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AlfonsoV r ¡be S. y Cía. S. A.
-Estudios de suelos
ESTUDIO DE SUELOS Y ANÁLISIS DE CIMENTACIONES
ESTACIONES DE TRANSMILENIO AUTOPISTA NORTE CON
CALLE 187 Y AUTOPISTA NORTE ENTRE CALLES 191 Y 192
AUS-10104
Dr. ALVARO HERNÁNDEZ SUÁREZ
ABRIL 28 DE 2011
Carrera 16 No. 93A - 36 Ot. 301 - PBX: 6347906 - 634 8308 - Bogotá, D.C. - ColombiaE-mail: auribe@etb.net.co
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TABLA DE CONTENIDO
Página No.
1. INTRODUCCiÓN 1
2. OBJETIVO PRINCIPAL 2
3. METODOLOGíA 2
4. CARACTERíSTICAS DEL PROYECTO 3
5. EXPLORACiÓN DEL SUBSUELO Y ENSAYOS DE LABORATORIO 4
6. SUBSUELO 5
7. MODELO GEOTÉCNICO 7
8. CIMENTACiÓN 7
9. CONSTRUCCiÓN 9
10. CARACTERIZACiÓN SíSMICA 10
11. INSTRUMENTACiÓN 11
CUADRO
FIGURAS
ANEXO A ENSAYOS DE LABORATORIOANEXO B RECOMENDACIONES PARA LA CONSTRUCCiÓN DE PILOTES
PREEXCAVADOS Y FUNDIDOS IN SITU Y CON TORNILLOCONTINUO
ANEXO C MEMORIAS DE CÁLCULO
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Estudios de suelos AUS-10104
TABLA DE CONTENIDO
Página No.
1. INTRODUCCiÓN 1
2. OBJETIVO PRINCIPAL 2
3. METODOLOGíA 2
4. CARACTERíSTICAS DEL PROYECTO 3
5. EXPLORACiÓN DEL SUBSUELO Y ENSAYOS DE LABORATORIO 4
6. SUBSUELO 5
7. MODELO GEOTÉCNICO 7
8. CIMENTACiÓN 7
9. CONSTRUCCiÓN 9
10. CARACTERIZACiÓN SíSMICA 10
11. INSTRUMENTACiÓN 11
CUADRO
FIGURAS
ANEXO A ENSAYOS DE LABORATORIOANEXO B RECOMENDACIONES PARA LA CONSTRUCCiÓN DE PILOTES
PREEXCAVADOS Y FUNDIDOS IN SITU Y CON TORNILLOCONTINUO
ANEXO C MEMORIAS DE CÁLCULO
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ESTUDIO DE SUELOS Y ANÁLISIS DE CIMENTACIONES
ESTACIONES DE TRANSMILENIO AUTOPISTA NORTE CON
CALLE 187 Y AUTOPISTA NORTE ENTRE CALLES 191 Y 192
Dr. ALVARO HERNÁNDEZ SUÁREZ
1. INTRODUCCiÓN
El Ingeniero Álvaro Hernández Suárez contrató a Alfonso Uribe S. y Cía. S.A. el
estudio de suelos y análisis de cimentaciones para dos Estaciones de
Transmilenio ubicadas en la Autopista Norte con Calle 187 y Autopista Norte entre
Calles 191 Y 192, en esta ciudad.
En este informe se incluye inicialmente el objetivo principal del informe y la
metodología llevada a cabo para cumplir el objetivo. Luego se hace una
descripción de las dos Estaciones. A continuación se incluye en el estudio la
investigación geotécnica realizada y el perfil estratigráfico encontrado a partir de
dicha investigación. Por último, se concluye sobre el sistema de cimentación más
conveniente para las dos Estaciones, incluyendo tipo y profundidad de
cimentación, capacidades de soporte, asentamientos, parámetros para el diseño
estructural y recomendaciones constructivas.
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2. OBJETIVO PRINCIPAL
El objetivo principal del estudio fue establecer el sistema de cimentación más
conveniente para las dos Estaciones de Transmilenio y teniendo en cuenta la
interferencia existente por la tubería de Tibitoc.
3. METODOLOGíA
Para cumplir el objetivo propuesto, se siguió la siguiente metodología:
1. Análisis de la información existente correspondiente a los estudios de
suelos efectuados por esta Compañía para el nuevo Puente Peatonal
construido en el sitio, el Puente Vehicular de la Calle 183, así como gran
número de perforaciones realizadas para la ampliación de la Autopista
Norte entre Calles 183 y 195.
2. Determinar la cantidad y profundidad de las perforaciones, con el tipo de
ensayos in situ a ejecutar y ensayos de laboratorio en función del
conocimiento del perfil estratigráfico.
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3. Determinar un modelo geotécnico para efectuar los análisis de suelos y
cimentaciones y establecer el diseño de fundación más conveniente para
las dos Estaciones.
4. CARACTERíSTICAS DEL PROYECTO
En la Figura No. 1 se encuentra la localización general de las dos nuevas
Estaciones, una en la Calle 187 y otra entre Calles 191 y 192 con Autopista Norte.
En esta localización general también se incluye la ubicación del Puente Peatonal
existente en la Calle 187.
En las Figuras No. 2 y 3 se muestra en detalle las dos Estaciones.
Las nuevas estructuras serán metálicas con apoyos en las Estaciones que varían
entre 0.5 Y 1.0 T/m2. Para estas Estaciones las cargas en pedestal alcanzan
valores de 30 T, teniendo en cuenta que existirán apoyos puntuales a lado y lado
de la tubería de red matriz Tibitoc.
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5. EXPLORACiÓN DEL SUBSUELO Y ENSAYOS DE LABORATORIO
Para la exploración del subsuelo se efectuaron 8 perforaciones así:
• Estación Calle 187
~ Perforación P1
~ Perforación P2
~ Perforación P3
~ Perforación P4
• Estación Calle 191-192
>- Perforación P5
>- Perforación P6
~ Perforación P7
~ Perforación P8
En las perforaciones se efectuaron ensayos de veleta de corte de campo. ensayos
de resistencia a la penetración estándar SPT y ensayos de resistencia a la
penetración del cono holandés CPT.
4 :;t=\8
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Se obtuvo buen número de muestras remoldeadas para su clasificación visual y
para efectuar en el laboratorio ensayos de clasificación y humedad. Así mismo se
obtuvieron muestras inalteradas en tubos Shelby, sobre las que se llevaron a cabo
ensayos de consolidación, compresión inconfinada y clasificación.
Los resultados de las perforaciones y su localización aparecen en las Figuras
No. 4 Y 5 Y los ensayos de laboratorio en el Anexo A.
6. SUBSUELO
De acuerdo con las ocho perforaciones efectuadas, se corrobora el perfil
estratigráfico existente en el sector y el cual fue determinado con anterioridad
mediante los estudios realizados por esta Compañía para el Puente Peatonal
existente, el Puente Vehicular de la Calle 183 y las perforaciones realizadas para
la ampliación de la Autopista Norte.
Las dos Estaciones se encuentran ubicadas sobre el Depósito Lacustre de la
Sabana de Bogotá, que está conformado por arcillas de alta plasticidad y
compresibilidad y que en el sitio tienen espesores superiores a
100 m. Las variaciones en el perfil se encuentran principalmente en los metros
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superiores por la presencia de rellenos que fueron colocados en el separador
central para lograr los niveles actuales.
El perfil estratigráfico se puede describir así:
a. Superficialmente aparecen rellenos en tierras varias, arcillas, escombros y
la capa vegetal, con espesores en conjunto que varían entre 0.9 y 2.0 m.
Estos rellenos se encuentran sueltos sin ningún tipo de compactación, por
lo tanto, no presentan ni las características físicas, ni de compactación
adecuadas para soportar ninguna carga.
b. Hay luego limos arcillosos de color café a café claro, con una consistencia
media y que llegan a profundidades que varían entre 1.4 y 2.7 m bajo la
superficie.
c. A este nivel se encuentran arcillas de color gris a gris verdoso, con una
consistencia media, que alcanzan profundidades que varían entre 2.1 y
3.2 m bajo la superficie.
d. Aparecen por último arcillas de color gris oscuro y café, con una
consistencia media a blanda y las cuales alcanzaron la profundidad de
investigación.
6("¡ro,];;0 _
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En el momento de realizar las perforaciones se encontró agua acumulada en los
rellenos en buena parte de los sitios de investigación y a profundidades
comprendidas entre 0.9 y 1.1 m. En otras de las perforaciones el agua libre se'.
estabilizó en suelo natural a profundidades en promedio de 3 m.
7. MODELO GEOTÉCNICO
Para establecer el modelo geotécnico se utilizaron los resultados de las
perforaciones, ensayos in situ y ensayos de laboratorio. Se determinó un estrato
superior conformado por rellenos con un espesor máximo de 1.9 m, un segundo
estrato conformado por limos arcillosos y arcillas de color café, café claro y gris
verdoso hasta una profundidad de 3.0 m y un tercer estrato conformado por
arcillas de color gris oscuro y café hasta la profundidad de investigación.
8. CIMENTACiÓN
Teniendo en cuenta los espesores de los rellenos, las características de las
arcillas del perfil y en especial la interferencia de la tubería de la red matriz de
Tibitoc, se ha concluido que la cimentación más conveniente para las dos
AlfonsoV r ¡be S. y e í (J. s, Po"
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Estaciones estará conformada por pilotes preexcavados y fundidos in situ, que
trabajarán por fricción en los suelos arcillosos del perfil.
Según los análisis realizados, la profundidad de la punta de los pilotes en las",
Estaciones será como mínimo de 18 m bajo la superficie actual.
Para determinar la capacidad de soporte de los elementos, se determinó una
ecuación de resistencia al corte con profundidad a partir de los ensayos de
resistencia a la penetración del cono CPT, los ensayos de veleta de corte de
campo y los ensayos de compresión inconfinada. Es muy importante anotar, que
en el Puente Vehicular de la Calle 183 se realizó una prueba de carga, cuyos
resultados también se usaron para calibrar el modelo geotécnico.
Con todo lo anterior, se determinó la capacidad de soporte de los pilotes según se
muestra en las memorias de cálculo. En el Cuadro No. 1 aparece la capacidad de'-1'
J r"
soporte de los pilotes para varios diámetros y profundidades. Se recomiendaIr r:<J "
escoger elementos de 0.3 y 0.4 m de diámetro, que pueden ser construidos por el ~~;~
sistema de hélice continua, con las ventajas que se describen en el numeral de
Construcción.
Se utilizarán uno o varios pilotes por apoyo y en caso de ser varios quedarán \ ~::,~.(
separados por una distancia como mínimo de 3.5 veces su diámetro entre centros, \ l>;j~:
éi~2.•••.....l. o',) ~.' '.
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Sobre los pilotes se harán dados o cabezales que llevarán las cargas de los
apoyos a los elementos de fundación y de común acuerdo con el Ingeniero
Estructural, se determinará a nivel de pedestal, la ubicación de posibles vigas de
amarre.
En la Figura No. 6 aparecen los módulos de reacción horizontal y vertical para los
pilotes.
Con este sistema de cimentación se han calculado asentamientos teóricos
máximos de 3 cm, con asentamientos diferenciales despreciables.
9. CONSTRUCCiÓN
Al igual que en la construcción del Puente Peatonal existente y del Puente
Vehicular, en el sitio de las dos Estaciones, existe la interferencia del tubo de la
red matriz de Tibitoc. La afectación del tubo por la construcción de los pilotes se
considera prácticamente nula, manteniendo una distancia entre la tubería y el
centro de los pilotes como mínimo de 3.0 m. Lo anterior se pudo comprobar con la
instrumentación realizada en el Puente de la Calle 183, donde se usaron
máquinas de mayor peso que las de hélice contínua, observando movimientos
prácticamente nulos en inclinómetros. extensómetros y sin variaciones en los
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niveles de agua en los piezómetros tipo Casagrande y de hilo vibrátil. De todas
formas, en la ejecución de estas obras se considera necesario realizar la
instrumentación que se describe adelante.
Los pilotes de 'hélice continua y al diseñar con diámetros de 0.3 y 0.4 m,
corresponden a los elementos de mayor eficiencia por su relación área-perímetro.
Adicionalmente, no es necesario utilizar lodos bentoníticos o polímeros y la
velocidad de ejecución es alta. En el Anexo B aparecen otras recomendaciones
para la construcción de los pilotes.
10. CARACTERIZACiÓN SíSMICA
Según la norma NSR-10 el suelo se puede clasificar como tipo F.
El terreno se encuentra ubicado en la Zona Lacustre 200 del Mapa de
Microzonificación Sísmica de Bogotá. Para el diseño se utilizará el espectro
definido por el Decreto 523 del 16 de Diciembre de 2010. De todas formas es
indispensable que se verifique con la Curaduría Urbana respectiva la
Microzonificación Sísmica mencionada antes de iniciar el diseño estructural.
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11. INSTRUMENTACiÓN
Como se mencionó anteriormente, es indispensable realizar una instrumentación
mediante mediciones topográficas de niveles sobre la tubería de Tibitoc y
mediante la instalación de inclinómetros. piezómetros y extensómetros a lado y
lado de la tubería para poder monitorear en todo momento el comportamiento del
subsuelo.
En la Figura No. 7 aparece la localización de los diferentes aparatos. Se
instalarán en cada Estación cuatro piezómetros tipo Casagrande y dos de hilo
vibrátil a 12 m de profundidad. Así mismo, en cada Estación se instalarán tres
extensómetros y cuatro inclinómetros. Los extensómetros tendrán una
profundidad de 15 m y los inclinómetros una profundidad de
10 m. Todos los aparatos se instalarán en un lapso de tiempo como mínimo de 20
días antes de iniciar la construcción de los pilotes tomando al menos una lectura
semanal. Luego durante la construcción de los pilotes se harán tres lecturas
semanales y posteriormente terminados los pilotes y durante un lapso de 45 días
se harán lecturas semanales.
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Por último, se solicita copia del plano de cimentación elaborado por el Ingeniero
Calculista para su revisión. Adicionalmente se visitará la obra durante la
construcción de la fundación para aprobar el suelo de apoyo.
Estaremos atentos a resolver cualquier inquietud al respecto.
Atentamente,
f I~~~¿,....-Matrícula 25202-20489
Aus/nal
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CALLE 187 Y AUTOPISTA NORTE ENTRE CALLES 191 Y 192
CUADRO PRELIMINAR DE CAPACIDAD DE SOPORTE DE PILOTES(Ton)
Z Diámetros (m)(m) 0.30 0.40 0.50 0.6018 13.5 17.7 21.7 25.619 14.8 19.4 23.9 28.220 16.2 21.2 26.1 30.821 17.6 23.1 28.4 33.622 19.1 25.0 30.8 36.4
23 20.6 27.0 33.3 39.324 22.1 29.1 35.8 42.4
25 23.7 31.2 38.5 45.5
La profundidad de la punta Z (m) está referida al nivel de la superficieactual.
CUADRO NO.1
r;7