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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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.

2

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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.

3

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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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AlfonsoV r ¡be S. y e í a. S. A.

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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"

t:studlos de suelos AUS-10104

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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AlfonsoV r ¡be S. y e í c. s, A,

Estudios de suelos AUS-10104

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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tstudios de suelos AUS-10104

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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AlfonsoV r ¡be S. y e la. S. A.

-Estudios de suelos AUS-10104

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

12

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Estudios de suel.os

AUS-10104DOS ESTACIONES DE TRANSMILENIO AUTOPISTA NORTE CON

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