidad = 5.14 Así tendríamos: q U:: C Nc = 7x5.14 = = 36 Ton/m² Utilizando un factor de seguridad de 3 36 q a = 1.2 Kg/cm² 3 Este sería el valor máximo de presión a aplicar al suelo para disponer de una adecuada seguridad contra la falla por corte y asentamientos admisibles SUBESTACION PUERTO GAITAN: Puede utilizarse cimentaciones superficiales apoyadas sobre el suelo arcillo-arenoso de consistencia media encontrada en todos los sondeos. La profundidad mínima de cimentación es de 1.00 mts. La ecuación utilizada es: q u = C Nc En donde: q U: Capacidad ultima neta de soporte del suelo C: Resistencia al corte no drenada del suelos. Se tomó un promedio de 0.44 Kg/cm² o 0.44 Ton/m² N C: Factor de capacidad = 5.14 para ϕ = 0 Así tendríamos q U:: C Nc = 4.4x5.14 = 22.6 Ton/m²= 2.26 Kg/cm² Utilizando un factor de seguridad de 3 11

12 2.26 qu = 0.75 Kg/cm² = 7.5 Ton/m² 3 Este sería el valor máximo de presión aplicar al suelo para disponer de una adecuada seguridad contra la falla por corte y asentamientos admisibles. CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES La cimentaciones de los diferentes equipos y estructuras a colocar en las subestaciones pueden ser de tipo superficial diseñadas para transmitir al suelo las presiones de contacto indicadas en el numeral 7 del presente informe. La profundidad mínima de cimentación recomendada está indicada en el numeral 7 del presente informe. El presente informe esta basado en los resultados de investigaciones puntuales efectuadas en el área prevista para las construcciones. En caso de que en el proceso constructivo se encentren situaciones claramente diferentes deberá darse aviso al Ing. Geotecnista para tomar las medidas correspondientes. Para efectos de diseño sismo resistente el suelo clasifica como tipo E en una zona de riesgo sísmico alta en Villavicencio, Intermedia en Puerto López y Baja en Puerto Gaitán. 12