30

4 RECOPILACIN DE INFORMACIN La obtencin de la informacin secundaria disponible de la zona de estudio se orient hacia cuatro campos especficos:

Estudio de Microzonificacin Ssmica de Cali: Sub-proyectos de Amenaza Ssmica, Geologa, Geofsica, Geotecnia y Respuesta Ssmica.

Datos complementarios de estudios geolgicos, hidro-geolgicos, geofsicos locales y regionales, estratigrafa de pozos profundos, investigaciones acadmicas, entre otros.

Estudios geotcnicos detallados realizados en los ltimos aos, no considerados en la Base de Datos Geotcnica (BDG) conformada para el estudio MZS Cali.

Consultas particulares sobre el tema a profesionales de reconocida experiencia local y general en las reas de geotecnia, geologa y geofsica.

En la siguientes Tablas se relaciona la informacin ms relevante recopilada del abanico de Caaveralejo, indicndose la correspondiente rea tcnica de estudio y las fuentes.

Tabla 4.1. Relacin de informacin secundaria obtenida por rea de estudio y fuente.

rea Producto consultado Fuente

GEO

TECN

IA

Estudio de Microzonificacin Ssmica de la ciudad de Cali (MZS Cali) INGEOMINAS DAGMA, 2005. DAGMA

Tesis de pregrado: "Sobre el Comportamiento Ssmico de los Depsitos de Caaveralejo". Rosales C., C., 2001. UNIVALLE Base de Datos Geotcnica de la ciudad de Cali Abanico aluvial del ro Caaveralejo. INGEOMINAS DAGMA, 2005. A.I.V.

Estudios geotcnicos de proyectos habitacionales y comerciales (14) SAYA Estudios geotcnicos de proyectos habitacionales (2), canales y redes (11) G.R.Q. Asesora profesional. G.A.V.R.

GEO

LOG

A

"Hidro-geologa del Valle del ro Cauca entre Santander de Quilichao y el ro Sonso". lvarez, A. y Tenjo, S., 1971. INGEOMINAS Inventario de pozos profundos del rea urbana de la ciudad de Cali Columnas Litolgicas (descripcin general). C.V.C. Microzonificacin Ssmica y Estudios Generales de Riesgo Ssmico para las ciudades de Palmira, Tulu y Buga. Universidad de los Andes, 2005. C.V.C.

Asesora profesional. G.P.Q.

GEO

FSIC

A "Estudio Gravimtrico del Valle del ro Cauca" (Departamento del Valle del Cauca). Bermdez G., A., Garzn B., M., 1985. I.G.A.C. "Evaluacin de la Informacin Geolgica y Geofsica de la Cuenca del Valle del ro Cauca". Rodrguez G., J. et al., 1980. INGEOMINAS

Asesora profesional. E.J.S.

31

Tabla 4.2. Abreviaturas empleadas para relacionar las fuentes bsicas de informacin.

Abreviatura Nombre de la empresa, entidad o profesional INGEOMINAS Instituto Colombiano de Minera y Geologa Sede Cali. Biblioteca

UNIVALLE Universidad del Valle Sede Cali. Biblioteca "Mario Carvajal" DAGMA Departamento Administrativo de Gestin del Medio Ambiente, Cali I.G.A.C. Instituto Geogrfico Agustn Codazzi Sedes Cali y Bogot C.V.C. Corporacin Autnoma Regional del Valle del Cauca A.I.V. Asociacin de Ingenieros del Valle SAYA SAYA Ingeniera y Geoambiente Ltda. (Ingenieros consultores) E.J.S. Elkin de Jess Salcedo, Licenciado Matemticas y Fsica, Ph.D.

G.A.V.R. Germn Alberto Villafae Ricci, Ingeniero Civil, M.E. G.P.Q. Gabriel Paris Quevedo, Gelogo, MSc. G.R.Q. Gabriela Ramrez Quintero, Ingeniera Civil, Especialista (Consultora)

A partir de la revisin, relacin y anlisis de esta informacin se defini tanto la geometra (espesores de estratos y nivel del basamento) como las propiedades geotcnicas bsicas de los perfiles estratigrficos requeridos para la modelacin de la respuesta ssmica del depsito. En los siguientes apartes se resumen algunos de los aspectos ms relevantes de la informacin recopilada de los campos de bsqueda.

44..11 MMIICCRROOZZOONNIIFFIICCAACCIINN SSSSMMIICCAA DDEE CCAALLII De la informacin disponible en el estudio de microzonificacin ssmica de Cali se logr extraer la mayor cantidad de datos correspondientes a las temticas de amenaza ssmica, geologa, geofsica, geotecnia y respuesta ssmica. Adicional a lo indicado en el literal 3.2, a continuacin se incluyen los detalles ms relevantes de la informacin obtenida.

4.1.1 Amenaza ssmica Los escenarios que contribuyen a la amenaza local para la ciudad de Cali corresponden a las fuentes sismo-gnicas Cortical y de Subduccin superficial y profunda (Benioff). La magnitud de sismo Mw (momento) depender de la fuente que se considere, con valores para el caso ms general entre los 5.80 y +7.50 (INGEOMINAS, 2005).

La contribucin a la amenaza ssmica local de cada ambiente tectnico depender en especial de las caractersticas del depsito, el perodo fundamental del sitio (corto, medio o largo), la profundidad, etc. El mayor aporte se espera de fuentes de la ZZoonnaa BBeenniiooffff (centro), Corticales cercanas (Sistema de Fallas Cali-Pata, sector Cali) y la Zona de Subduccin (sur y centro). En las siguientes Tablas se aprecian las generalidades de las tres fuentes o ambientes tectnicos y las seales caractersticas o tpicas consideradas en la evaluacin de la amenaza, las cuales fueron adoptadas para este estudio.

32

Tabla 4.3. Caractersticas de las fuentes tectnicas que aportan a la amenaza ssmica.

Escenario Fuente Prof. [km] D. Epic. [km] Mw amax [g] Cortical (superficial) Cercana 0.0 30 20 100 5.8 6.5 0.17 0.23 Subduccin superficial Lejana 0.0 30 70 300 +7.5 0.10 0.23 Subduccin profunda Intermedia 70 200 20 200 6.8 7.8 0.17 0.23

Tabla 4.4. Caractersticas de las seales tpicas evaluadas para la amenaza ssmica.

Escenario Prof. [km] D. Epic. [km] Mw amax [g] To [s] Cortical (superficial) 6.0 15.0 21 49 5.8 6.6 0.13 0.25 0.10 0.38 Subduccin superficial 21.0 32.0 83 185 7.2 8.1 0.07 0.22 0.06 0.34 Subduccin profunda 61.0 117.0 89 119 6.5 7.9 0.12 0.28 0.08 0.12

4.1.2 Geologa y geofsica La geomorfologa de la zona corresponde a una unidad de origen fluvial caracterizada por depsitos aluviales con forma de "abanicos" de pendiente suave, interdigitados y limitados por la llanura del ro Cauca, y disectados ligera a moderadamente. La unidad geolgica superficial corresponde a abanicos aluviales con materiales asociados a flujos torrenciales depositados por el rio Caaveralejo al llegar a la planicie aluvial del rio Cauca debido a la prdida repentina en la capacidad de arrastre de las corrientes por la disminucin en la pendiente del terreno. La parte ms distal est conformada por materiales finos y mejor seleccionados que los ubicados hacia el pice, donde son ms gruesos y mal gradados.

Respecto de las investigaciones geofsicas, en la siguiente Figura se indican detalles de los perfiles obtenidos de los modelos gravimtricos de estudios regionales.

Figura 4.1. Perfil gravimtrico regional al Norte de la ciudad de Cali (INGEOMINAS, 2005).

De los estudios gravimtricos y lneas de reflexin ssmica evaluados se interpretaron tres unidades: 1) Depsitos Cuaternarios no consolidados a poco consolidados con una

33

densidad promedio de 1.70 g/cm3 y un espesor entre los 1.70 km y 2.0 km hacia el centro; 2) Unidades Terciarias con densidad promedio de 2.40 g/cm3 y un espesor cercano a los 2.0 km en el centro; y 3) Basamento cristalino constituido por la Formacin Volcnica con una densidad de 2.80 g/cm3.

A partir de los resultados de los perfiles gravimtricos11 obtenidos de estudios locales, se determinaron mapas de iso-profundidades para la identificacin del techo del Terciario (o contacto Cuaternario-Terciario) y el techo del basamento geolgico (Cretcico), mediante los contrastes de densidad entre los diferentes materiales; ver detalles en la Figura 4.2.

Figura 4.2. Iso-profundidades del contacto Cuaternario-Terciario (INGEOMINAS, 2005).

De los estudios geoelctricos efectuados, en la Figura 4.3 se visualiza la variacin de la resistividad del suelo con la profundidad mediante un perfil transversal a la zona, donde se identificaron depsitos aluviales Cuaternarios con predominio arcilloso (limos arcillosos y arcillas arenosas con lentes gruesos ocasionales) con resistividades de 2 a 19 Ohm-m y un espesor superior a los 120 m, presentando zonas interdigitadas de mayor contenido arenoso (gravas, arenas y limos arenosos saturados e intercalaciones menores de arcilla) con resistividad entre los 32 y 118 Ohm-m.

11 Estudio del subsuelo que busca medir las pequeas variaciones del valor de la gravedad causadas por cambios de

densidad de los materiales del subsuelo, tanto en forma lateral como la profundidad. 1 Gal = 1 cm/s2.

34

Figura 4.3. Perfil geoelctrico W-E transversal al abanico Caaveralejo (INGEOMINAS, 2005).

De los resultados obtenidos de los ensayos de la ssmica de refraccin, los valores de velocidad de onda S (Vs) para la mayora de las lneas medidas en depsitos aluviales presentaron valores ms altos que los establecidos en la literatura tcnica internacional, as como de los resultados de las pruebas down-hole, lo cual pudo estar relacionado con la complejidad y heterogeneidad de los materiales finos-gruesos de alto grado de saturacin.

4.1.3 Geotecnia y respuesta ssmica En la Tabla 4.5 se resumen los trabajos realizados de investigacin geotcnica del subsuelo, consistentes en perforaciones mecnicas y pruebas in-situ, y la relacin de los ensayos dinmicos en laboratorio; en la Figura 4.5a) se aprecian los perfiles de velocidad de onda cortante Vs con la profundidad derivados de los ensayos de geofsica tipo down-hole efectuados en tres de los sondeos. En la Figura 4.4 se aprecian detalles de algunas de las muestras de tendencia orgnica o de turbas recuperadas en el sondeo P-21 (C.C. Palmetto Plaza) a profundidades posteriores a los 85 m.

Tabla 4.5. Exploracin geotcnica y ensayos de campo y laboratorio (INGEOMINAS, 2005).

Sondeo Sitio Prof. [m] Muestras Geofsica Tx. Cclico P-03 Veldromo A.N.P. 66.8 65 Down-hole 4 P-04 Canchas Panamericanas 55.5 58 Down-hole 3 P-21 C.C. Palmetto Plaza 100.8 80 -- 6 P-22 Instituto Tobas Emanuel 50.6 35 -- 4 P-30 Vientos de Guadalupe 52.1 35 Down-hole 3

35

Figura 4.4. Detalles de muestras recuperadas en el sondeo P-21 (INGEOMINAS, 2005).

De los anlisis y la modelacin de la respuesta ssmica local se determinaron los perodos fundamentales o elsticos del depsito a partir de microtrepidaciones12 (Mtp) en campo y registros ssmicos capturados en la Red de Acelergrafos de Cali (RAC). Los perodos varan de 1.0 s (costado sur y nor-occidente) a 2.0 s (centro), con un promedio de 1.50 s. En la Figura 4.5b) se apareca el mapa de iso-perodos para la zona de Caaveralejo.

a) b) Figura 4.5. a) Perfiles de variacin de la Vs con la profundidad; b) Iso-perodos obtenidos de

microtrepidaciones y registros ssmicos. (INGEOMINAS, 2005).

12 Vibraciones ambientales o inducidas artificialmente, de perodocorto (0.05 s a 2.0 s) o media a alta frecuencia; tambin

conocidas como micro-temblores (microtremor).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 100 200 300 400 500 600 700

Pro

fund

idad

(m

)

Velocidad de onda S Vs (m/s)PERFILES DE VELOCIDAD DE ONDA S - Vs

VELOD-P03PANAM-P04GUADA-P30

1.30

1.40

1.20

1.50

1.60

1.10

1.70 1.80

1.90

1.00

2.00

0.90

Materia orgnica (madera y hojas)

Arcilla limosa caf oscuro (blanda)

36

El programa de ensayos estticos en los materiales finos (arcillas y limos) consisti en pruebas de compresibilidad y expansin, resistencia al corte mediante compresin simple (U.U.), corte directo consolidados drenados (C.D.) y triaxiales consolidados no-drenados (C.U.). Los ensayos dinmicos (triaxiales cclicos) se realizaron para diferentes niveles de esfuerzo cortante controlado, con relaciones de esfuerzo cortante cclico (d / 2'c) entre 0.15 y 0.30. En la Figura 4.6 se presentan las curvas de degradacin del mdulo cortante y de amortiguamiento aajjuussttaaddaass de los ensayos para diferentes niveles de deformacin.

Figura 4.6. Curvas de G/Gmax y D contra deformacin cortante (INGEOMINAS, 2005).

De los resultados de la modelacin unidimensional se estableci a Caaveralejo como la Zona de respuesta ssmica "4C", definiendo el espectro de diseo elstico con sus valores mximos y mnimos, el cual se presenta en la Figura 4.7.

Figura 4.7. Espectros de diseo definidos para la zona de estudio (INGEOMINAS, 2005).

44..22 IINNFFOORRMMAACCIINN CCOOMMPPLLEEMMEENNTTAARRIIAA Este campo de bsqueda se orient a la recopilacin de datos de estudios geolgicos, hidrogeolgicos y geofsicos locales y regionales (gravimetra, ssmica y geoelctrica), de columnas litolgicas o estratigrafa de pozos profundos e informes de proyectos de

Curvas G/Gmax vs. - MZS Cali

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1

Deformacin cortante

Degr

ada

cin

de

l md

ulo

G

/Gm

ax

Vel_M03 MZCali, IP=26% (MH - 7.0 m)Vel_M08 MZCali, IP=33% (MH - 15.0 m)Vel_M13 MZCali, IP=63% (CH - 21.0 m)Vel_M33 MZCali, IP=50% (Arcilla orgnica - 38.0 m)Pana_M40 MZCali, Ar=85% (Arena fina - 34.0 m)Pana_M51 MZCali, Ar=66% (SM - 45.0 m)Pana_M55 MZCali, Ar=75% (SM - 50.0 m)Pal_M05 MZCali, IP=38% (MH - 8.0 m)Pal_M13 MZCali, IP=73% (CH - 19.0 m)Pal_M31 MZCali, IP=9% (ML - 44.0 m)Pal_M44 MZCali, IP=22% (MH - 60.0 m)Pal_M73 MZCali, IP=35% (Limo orgnico - 91.0 m)Pal_M80 MZCali, IP=29% (MH - 100.0 m)Tob_M05 MZCali, IP=70% (CH - 7.0 m)Tob_M10 MZCali, IP=32% (MH - 15.0 m)Tob_M15 MZCali, IP=53% (CH - 20.0 m)Tob_M24 MZCali, NP (Arcilla orgnica - 33.0 m)Guad_M18 MZCali, IP=10% (Limo orgnico - 29.0 m)Guad_M24 MZCali, Ar=85% (Arena fina - 43.0 m)

Curvas vs. - MZS Cali

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1

Deformacin cortante

Am

ort

igu

amie

nto

Vel_M03 MZCali, IP=26% (MH - 7.0 m)Vel_M08 MZCali, IP=33% (MH - 15.0 m)Vel_M13 MZCali, IP=63% (CH - 21.0 m)Vel_M33 MZCali, IP=50% (Arcilla orgnica - 38.0 m)Pana_M40 MZCali, Ar=85% (Arena fina - 34.0 m)Pana_M51 MZCali, Ar=66% (SM - 45.0 m)Pana_M55 MZCali, Ar=75% (SM - 50.0 m)Pal_M05 MZCali, IP=38% (MH - 8.0 m)Pal_M13 MZCali, IP=73% (CH - 19.0 m)Pal_M31 MZCali, IP=9% (ML - 44.0 m)Pal_M44 MZCali, IP=22% (MH - 60.0 m)Pal_M73 MZCali, IP=35% (Limo orgnico - 91.0 m)Pal_M80 MZCali, IP=29% (MH - 100.0 m)Tob_M05 MZCali, IP=70% (CH - 7.0 m)Tob_M10 MZCali, IP=32% (MH - 15.0 m)Tob_M15 MZCali, IP=53% (CH - 20.0 m)Tob_M24 MZCali, NP (Arcilla orgnica - 33.0 m)Guad_M18 MZCali, IP=10% (Limo orgnico - 29.0 m)Guad_M24 MZCali, Ar=85% (Arena fina - 43.0 m)

37

investigacin geotcnica de ndole acadmico, entre otros, disponibles en las entidades pblicas y privadas. En los siguientes apartados se resumen parte de la informacin ms significativa recopilada de las fuentes relacionadas en la Tabla 4.1 y Tabla 4.2.

4.2.1 Estudios geolgicos y geofsicos regionales De la revisin realizada a la informacin recopilada de estudios geolgicos y geofsicos regionales, se pueden sintetizar las siguientes conclusiones:

El espesor de los sedimentos Cuaternarios en la ciudad de Cali no est bien definido. En el sector norte, externo a la ciudad, se hace referencia a un espesor mximo de 350 m (perfil geolgico W-E: lvarez y Tenjo, 1971, ver Figura 4.8), mientras que hacia el sur- oriente no es superior a los 200 m (perfil SW-NE, INGEOMINAS, Plancha geolgica 300), suprayaciendo en ambos casos a las rocas sedimentarias del Terciario.

Segn la columna estratigrfica generalizada de la cuenca del Valle del Cauca, indicada en la secuencia de la Tabla 4.6 (Rodrguez et al., 1980), se puede identificar un espesor de depsito Cuaternario entre los 60 m y 250 m conformado por arcillas, limos y lentes de arenas y gravas, a partir del cual se encuentran ccoonngglloommeerraaddooss ccoonn iinntteerrccaallaacciioonneess ddee aarreenniissccaass yy lliimmoolliittaass del Terciario de un espesor aproximado a los 1,370 m (?). Los niveles de rocas de tipo diabasa y basaltos subyacentes, con algunas intercalaciones, se podran presentar posterior a los 4,500 m de profundidad.

Figura 4.8. Corte geolgico generalizado W-E del Valle del ro Cauca en el sector Yumbo-Potrerillo (lvarez y Tenjo, 1971).

El estudio gravimtrico del Valle del ro Cauca (Bermdez et al., 1985) coincide al indicar que el espesor de la secuencia sedimentaria (materiales aluviales superficiales) alcanza profundidades hasta de 250 m. De los perfiles gravimtricos regionales, al norte y sur de la ciudad, se estima un espesor del depsito Cuaternario de 1,500 m, con diferencias de densidad de 1.70 g/cm3 a 2.30 g/cm3 con el Terciario, de espesor mayor a los 2,000 m hasta materiales de mayor densidad del Cretcico (2.60 g/cm3). Ahora bien, del Mapa gravimtrico regional (Corte E-W, INGEOMINAS, Plancha 300 Cali) se puede deducir un

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nivel para el basamento magntico o cristalino a 700 m de profundidad aproximadamente (obtenido por contraste de la intensidad magntica de exploraciones de hidrocarburos o minerales, lo que se debe a que las rocas sedimentarias son muy dbilmente magnticas y una campaa de exploracin magntica determina las condiciones existentes en las rocas gneas o metamrficas subyacentes; los trminos basamento y basamento cristalino son usados para definir rocas bajo una cobertura sedimentaria).

Tabla 4.6. Columna litolgica general de la cuenca del Valle del Cauca (Rodrguez et al., 1980). Edad poca Formacin Espesor (m) Litologa Estrato

Cuaternario -- Depsito 60 250 Arcillas, limos y lentes de arena y grava

1

Terciario

Mioceno Superior

Buga 1,350 ? Conglomerados con areniscas y limolitas intercaladas

2

Cartago 1,300 ? Areniscas, limolitas y conglom. 3

Esmita 250 Limolitas, arcillolitas, areniscas 4

Mioceno Inf., Eoceno Sup.

Ferreira 500 Limolitas, areniscas calcreas 5

Guachinte 645 Areniscas, limolitas (carbn) 6

Paleoceno Chimborazo 420 Limolitas, arcillolitas y arenisca (conglomerado en base) 7

Cretcico

Superior Diabsico 420 Diabasa, basalto, limolita, chert 8

Inferior Espinal 900 Shale silceo, caliza y arenisca 9

Cisneros 2,000 Filitas, pizarras, meta-calizas, meta-cherts y meta-areniscas

10

De la evaluacin de las condiciones geolgicas del subsuelo del municipio de Palmira y alrededores, informacin de la "Microzonificacin Ssmica y Estudios Generales de Riesgo Ssmico para las ciudades de Palmira, Tulu y Buga" (Universidad de los Andes CVC, 2005), el costado N-E externo de la ciudad de Cali presenta un perfil generalizado de materiales aluviales con una sucesin gruesa de ms de 220000 mm de espesor de capas intercaladas de arcillas inorgnicas, arenas de grano fino a grueso, arenas con gravas y lleecchhooss ddee ggrraavvaass rreeddoonnddeeaaddaass aa ssuubbaanngguullaarreess ddee rrooccaass vvoollccnniiccaass pprriinncciippaallmmeennttee. Por lo general existe un predominio evidente de las capas de materiales finos como arcillas y arenas, sobre las capas de materiales gruesos como gravas, con contadas excepciones donde ocurre lo contrario o estn en proporciones ms o menos iguales.

El espesor de los materiales aluviales es mayor a la estratigrafa indicada, por cuanto dos perforaciones de exploracin para hidrocarburos realizadas por ECOPETROL en la regin de Palmira revelaron espesores entre aproximadamente los 330000 mm y 444400 mm; estas perforaciones indicaron que los materiales aluviales reposan en profundidad sobre rocas sedimentarias del Terciario, tales como arcillolitas, areniscas, conglomerados cementados y algunas calizas. Debajo de estas ltimas aparece un basamento de rocas gneas volcnicas como diabasas y basaltos.

39

4.2.2 Inventario de pozos profundos En la siguiente Tabla se presenta la relacin y resumen las principales caractersticas de los pozos y aljibes existentes en la zona, con informacin disponible.

Tabla 4.7. Inventario de pozos profundos en la zona de Caaveralejo Datos disponibles. No. Pozo Ubicacin Profundidad (m) Litologa

1 Vc-051 Carrera 34 con Cll. 5A 66.0 Arcilla, arena, gravas y cantos.

2 Vc-052 Av. Roosevelt con Cra. 38 82.5 3 Vc-102 Calle 9C a 10 con Cra. 53 92.0 4 Vc-137 Calle 5 con Cra. 67 49.0

Sedimentos finos y

gruesos intercalados;

lentes orgnicos,

consistencia variable

5 Vc-481 Carrera 39 con Calle 13 19.5 6 Vc-648 Av. Roosevelt, Cra. 39 a 44 17.0 7 Vc-649 Carrera 46 con Cll. 9C 100.0 8 Vc-650 Carrera 44 con Cll. 9C 37.5 9 Vc-754 Calle 5 entre Cra. 50 y 52 80.0

10 Vc-824 Autopista Sur con Cra. 53 31.0 11 Vc-899 Carrera 57 con Cll. 11A 31.0

Vc-641 Barrio Mojica II (Llanura del ro Cauca a 7.0 km) 404.0

Suelos finos y gruesos

Del inventario de pozos profundos y registros de perforacin disponibles y consultados (CVC; lvarez y Tenjo, 1971; Rosales, 2001), tampoco es posible definir la profundidad del basamento en el rea de estudio ni en la llanura de inundacin del ro Cauca (oriente). En todos los pozos revisados existe una descripcin litolgica general de intercalaciones de arcillas, limos, arenas y gravas sin que sea evidente que haya aflorado el nivel de basamento. El pozo ms profundo en el rea de estudio lleg a los 100 m de profundidad (Vc-649), mientras que en cercanas al ro Cauca la mxima perforacin en Cali ha sido a los 404 m (pozo en el barrio Mojica II Vc-641, a aproximadamente 7.0 km al oriente de la zona centro de Caaveralejo). En cercanas a los cerros del sector occidental, rocas del Terciario, varios sondeos geotcnicos llegaron a 18.50 m de profundidad sobre arcillas y limos con material orgnico, sin identificar algn tipo de roca (Rosales, 2001).

Slo en perforaciones hacia el norte de Cali (canteras del municipio de Yumbo a ms de 20 km) se dispone de informacin detallada en cercanas al piedemonte, con registro del espesor del Cuaternario de 23 m, sobreyaciendo a 39 m de estratos de rocas calizas del Terciario, hasta llegar a la diabasa a los 62 m de profundidad (Cretcico).

El perfil litolgico definido por los pozos profundos en direccin S-N (Figura 4.9) cubre los depsitos del ro Caaveralejo y parte de los abanicos adyacentes. En general, en la proximidad al cauce del ro se encuentra un primer estrato conformado principalmente por arcillas de hasta 28 m de profundidad, siguiendo una secuencia de gravas con arenas intercaladas hasta los 70 m y finalmente capas de arcillas, gravas y arenas. Se identifican

40

estratos de materiales blandos (turbas y despojos orgnicos) asociados a paleo-drenajes y a los depsitos del antiguo cauce del ro Caaveralejo.

Figura 4.9. Perfil litolgico del subsuelo direccin Sur-Norte Pozos profundos (Rosales, 2001).

4.2.3 Condiciones geoambientales histricas de la zona de Caaveralejo De la investigacin realizada por Rosales (2001) se extrae la informacin presentada en las siguientes Figuras, en donde se aprecian detalles de las condiciones iniciales de la zona de ro Caaveralejo en cuanto a la existencia de drenajes naturales previos a las labores de urbanizacin en la ciudad a mediados del siglo anterior.

Respecto de la historia de formacin del sector de Caaveralejo, se resea la zona del ro Caaveralejo hacia mediados del Siglo XX como, entre otras, no apta para asentamientos o expansin urbana por sus condiciones ambientales: sseeccttoorreess cceennaaggoossooss,, hhuummeeddaalleess,, rreeaass iinnuunnddaabblleess, dificultad de caminos, etc., pero el desarrollo de obras hidrulicas y de infraestructura habilitaron estos terrenos para su urbanizacin.

La gnesis y distribucin de los depsitos del ro estuvo controlada por diversas variables entre las cuales destacan los abanicos de los ros mayores Pance, Melndez y Cali, y los de quebradas menores (IIssaabbeell PPrreezz y PPuueennttee PPaallmmaa), que lo "encajonan" lateralmente, y

41

las crecientes peridicas del ro Cauca que represaban sus aguas y generaban zonas pantanosas. En la Figura 4.10 se muestra la localizacin de los antiguos drenajes (paleodrenajes) y sectores de lagunas o humedales en la zona del ro Caaveralejo.

Figura 4.10. Detalle de localizacin de antiguos drenajes de la zona de estudio (Rosales, 2001).

Hasta el inicio de la urbanizacin de las tierras al sur-occidente, el ro desembocaba en el complejo de lagunas y madreviejas de la llanura de inundacin del ro Cauca, para finalmente verterle sus aguas a travs del Canal Cauquita, en cercanas de Puerto Mallarino. Actualmente el ro est canalizado y entrega sus aguas al Canal Interceptor Sur, tambin conocido como Canal Sur (ver Figura 4.11).

44..33 BBAASSEE DDEE DDAATTOOSS DDEE EESSTTUUDDIIOOSS GGEEOOTTCCNNIICCOOSS Para este campo de bsqueda especfico, se concentr un esfuerzo importante en lograr conseguir tanto la informacin correspondiente a la Base de Datos Geotcnica (BDG) del sector de evaluacin, integrada inicialmente hasta el 2005 para el estudio MZS Cali, como en la recopilacin de la informacin de varios estudios geotcnicos detallados (sondeos, ensayos de laboratorio, pruebas geofsicas, etc.) realizados en los ltimos 5 aos o que no fueron considerados o incluidos en la DBG.

42

Figura 4.11. Detalle del antiguo curso del ro Caaveralejo y su cuenca (Rosales, 2001).

En la Tabla 4.8 se resumen los aspectos ms relevantes de la informacin contenida en la BDG inicial (2005) y de los estudios geotcnicos recopilados para la zona de inters, en los que se incluyen, adems de los informes de consultora, los sondeos profundos de la exploracin realizada para el estudio MZS Cali (aos 2004 a 2005) y la investigacin del subsuelo complementaria efectuada para este proyecto de tesis (ver Captulo 0), incluidas las litologas tpicas obtenidas de pozos profundos y aljibes construidos para la extraccin de agua subterrnea (literal 4.2.2 y Tabla 4.7). El anlisis de la BDG actualizada con toda la informacin recolectada se presenta posteriormente en el literal 6.1.1.

Tabla 4.8. Resumen de la informacin contenida en la BDG inicial y estudios recopilados.

Fuente Estudios Perforaciones Prof. [m] Muestras Geofsica BDG Inicial 130 490 3.0 25.0 3,053 -- Consultora 27 200 4.0 30.3 2,125 16 MZS Cali 5 5 50.6 100.8 266 3 Tesis NCV 3 3 10.0 20.0 51 3 Pozos y aljibes 11 11 17.0 100.0 114 --

TOTAL: 176 709 5,609 22

La BDG fue elaborada en una hoja electrnica para generar eficiencia en la captura de datos, contando adems con herramientas que facilitarn su posterior anlisis estadstico

43

e integracin a un sistema de informacin geogrfica (SIG). Los datos estn estructurados en cinco entidades u hojas bsicas para la agrupacin eficiente de la informacin: Fuente, Estudio, Exploracin, Estrato y Muestra, con una relacin entre cada entidad del tipo 'uno a varios' mediante identificadores propios a cada dato.

Los 130 estudios de la BDG inicial corresponden en general a perforaciones a percusin y ensayos de laboratorio de mecnica de suelos de clasificacin y de resistencia esttica al corte (compresin inconfinada). La informacin recopilada como actualizacin de la BDG incorpor resultados de 46 estudios con una investigacin del subsuelo un poco ms detallada que incluyen exploracin indirecta mediante pruebas geofsicas (down-hole, refraccin ssmica, geoelctrica), ensayos de laboratorio de identificacin (clasificacin, peso especfico de los slidos, contenido orgnico, etc.), compresibilidad y resistencia cortante esttica en suelos, consistentes en pruebas de compresin inconfinada (U.U.), corte directo C.D. y triaxial C.U., adems de ensayos dinmicos mediante triaxial cclico, columna resonante y bender element (ultrasonido).

De la informacin recopilada, los 27 estudios geotcnicos de consultora corresponden a proyectos habitacionales y comerciales de categora media a especial (segn la NSR-10) y a proyectos de redes de infraestructura para sistemas de acueducto y alcantarillado. La informacin geotcnica restante (19 sitios) concierne a sondeos de carcter investigativo y de explotacin de aguas subterrneas.

44..44 EEXXPPEERRIIEENNCCIIAASS LLOOCCAALLEESS Adicional a la documentacin disponible y revisada de la zona, se procedi a efectuar consultas particulares a profesionales de reconocida experiencia local y general en las reas de geotecnia, geologa, geofsica y respuesta ssmica. En los siguientes prrafos se resumen y citan los aspectos ms relevantes.

La geomorfologa del abanico presenta un pice erosionado hacia la garganta de la cordillera por donde surge el ro Caaveralejo. Por esta garganta pasaron los sedimentos provenientes de la descomposicin fsica y qumica de las rocas presentes en la cuenca de drenaje del ro. Estos materiales rocosos son diabasas y basaltos predominantemente, rocas volcnicas originadas en antiguas planicies ocenicas y que por el proceso de la tectnica de placas, chocaron contra el continente, hace unos 30 millones de aos; se deformaron o plegaron y se fallaron formando la cordillera Occidental. La descomposicin qumica de ellos (arriba en la cordillera) dio origen a arcillas y limos arcillosos que luego fueron arrastrados por las aguas lluvias y las corrientes menores hasta llegar al ro Caaveralejo que las transport y deposit en capas de diferente composicin en el frente de la cordillera, conformando el abanico que se conoce actualmente. [Paris Q., G.].

La geologa de la zona es de especial inters en el sector de transicin entre el abanico de Caaveralejo y los depsitos aluviales del ro Cauca, y puede ser compleja hacia la parte distal del abanico, pues all se pueden presentar numerosas interdigitaciones entre los materiales del ro Cauca y los del Caaveralejo. Por ejemplo, durante largos periodos

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de depsito de sedimentos del ro Cauca, se pudo presentar una invasin de sedimentos del Caaveralejo que traslaparon y se sobrepusieron a los del Cauca. Esto ha sido un proceso repetitivo desde que comenz a rellenarse la depresin del valle del ro Cauca. La cuenca de drenaje del ro Caaveralejo dentro de la cordillera, prcticamente es un vaco que dejaron los materiales erosionados por el Caaveralejo y que deben encontrarse hacia la "parte plana" y debajo de ella, es decir, todo ese volumen de suelo y roca erosionado de la cordillera, hoy da est enterrado entre el frente de la cordillera Occidental y la parte distal del abanico hacia el ro Cauca. [Paris Q., G.]

Respecto de las caractersticas geotcnicas del abanico de Caaveralejo, su contacto con el abanico del ro Cali no est muy bien definido, su lmite poda estar dado posiblemente por el cauce de la quebrada Santa Isabel Prez; al norte de sta la granulometra de los depsitos son gravas y bloques cementados en una matriz arcillo-arenosa de color pardo amarillento. [OSSO, Salcedo, E.].

Entre los 20 m y 30 m superficiales del terreno, el subsuelo est formado en general por estratos alternos de limos arcillosos (MH) de color amarillo y vetas grises con capas de arcilla (CH) de color gris con vetas amarillas, preconsolidadas, de mediana consistencia y compresibilidad, con resistencia a la compresin inconfinada qu entre los 100 y 200 kPa y valores de N45 del SPT entre los 10 y 45 golpes/pie. Subyacentes se encuentran estratos de aarreennaa ggrruueessaa yy ggrraavvaass en una matriz limo-arcillosa, alternados con delgados estratos de arcilla. Estos estratos de arenas y gravas pueden tener eessppeessoorreess ddee mmss ddee 220000 mm, dependiendo que tan lejos de las laderas se encuentra el sector en consideracin para anlisis. [Villafae, G. y Ramrez, G.].

En cuanto a la repuesta ssmica o efecto local (amplificacin de movimientos del terreno), se debe recordar que la intensidad del movimiento ssmico del terreno es una funcin de la magnitud del sismo y de la distancia a la fuente ssmica, as como de las condiciones locales del suelo, de la topografa y las condiciones geolgicas.

La amplificacin de los movimientos del terreno en sitios con suelos blandos, han sido reconocidos con daos de terremotos histricos. Por ejemplo, durante el terremoto de la Isla de Vancouver (1946, M=7.2), las chimeneas con ms daos en Port Alberni fueron construidas en suelos blandos, mientras que las casas construidas en roca mostraron muy poco dao. Durante los terremotos de Caracas en 1967, de Mxico en Michoacn en 1985 (M=8.0), y de la Baha de San Francisco, despus de Loma Prieta en 1989 (M=7.1), se observaron los daos ms dramticos de las estructuras fundadas en suelo, contra aquellas que estaban fundadas en roca. En los ltimos 40 aos comparaciones de datos de los acelergrafos han demostrado que la amplificacin de los movimientos ssmicos en suelos ocurre ms frecuentemente en sitios donde se presentan rocas adyacentes.

Para el depsito de suelos del abanico del ro Caaveralejo se estima a partir de varias experiencias en la zona que la vveelloocciiddaadd pprroommeeddiioo ddee llaa oonnddaa ddee ccoorrttee es 330000 mm//ss en los 25 m ms superficiales del depsito, por tanto, su perodo natural de vibracin es de casi

45

0.30 segundos para los primeros 25 m. Por cada 100 m de arenas y gravas gruesas por debajo de los 25 m superiores, en donde la velocidad de la onda de corte puede alcanzar los 500 m/s, el perodo natural de vibracin del depsito puede aumentar en 0.85 s. Se estima, entonces, que el perodo natural de vibracin del depsito de suelos puede ser mayor a los 11..5500 ss, lo que podra ocasionar amplificacin del movimiento del suelo con edificaciones de perodos de vibracin similares.

Para comprender esta hiptesis se requiere ejecutar en la zona perforaciones geotcnicas para realizar pruebas que permitan medir las velocidades de las ondas S, con el fin de evaluar el espectro de respuesta elstico. [Villafae, G. y Ramrez, G.].

En esta zona se ha observado un comportamiento ssmico muy particular relacionado con la respuesta dinmica de los depsitos aluviales en el rea de Caaveralejo. Los indicadores incluyen concentraciones de daos en edificaciones durante sismos pasados de magnitud moderada con una distancia epicentral de ms de 400 km y vibraciones excesivas inducidas en estructuras a distancias de hasta 1.0 km, durante espectculos musicales u otros eventos de asistencia masiva realizados en escenarios pblicos.

Mediante mediciones geofsicas se encontraron velocidades de onda S (Vs) de 200 m/s en promedio aproximadamente. Los periodos fundamentales de vibracin de los terrenos oscilan entre 0.50 s y 1.80 s.

Se puede indicar preliminarmente que el comportamiento dinmico singular o el "efecto de sitio" que han mostrado los depsitos de la zona de Caaveralejo est controlado conjuntamente por la baja velocidad de propagacin de la onda S, en una estrato conformado principalmente de arcillas saturadas de ms 28 m de espesor, en lo que a la amplificacin selectiva de ondas ssmicas refiere, mientras que en la propagacin de vibraciones inducidas adems es decisivo el confinamiento lateral de los depsitos del abanico. [Rosales, 2001].

46

5 INVESTIGACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO

Como complemento a la informacin disponible recopilada y analizada preliminarmente, se desarroll un programa de investigacin geotcnica a partir del cual se obtuvieron muestras representativas de los suelos superficiales de la zona de Caaveralejo para su evaluacin mediante ensayos de laboratorio de mecnica de suelos de identificacin, compresibilidad y resistencia esttica, y la verificacin de su comportamiento dinmico.

55..11 EEXXPPLLOORRAACCIINN DDEELL SSUUBBSSUUEELLOO 5.1.1 Exploracin directa: Perforaciones geotcnicas Para lograr una caracterizacin geotcnica ms adecuada, conforme a la metodologa ya definida, se realiz la primera fase del programa de investigacin in situ consistente en la exploracin geotcnica con el apoyo econmico de la firma Ingeniera y Georiesgos Ltda.

Se definieron los sitios de exploracin teniendo en cuenta sectores no evaluados en el estudio MZS Cali que cubriesen diferentes zonas del abanico aluvial (inicio, centro y final) y que fuesen en lotes libres del municipio y de fcil acceso, de acuerdo con lo indicado en la Figura 5.1. Con base en estos criterios se establecieron tres sitios en sentido transversal del abanico aluvial (oriente-occidente), correspondiente el segundo punto con la zona intermedia al sector que histricamente ha presentado mayor afectacin por daos en superficie debido a movimientos ssmicos.

Una vez definidos los sitios, se procedi a solicitar las autorizaciones de trabajo en la Alcalda Municipal de Cali (Secretara de Gobierno y Secretara de Planeacin) y ante el DAGMA (entidad contratante del estudio MZS Cali). Los permisos otorgados contenan las autorizaciones para intervenir la zona pblica y algunas recomendaciones para la ejecucin de los trabajos en busca de minimizar el posible impacto al medio ambiente. Durante el trmite de las autorizaciones se coordin con la firma SAYA Ingeniera y Geoembiente Ltda. la ejecucin de los trabajos y la obtencin de elementos especficos requeridos para las perforaciones (tubos AN abiertos tipo Shelby de pared delgada: Dinterno = 2", calibre = 1.50 mm, longitud L = 60 cm, relacin de rea Ra 11%, y dems accesorios adicionales).

La exploracin se realiz entre septiembre del 2008 y abril del 2009 y consisti en la ejecucin de cinco (5) sondeos geotcnicos (perforaciones mecnicas) entre los 10 m y 20 m de profundidad con un taladro Acker de mandos hidrulicos, muestreo continuo e inalterado con tubos Shelby a presin, pruebas de campo con ensayos de penetracin estndar (SPT) con Cuchara partida, y retorno y ampliacin en el avance con Auger. En la Figura 5.1 se presentan detalles generales de las zonas previstas para la exploracin geotcnica, indicndose tambin los sitios evaluados para el estudio MZS Cali; en la Tabla 5.1 se indican las caractersticas de la exploracin. Se realizaron tres sondeos con

47

muestreo inalterado continuo en los sitios indicados y dos sondeos adicionales, contiguos a los puntos S-2 y S-3, para el registro del SPT y toma de muestras complementarias.

Figura 5.1. Localizacin de los sitios de exploracin geotcnica Abanico Caaveralejo.

Tabla 5.1. Caractersticas de los trabajos de exploracin directa Perforaciones.

Sondeo Ubicacin Prof. (m) Coordenadas X Y

S-1 Cll. 13B Cra. 42A, "El Guabal": Centro Deportivo San Juan Bautista 15.0 1,060,902 869,479

S-2 Calle 8 entre Carreras 42 y 42 Bis, "Los Cmbulos": Lote privado 20.0 1,059,651 869,786

S-3 Calle 4 entre Carreras 50 y 52, "El Lido": Lote pblico 10.0 1,058,669 869,448

De los sondeos se recuperaron muestras representativas inalteradas con tubos Shelby, alternadas con algunas obtenidas de cuchara partida cuando no se logr un muestreo continuo por condiciones de rigidez del suelo. Las muestras se describieron de manera visual anotando la clasificacin de campo, color, plasticidad, consistencia y cambio de estrato; luego fueron llevadas al laboratorio para su extraccin, sellado, etiquetado y posterior envi a Bogot. En la Tabla 5.2 se resume la relacin de muestras recobradas en las perforaciones geotcnicas.

48

Tabla 5.2. Relacin de muestras obtenidas en las perforaciones geotcnicas.

Sondeo Prof. (m) No. Muestras Long. prom. (cm) Descripcin

S-1 15.0 17 26.70 Limos y arcillas, suelo orgnico con arena y grava.

S-2 20.0 24 35.70 Arcillas y limos arenosos con algunas gravas aisladas.

S-3 10.0 15 30.90 Limos y arcillas, posible turba con arena fina.

Total = 45.0 56 1,730

En las siguientes Fotografas se registran algunos detalles de la exploracin geotcnica en relacin con los trabajos de perforacin y muestras recobradas en cada sitio.

a)

b) Fotografa 5.1. Exploracin El Guabal (S-1): a) Equipo de perforacin; b) Muestras obtenidas.

a)

b) Fotografa 5.2. Exploracin Los Cmbulos (S-2): a) Muestra obtenida; b) Perforacin mecnica.

Arcilla limosa gris y caf (consistencia dura)

Auger (ampliar)

Taladro Acker TH Limo arcilloso,

consistencia dura

49

a)

b) Fotografa 5.3. Exploracin El Lido (S-3): a) Suelo superficial; b) Muestras obtenidas.

5.1.2 Exploracin indirecta: Geofsica (Ensayos Down-hole) Como complemento de la exploracin directa y un mejor acercamiento a la conformacin interna del terreno, se desarroll un programa de prospeccin geofsica consistente en ensayos down-hole de los que se obtuvieron las velocidades de propagacin de las ondas de compresin (P) y cortante (S) y se logr determinar las propiedades dinmicas del suelo a bajas deformaciones.

Posterior a la ejecucin de los sondeos se realizaron tres (3) ensayos down-hole, uno en cada sitio de perforacin, las cuales fueron revestidas con tubera PVC tipo sanitaria de Dinterno = 2". El ensayo consisti en registrar el tiempo de viaje de una onda ssmica entre un punto en superficie y un punto dentro de una perforacin; las mediciones se realizaron empleando un sismgrafo modelo Nimbus ES-1210F con registro de tiempos cada metro de profundidad; el detector utilizado fue un gefono triaxial (3 componentes: una bobina vertical para deteccin de la llegada de la onda P, otra horizontal paralela a la fuente y otra perpendicular para determinar la llegada de la onda S). La fuente de ondas ssmicas se logr por golpes con un martillo de 10 lb a una distancia de 5.0 m del sitio del sondeo.

En la Tabla 5.3 se presentan las caractersticas de las pruebas geofsicas, en donde se resalta que la profundidad de los ensayos no coincidi con los sondeos debido a inconvenientes en la instalacin del revestimiento por cierre del material (taponamiento).

Tabla 5.3. Caractersticas de los trabajos de exploracin geofsica Down-hole.

Sondeo Ubicacin Profundidad (m) Observaciones al ensayo Perforacin Down-hole

S-1 El Guabal 15.0 12.0 Sedimentos, no se logra avance. S-2 Los Cmbulos 20.0 15.0 Revestimiento a 15 m por cierre. S-3 El Lido 10.0 6.0 Revestimiento hasta 6 m, fondo.

Arcilla limosa gris verdosa (posible turba)

Limos arcillosos

50

En la Figura 5.2 se muestra el perfil de variacin de la velocidad de onda de corte (Vs) con la profundidad de cada uno de los ensayos realizados. En las Fotografas posteriores se incluyen detalles del arreglo y equipo utilizado y la ejecucin de las pruebas geofsicas en los sitios definidos.

Figura 5.2. Perfiles de variacin de la Vs con la profundidad Exploracin indirecta.

Fotografa 5.4. Detalles del equipo dispuesto para los ensayos Down-hole.

Los registros de campo de las perforaciones mecnicas se incluyen en el AAnneexxoo 11 de este documento, en los cuales se indica: la descripcin de las muestras recobradas, los resultados de los ensayos in-situ (SPT), la profundidad y los intervalos entre los que se

PERFILES DE VELOCIDAD DE ONDA S - Vs

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

150 200 250 300 350

Velocidad de onda S Vs (m/s)

Pro

fun

dida

d (m

)

S-1 EL GUABALS-2 LOS CMBULOSS-3 EL LIDO

Gefono triaxial Sismgrafo

51

efectu el muestreo y el recobro obtenido. Los tiempos de llegada registrados y los dems resultados de las pruebas geofsicas down-hole se indican igualmente en el anexo.

Fotografa 5.5. Arreglo de trabajo para la ejecucin de las pruebas en el terreno.

55..22 EENNSSAAYYOOSS DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOO DDEE MMEECCNNIICCAA DDEE SSUUEELLOOSS En cuanto a la investigacin complementaria en laboratorio, las muestras recuperadas de la exploracin directa se seleccionaron para los ensayos de identificacin, resistencia esttica y comportamiento dinmico, con el objeto de determinar las propiedades ndice y mecnicas de los materiales existentes en cada uno de los sitios de trabajo. El programa de ensayos desarrollado segn el tipo de parmetros a evaluar fue el siguiente:

PPRROOPPIIEEDDAADDEESS NNDDIICCEE EE IIDDEENNTTIIFFIICCAACCIINN:: Contenido de agua (humedad natural) Lmites de consistencia y granulometras por tamizado Peso unitario hmedo y seco Peso especfico de los slidos Contenido de materia orgnica por ignicin

CCOOMMPPRREESSIIBBIILLIIDDAADD:: Consolidacin rpida unidimensional 1D (con seis puntos 3D de pruebas triaxial) Presin de expansin

RREESSIISSTTEENNCCIIAA EESSTTTTIICCAA:: Compresin inconfinada Corte directo (consolidado-drenado, no consolidado no drenado)

CCOOMMPPOORRTTAAMMIIEENNTTOO DDIINNMMIICCOO:: Triaxial cclico (deformacin controlada) Columna resonante Bender element

52

El resumen del programa de pruebas de laboratorio realizadas se incluye en la Tabla 5.4; los resultados de los ensayos se presentan al final del documento en el AAnneexxoo 22.

Tabla 5.4. Programa de ensayos de laboratorio complementario desarrollado.

Ensayo Descripcin Total H.N. Humedad natural 117

USCS Granulometra por tamizado + Lmites de consistencia 47 P.U.H. Peso unitario hmedo y seco 88

Gs Peso especfico de los slidos 37 M.O. Contenido de materia orgnica por ignicin 21 C-1D Consolidacin rpida unidimensional 23 qu Compresin inconfinada 19

C.D.CD Corte directo (consolidado-drenado) 23 C.D.UU Corte directo (no consolidado no drenado) 5 Tx.C. Triaxial cclico C.U. (deformacin controlada) 6 C.R. Columna resonante 6 B.E. Bender element 12

Los ensayos de identificacin, compresibilidad y resistencia esttica fueron realizados en el laboratorio de geotecnia de la Universidad Nacional del Colombia (sede Bogot) y de la empresa Ingeniera y Georiesgos Ltda. Gran parte de las pruebas dinmicas se realizaron gracias a la colaboracin del laboratorio de Estructuras, Geotecnia y Pavimentos de la Universidad del los Andes.

5.2.1 Propiedades ndices e identificacin Las propiedades ndices incluyen la humedad natural, lmites de consistencia (Atterberg) y los parmetros como ndice de plasticidad e ndice de liquidez, considerando tambin las fracciones de gruesos (gravas y arenas del anlisis granulomtrico) y de finos (Pasa tamiz No. 200), el peso unitario y el peso especfico de los slidos. Los lmites de Atterberg se determinaron mediante los procedimientos rutinarios de laboratorio con muestras de suelo con su humedad natural por la ausencia de partculas gruesas. En la Figura 5.3 se presenta la ubicacin de los suelos finos en la Carta de plasticidad de Casagrande.

En trminos generales los suelos de los sitios evaluados corresponden a limos arcillosos de plasticidad alta a muy alta con trazas de arena medio a fino; en algunos estratos de los sondeos S-1 (entre 11.20 m y 13.0 m) y S-2 (11.50 m y 14.0 m) se identificaron arcillas y limos arenosos con gravas de hasta ". En la Tabla 5.5 se resumen los resultados de los ensayos de identificacin de los suelos por cada uno de los sondeos.

53

Figura 5.3. Carta de plasticidad para la fraccin fina de los suelos evaluados.

Tabla 5.5. Resumen de resultados de los ensayos de identificacin por sondeo.

Sondeo HN (%) LL (%) IP (%) IL P200 (%) Gs PUH (kN/m3) S-1 34 59 50 100 24 62 0.0 0.4 53 99 2.66 2.83 16.7 18.4 S-2 26 56 42 112 15 68 0.0 0.6 62 98 2.65 2.90 17.0 18.5 S-3 36 67 74 95 29 61 0.0 0.3 93 99 2.73 2.88 16.1 18.3

Se registr un estrato contracto-expansivo entre los 3.0 m y 3.60 m de profundidad en el sondeo S-1 y varias zonas de tendencia orgnica en S-1 (3.30 m, 13.20 m) y S-3 (6.0 m), pero en todos los casos con contenidos de materia orgnica moderados a bajos (< 9.5%). La consistencia de los suelos es en general media a semidura, pero con algunos tramos blandos aislados detectados en los sitios S-2 (14.50 m) y S-3 (4.0 m a 7.0 m), con valores de N del SPT menores a los 8 golpes/pie.

5.2.2 Compresibilidad y expansin Con el objeto de determinar las caractersticas de compresibilidad y esfuerzo-deformacin de los suelos finos de cada zona, se realizaron ensayos de consolidacin unidimensional 1D rpida (primaria) a un ciclo carga-descarga. De estas pruebas se obtuvieron presiones de preconsolidacin ('p), relaciones de vacios (eo), ndices de compresin (Cc) y re-

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Indi

ce de

Pl

astic

idad

, IP

(%

)

Limite Liquido, LL (%)

CARTA DE PLASTICIDAD

CL-ML

MH o OH

ML o OL

CL o OL

CH o OH

54

comprensin (Cr) y dems parmetros indicados en la Tabla 5.6. En las siguientes Figuras se aprecian las curvas de compresibilidad de Casagrande para muestras del sondeo S-2 y S-3 para varios incrementos de carga normal (esfuerzos efectivos verticales).

Tabla 5.6. Resumen de parmetros obtenidos de los ensayos de consolidacin.

Sondeo 'o (kPa) 'p (kPa) OCR eo Cc Cr S-1 35 112 200 700 3.1 9.6 1.16 1.43 0.20 0.59 0.05 0.11 S-2 48 186 400 2100 2.7 17.4 1.09 1.56 0.31 0.99 0.03 0.18 S-3 46 80 400 900 4.5 8.5 1.12 1.77 0.29 0.77 0.06 0.15

Todos los suelos finos evaluados presentaron altos grados de preconsolidacin hasta las profundidades de exploracin. Se identificaron dos zonas con relaciones de vacios ms altas (ver Figuras) y un sector de suelos limos arcillosos de mayor tendencia expansiva en los sondeo S-1 (entre 3.30 m y 6.0 m) y S-2 (entre 3.0 m y 4.0 m).

a) b) Figura 5.4. Curvas de compresibilidad 1D en suelos finos: a) S2-SH14 (Limos, 15.50 m); b) S3-SH07

(Limo arcilloso algo orgnico, 6.20 m).

5.2.3 Resistencia cortante esttica Con el propsito de evaluar la resistencia al corte de los suelos limo-arcillosos e identificar sus propiedades esfuerzo-deformacin se realizaron ensayos de corte directo drenados para obtener los parmetros de resistencia efectivos y pruebas de compresin inconfinada como indicadoras de la resistencia cortante no drenada.

CCOORRTTEE DDIIRREECCTTOO Estos ensayos se efectuaron para determinar los parmetros efectivos de la resistencia al corte Mohr-Coulomb: cohesin (c') y friccin ('). Las pruebas fueron del tipo consolidadas drenadas (CD), aplicando presiones similares a las existentes en campo de acuerdo con la profundidad de la muestra, para posteriormente llevarla a la falla por corte inducido, garantizando una velocidad muy lenta definida a partir de la consolidacin primaria. En la

CURVA DE COMPRESIBILIDAD DE CASAGRANDE

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

0.1 1 10 100 1000Esfuerzo vertical efectivo, v' (kg/cm)

RELA

CIO

N D

E VA

CIO

S (e)

CURVA DE COMPRESIBILIDAD DE CASAGRANDE

0.70

0.750.800.85

0.900.95

1.001.051.10

1.15

1.201.25

1.301.35

1.401.45

1.501.55

1.60

1.651.701.75

1.80

0.1 1 10 100 1000Esfuerzo vertical efectivo, v' (kg/cm)

RELA

CIO

N DE

VA

CIO

S (e)

55

Fotografa 5.6 se muestran detalles de los equipos de corte utilizados para desarrollar las pruebas (Laboratorio de geotecnia de la Universidad Nacional, sede Bogot).

Fotografa 5.6. Detalles de la ejecucin de los ensayos de corte directo en diferentes equipos.

En la Tabla 5.7 se recopilan los parmetros efectivos calculados de los resultados de los ensayos de corte directo (CD) por cada sondeo. En la Figuras siguientes se ilustran dos envolventes de resistencia pico (y residual) de muestras de los sondeos S-2 y S-3.

Tabla 5.7. Resumen de parmetros obtenidos de los ensayos de resistencia al corte.

Sondeo 'o (kPa) c' (kPa) ' () PUH (kN/m3) Cu (kPa) Euc (kPa) S-1 35 110 10 60 13 35 14.5 18.0 35 100 890 4540 S-2 49 155 0 120 19 34 16.4 18.8 54 110 2670 8060 S-3 37 75 15 72 6 28 16.0 18.7 30 120 1300 16900

a) b) Figura 5.5. Envolventes de falla de corte directo en suelos finos: a) S2'-SH01 (Arcilla limosa, 2.70 m);

b) S3-SH08 (Limo arcilloso, 6.50 m).

ENSAYO DE CORTE DIRECTO CONSOLIDADO - DRENADO

= 0.4181 + 0.2162

R2 = 0.9993C' = 0.22 kg/cm2

' = 23

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

ESFUERZO NORMAL, (1+3)/2 (kg/cm)

ESFU

ERZO

CO

RTAN

TE, (kg

/cm

) ENV-PICOENV-ULTIMA

ENSAYO DE CORTE DIRECTO CONSOLIDADO - DRENADO

= 0.1793 + 0.4689R2 = 0.9952

c'= 0.47 kg/cm2' = 10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60

ESFUERZO NORMAL, (1+3)/2 (kg/cm)

ESFU

ERZO

CO

RTAN

TE, (k

g/c

m) ENV-PICO

ENV-ULTIMA

56

Los parmetros de resistencia efectiva (c', ') ms bajos se presentaron para dos zonas, coincidentes en parte con resultados de mayor compresibilidad (eo), una correspondiente al estrato de limos arcillosos contrato-expansivos entre los 3.0 m y 4.20 m de profundidad del sondeo S-1 (' = 13) y la otra a los limos de tendencia orgnica y consistencia blanda entre los 6.0 m y 6.60 m de profundidad del sondeo S-3 (' = 10), ver Figura 5.5.

CCOOMMPPRREESSIINN IINNCCOONNFFIINNAADDAA Con esta prueba se logr evaluar la resistencia a la compresin simple (qu) de muestras de suelos finos mediante la aplicacin de carga axial, determinndose as la resistencia cortante no-drenada (Cu) como un indicador de comportamiento aparente del suelo en trminos de esfuerzos totales para el criterio Mohr-Coulomb; en la Tabla 5.7 se incluyeron los resultados obtenidos. En la Figura 5.6 se aprecian las curvas esfuerzo-deformacin unitaria (axial) obtenidas de las pruebas realizadas a muestras de los sondeos S-1 y S-2.

Figura 5.6. Grficas esfuerzo-deformacin de los ensayos de compresin simple (S-1 y S-2).

En las Fotografas presentadas a continuacin se registran algunas de las caractersticas de las muestras de suelos finos evaluadas y las superficies de falla por corte originadas en las pruebas de compresin inconfinada.

Fotografa 5.7. Detalles de falla de muestras en ensayos de compresin simple (S-1, S-2, S-3).

COMPRESIN INCONFINADA SONDEO 1

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0

Deformacin Unitaria (%)

Esfu

erzo

(kg/c

m)

Esfuerzo - S1-SH01: 2.45 - 2.60 m (USCS: CH)Esfuerzo - S1-SH02: 3.80 - 4.00 m (Limo arcilloso)Esfuerzo - S1-SH03: 4.00 - 4.20 m (USCS: MH-CH)Esfuerzo - S1-SH04: 4.65 - 4.80 m (USCS: CH-MH)Esfuerzo - S1-SH06: 6.40 - 6.60 m (USCS: CH)Esfuerzo - S1-SH08: 8.00 - 8.30 m (USCS: CH-MH)Esfuerzo - S1-SH11: 13.00 - 13.15 m (USCS: MH-CH)

COMPRESIN INCONFINADA SONDEO 2

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0Deformacin Unitaria (%)

Esfu

erzo

(kg

/cm

)

Esfuerzo - S2-SH01: 2.70 - 2.90 m (USCS: MH)Esfuerzo - S2-SH02: 3.30 - 3.60 m (USCS: MH)Esfuerzo - S2-SH03: 4.00 - 4.60 m (USCS: MH)Esfuerzo - S2-SH05: 5.20 - 5.60 m (USCS: MH)Esfuerzo - S2-SH07: 7.00 - 7.30 m (USCS: MH)

S-1: MH-CH (4.0 m) S-2: MH (5.50 m)

S-3: MH-CH (6.0 m)

57

Los resultados de resistencia cortante no-drenada reflejaron una tendencia similar a los valores obtenidos de los parmetros de resistencia efectiva en laboratorio y los datos de penetracin de estndar en campo para los estratos de suelo finos de menor consistencia.

5.2.4 Comportamiento dinmico Para determinar el comportamiento dinmico del suelo ante excitaciones cclicas se debe evaluar la respuesta del material a la falla o ruptura y antes de sta, teniendo en cuenta todo el posible intervalo de pequeas a grandes deformaciones de corte. Para lograr esto se integraron dos tcnicas: los ensayos de laboratorio del tipo triaxiales cclicos (de moderadas a grandes deformaciones) y ensayos de columna resonante en conjunto con pruebas de elementos piezoelctricos tipo 'bender element' para determinar la velocidad de onda cortante en laboratorio (a pequeas deformaciones), valores ajustados mediante resultados de los ensayos de campo down-hole y correlaciones.

Para estudiar el comportamiento dinmico de los suelos finos en cada sitio de evaluacin en lo referente a la curva de degradacin del mdulo de corte normalizado G/Gmax y la relacin de amortiguamiento D en funcin de la deformacin angular, se realizaron los ensayos que se describen a continuacin. El resumen de los resultados de las pruebas dinmicas se incluye al final del AAnneexxoo 22.

TTRRIIAAXXIIAALL CCCCLLIICCOO Los ensayos triaxiales cclicos para el estudio del comportamiento dinmico se realizaron con deformacin controlada. Para la ejecucin de la prueba se procedi como primera medida a la saturacin de la muestra y al chequeo del parmetro B mediante la aplicacin de incrementos sucesivos de la presin de cmara c y contrapresin uc, verificando en cada etapa hasta garantizar la saturacin de la muestra (B > 96%); por lo general se inici con una presin de cmara de 50 kPa y una contrapresin menor, de diferencia 5.0 kPa, e incrementos de 50 kPa sucesivos. Posteriormente se aplic un esfuerzo de confinamiento isotrpico 3 correspondiente a la profundidad de la muestra (3 = c uc) incrementado las magnitudes requeridas de presin de cmara y contrapresin desde la etapa anterior. Enseguida se realiz la aplicacin de la carga cclica a una velocidad de 00..0044 mmmm//mmiinn permitiendo entre 66 yy 1133 cciiccllooss de deformaciones angulares desde 1100--22%% ((00..00000011)) hasta el 11..00%% ((00..0011)), manteniendo el drenaje cerrado (condicin no-drenada). Como etapa final se procedi a la falla de la muestra y desmonte el arreglo experimental. Por las limitantes en la cantidad de muestras inalteradas para un mismo tipo de material, las muestras evaluadas en los ensayos triaxiales fueron las obtenidas de las pruebas previas de columna resonante y bender element.

En la Fotografa 5.8 se presenta el montaje tpico del ensayo triaxial cclico, en donde se aprecia la cmara en la cual se coloca la muestra para su confinamiento, al igual que toda la instrumentacin requerida para el control y toma de datos automtico durante el ensayo (Laboratorio de Estructuras, Geotecnia y Pavimentos, Universidad de los Andes). Toda la informacin recuperada durante el ensayo se transmite al computador para su posterior procesamiento.

58

Fotografa 5.8. Detalles del montaje tpico del ensayo triaxial cclico.

En las siguientes Figuras se presentan los resultados tpicos de un ensayo triaxial cclico. Los resultados incluyen una curva con los ciclos de histresis de esfuerzo cortante contra deformacin angular , la curva de degradacin del mdulo cortante G contra la deformacin angular y la curva de amortiguamiento D contra deformacin angular.

Figura 5.7. Curvas de histresis de esfuerzo cortante vs. deformacin (S3, MH-CH, 3.50 m).

El procedimiento de clculo de los parmetros dinmicos parte de la determinacin del mdulo de elasticidad Es, obtenido como la relacin entre el esfuerzo y la deformacin axial . Con base en estos resultados se obtiene el mdulo de cortante G (mdulo secante Gsec) y la deformacin cortante correspondiente. En la prctica, la muestra est saturada y la relacin de Poisson es aproximadamente 0.50. Las expresiones relacionadas son:

59

( )Es

+=

12G ,

( ) += 1 ,

Es =

Figura 5.8. Curvas dinmicas obtenidas del ensayo triaxial cclico (S3, MH-CH, 3.50 m).

La relacin de amortiguamiento respecto la crtica se obtiene a partir del desfase entre el esfuerzo y la deformacin, calculando el rea de la curva bajo el ciclo de histresis.

CCOOLLUUMMNNAA RREESSOONNAANNTTEE Esta prueba consiste en aplicar una vibracin forzada a una muestra de suelo y ajustar la frecuencia de excitacin hasta llegar a la resonancia de la muestra. La vibracin aplicada puede ser transversal o longitudinal (generalmente por aparatos de columna resonante).

En estos aparatos la solicitacin se aplica por medio de bobinas elctricas colocadas en un campo de imanes permanentes. La frecuencia de la corriente elctrica alterna se ajusta de tal manera que la muestra de suelo llegue a la frecuencia de resonancia (el 1er modo). La suspensin brusca de la excitacin permite un retorno al equilibrio en vibracin libre, lo cual posibilita la medicin del amortiguamiento del suelo. El conocimiento de la frecuencia de resonancia de la muestra y del modo asociado permite calcular el mdulo cortante. Este ensayo permite medir las caractersticas de los suelos para amplitudes de deformacin comprendidas entre casi 1100--33%% ((00..0000000011)) y 1100--22%% ((00..00000011)) cuando se trata de ensayos de torsin, y menores deformaciones en el caso de ensayos en compresin.

En la Fotografa 5.9 se presenta el montaje tpico del ensayo de columna resonante, en donde se aprecia la cmara en la cual se coloca la muestra para su confinamiento, al igual que las bobinas elctricas que generan la excitacin, las unidades de control y excitacin de las muestras y la unidad de adquisicin de datos que permite la transmisin de los mismos al computador para su posterior procesamiento (equipos del laboratorio de la Universidad de los Andes). En las siguientes Figuras se muestran detalles de los resultados obtenidos del ensayo de columna resonante.

60

Fotografa 5.9. Detalles del montaje tpico del ensayo de columna resonante.

Los principales parmetros que se registran del ensayo son: amplitud de la vibracin en funcin de la frecuencia para diferentes energas de excitacin de las bobinas y curva de decrecimiento de la vibracin una vez se interrumpe la excitacin (ver Figura 5.9). Cada energa de excitacin corresponde a un nivel de deformacin, de esta forma al encontrar la frecuencia de resonancia para cada excitacin se obtiene el mdulo de cortante G para un nivel de deformacin dado (Figura 5.10). Del mismo modo, al interrumpir la excitacin se puede calcular el amortiguamiento D a partir de la curva de decrecimiento de la vibracin para cada nivel de deformacin.

Figura 5.9. Curvas de frecuencia y decaimiento logartmico (S3, MH-CH, 3.50 m).

Para la ejecucin de la prueba se procedi inicialmente a la saturacin de la muestra y al chequeo del parmetro B (> 96%), de similar forma que para el ensayo triaxial cclico, garantizando en la etapa final un esfuerzo de confinamiento isotrpico correspondiente a la profundidad de la muestra in-situ.

61

Figura 5.10. Curvas dinmicas obtenidas del ensayo columna resonante (S3, MH-CH, 3.50 m).

BBEENNDDEERR EELLEEMMEENNTT La medida de la velocidad de onda de corte (Vs) en laboratorio es posible utilizando una metodologa similar a la desarrollada por el Instituto Geotcnico Noruego. En este ensayo se coloca un excitador y un receptor piezoelctricos en los extremos de la muestra; el excitador y el receptor se colocan de tal manera que deformen en flexin una pequea lmina que se encuentra empotrada en la muestra. La deformacin de las lminas asegura que la onda que se aplica al suelo es una onda de cortante y de as es posible determinar la velocidad de la onda de manera directa, midiendo el tiempo transcurrido entre el disparo y la recepcin de la onda de corte, conociendo la longitud de la muestra.

En la Fotografa 5.10 se presenta el montaje tpico para adelantar el ensayo de velocidad de onda cortante en el laboratorio (equipos empleados en los Laboratorios de Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogot, y la Universidad de los Andes).

Fotografa 5.10. Equipos para el ensayo de velocidad de onda de corte (Bender element).

62

En la Tabla 5.8 se resumen los resultados obtenidos de los ensayos bender element y los respectivos parmetros dinmicos13 calculados.

Tabla 5.8. Resumen de parmetros dinmicos obtenidos de los ensayos Bender element.

Sondeo PUH (kN/m3) Vs (m/s) Gmax (MPa) Es (MPa) S-1 16.7 17.8 160 350 50 200 0.32 0.42 500 600 S-2 16.1 18.6 160 470 47 420 0.30 0.43 120 1100 S-3 16.8 1.74 210 420 82 310 0.45 0.48 240 920

En la Figura 5.11 se aprecia la curva de tiempo de llegada de la onda S en laboratorio para una de las muestras evaluadas. Estas pruebas se efectuaron en las muestras evaluadas mediante columna resonante (antes y despus del ensayo) y en ncleos de material inalterado de menor dimensin. En algunos casos se determin la velocidad de onda de compresin P en laboratorio, con lo que fue posible calcular las propiedades elsticas del material.

Figura 5.11. Resultados del ensayo de velocidad de onda S en laboratorio (S3, MH-CH, 7.0 m).

Es importante mencionar que la seal registrada es muy sensible en algunos casos al tipo de filtro especificado (ancho de banda, frecuencias, etc.) y al mtodo de captura que sea definido en el equipo. Igualmente se debe recordar que los valores de velocidad de onda de corte (Vs) determinados en campo y laboratorio difieren debido al grado de alteracin que sufre el material durante el proceso de muestreo y preparacin, presentndose por lo general ms remoldeo para suelos de mayor consistencia (Stokoe, et al., 2004).

13 Los valores dinmicos tienden por lo general a ser de 10 a 15 veces mayores a los estticos (Gonzlez de Vallejo, 2002).

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Volta

je (V

)

Tiempo (s)

Velocidad de onda (S3-SH09)

Onda Disparo Llegada

63

55..33 RREESSUULLTTAADDOOSS DDEE LLAA IINNVVEESSTTIIGGAACCIINN DDEELL SSUUBBSSUUEELLOO A continuacin se presentan los resultados de la integracin y anlisis de la informacin obtenida de la investigacin geotcnica del subsuelo en campo y en laboratorio.

5.3.1 Estratigrafa superficial y propiedades geotcnicas En trminos generales se identificaron hasta los 20 m de profundidad suelos limo-arcillosos de consistencia media a dura y plasticidad media-alta, con zonas localizadas de estratos blandos asociados a presencia del agua piezomtrica y arenas finas, suelos de marcada tendencia contracto-expansiva desde los 3.60 m y 4.20 m (S-1) y con contenido orgnico desde los 6.0 m a 7.50 m de profundidad (S-3).

En la siguiente Tabla se describe la estratigrafa general del subsuelo explorado en el sitio del sondeo S-2, definida a partir de la investigacin geotcnica en campo y laboratorio. En la Figura posterior se ilustran algunas grficas de variacin con la profundidad de las propiedades geotcnicas ndice.

Tabla 5.9. Descripcin general del perfil estratigrfico del Sondeo S-2 (Los Cmbulos).

En el AAnneexxoo 33 al final de este documento se incluyen, adems de todos los perfiles estratigrficos, los cuadros resumen los resultados de los ensayos de laboratorio de mecnica de suelos, indicndose para cada muestra o estrato su respectiva clasificacin (USCS), propiedades ndice, parmetros de resistencia cortante esttica (compresin inconfinada y corte directo CD), compresibilidad (consolidacin 1D) y los parmetros

64

obtenidos del comportamiento dinmico (velocidad de onda S, columna resonante y triaxial cclico). Igualmente se presentan los resultados de los ensayos de campo (registros N del SPT y down-hole) y los parmetros dinmicos de la caracterizacin in-situ.

Figura 5.12. Grficas de variacin con la profundidad de propiedades ndice S-2.

Figura 5.13. Grficas de variacin con la profundidad de propiedades ndice S-3.

65

Del programa de investigacin geotcnica del subsuelo y evaluacin de las propiedades geomecnicas, en la Tabla 5.10 se resumen los intervalos de variacin de los parmetros ms representativos.

Tabla 5.10. Intervalos de los parmetros obtenidos de los ensayos de laboratorio.

Parmetro Unidad Intervalo Ensayos

Humedad natural (HN) % 26 67 Identificacin ndice de plasticidad (IP) % 42 112 Identificacin Peso especfico de slidos (Gs) -- 2.66 2.90 Identificacin Peso unitario hmedo (PUH) kN/m3 16 18 Densidad Relacin de vacios (eo) -- 1.09 1.77 Compresibilidad Relacin de preconsolidacin (OCR) -- 2.7 17.4 Compresibilidad ndice de compresin (Cc) -- 0.20 0.99 Compresibilidad Coeficiente de consolidacin (Cv) m2/da 0.008 0.613 Compresibilidad Cohesin drenada (c') kPa 10 120 Resistencia Angulo de friccin efectivo (') Grados 6 35 Resistencia Resistencia cortante no drenada (Cu) kPa 30 120 Resistencia Velocidad de onda de corte (Vs) m/s 160 470 Dinmico Relacin de Poisson () -- 0.30 0.48 Dinmico Mdulo de elasticidad (Es) MPa 120 1100 Dinmico Mdulo de rigidez cortante (Gmax) MPa 17 51 Dinmico Amortiguamiento mnimo (Dmin) % 3.6 5.8 Dinmico Amortiguamiento mximo (Dmax) % 13.9 21.7 Dinmico

5.3.2 Curvas de comportamiento dinmico En la siguiente Figura se presentan las grficas con los resultados de mdulo de rigidez y de amortiguamiento contra deformacin cortante (Figura 5.14), obtenidas de la integracin de los datos de las muestras evaluadas en los ensayos de columna resonante y triaxial cclico, teniendo en cuenta el rango de pequeas a grandes deformaciones de corte. En la Tabla 5.11 se resumen los resultados reportados por cada muestra, al igual que los parmetros de la curva esqueleto definidos por ajuste hiperblico de los datos de la prueba triaxial.

Algunos de los resultados (puntos) obtenidos no corresponden con la tendencia esperada en el comportamiento de degradacin del mdulo (al normalizar los datos con los valores Gmax de las pruebas en laboratorio) ni de amortiguamiento al definir las curvas entre los puntos, comparado esto con la tendencia de comportamiento determinada de los modelos constitutivos simplificados para suelos similares (Stokoe, et al. 2004; Zhang, et al. 2005).

66

Figura 5.14. Curvas obtenidas de Mdulo de rigidez cortante y de Amortiguamiento contra la Deformacin cortante cclica.

Tabla 5.11. Resumen de parmetros obtenidos de los ensayos Triaxial y Columna resonante.

Muestra 'c (kPa) (%) G (MPa) D (%) Gmax (MPa) max (kPa) S1-SH07 75 0.013 1.16 3.0 17.4 5.2 13.9 7.59 55.95 S2-SH08 140 0.007 1.16 3.7 41.0 3.8 21.7 12.85 64.38 S2-SH10 155 0.004 1.18 2.9 33.6 5.6 21.2 12.76 41.27 S2-SH17 220 0.004 1.20 8.0 51.5 4.0 20.7 26.07 187.16 S3-SH03 65 0.007 1.18 2.5 20.6 5.8 16.7 8.42 44.83 S3-SH09 85 0.008 1.19 2.1 28.3 3.6 18.2 9.31 27.78

Por lo anterior, los datos ms dispersos, asociados en general a los puntos de menor deformacin de la prueba triaxial o a la mayor deformacin de la columna resonante, no se consideraron en el ajuste de las curvas de comportamiento dinmico del material; la normalizacin de las resultados de mdulos de rigidez se realiz a partir de valores Gmax estimados por correlaciones14 debido a las discrepancias en las magnitudes calculadas. Estos aspectos se analizaron en detalle en el Captulo 7.5.

Al final del AAnneexxoo 22 se presentan las curvas de histresis de las pruebas triaxiales para cada muestra y las curvas esqueleto definidas del ajuste hiperblico de los datos, en donde se observa el ccoommppoorrttaammiieennttoo ddiinnmmiiccoo nnoo--lliinneeaall (esfuerzo-deformacin cortante) de los materiales.

14 Entre otras: Larsson and Mulabdic (1991), Geregen and Pramborg (1990), Kokusho et al. (1982), Kim & Novak (1981),

Hardin & Drnevich (1972).

Modulo de rigidez cortante - Deformacin (G vs. )

0

10

20

30

40

50

60

0.001 0.01 0.1 1 10

Deformacin cortante (%)

Md

ulo

Co

rta

nte

G

(MPa

) S1-SH07S2-SH08S2-SH10S2-SH17S3-SH03S3-SH09

Amortiguamiento - Deformacin (D vs. )

0

5

10

15

20

25

0.001 0.01 0.1 1 10

Deformacin cortante (%)

Am

ort

igu

am

ien

to D

(%

)

S1-SH07S2-SH08S2-SH10S2-SH17S3-SH03S3-SH09