-
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
-
38
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
-
44
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