Seminario Taller de Geotecnia Vial como Modalidad de grado Estudiantes: Moreno Monsalve Daniel Mauricio, Cano Gutiérrez David Felipe Universidad Cooperativa de Colombia, ingeniería civil [email protected], [email protected], Asesores: Oscar Egidio Rodríguez González, Eileen Salgado Correa, Hernando Muñoz Lara Email: [email protected], [email protected], [email protected], Universidad Cooperativa de Colombia Facultad de ingeniería Medellín 2019
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Seminario Taller de Geotecnia Vial como Modalidad de grado
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Seminario Taller de Geotecnia Vial como Modalidad
de grado
Estudiantes: Moreno Monsalve Daniel Mauricio, Cano Gutiérrez David Felipe
Universidad Cooperativa de Colombia, ingeniería civil
TABLA DE CONTENIDO AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................. 9
Las perforaciones mencionadas anteriormente se llevaron a cabo con equipo de percusión, que permite la
ejecución del ensayo de penetración estándar, SPT. El método consiste en hincar una toma muestras partido
de 18” (≈45cm) de largo colocado al extremo de una varilla AW, por medio de un peso (martillo) de 140lb
(≈63.5kg) que se deja caer “libremente” desde una altura de 30” (≈76cm) anotando los golpes necesarios
para penetrar cada 6” (≈15cm). El valor normalizado de penetración N es para 12” (1 pie ≈ 30cm), expresado
en golpes/pie y es la suma de los dos últimos valores registrados (González, 1999).
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Gráfico 17. Ejecución de perforación con equipo percusión (SPT). Fuente: Personal de perforación
Gráfico 18. Ejecución de perforación con equipo percusión (SPT). Fuente: Personal de perforación
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Gráfico 19. Ejecución de perforación con equipo percusión (SPT). Fuente: Personal de perforación
2.5.1. Ubicación Sondeos Se muestra a continuación la ubicación de los sondeos en planta de la topografía del proyecto
Gráfico 20. Localización en planta de los sondeos exploratorios realizados en la zona de estudio. Fuente:
Modificado del plano arquitectónico entregado por el asesor del seminario de geotecnia vial.
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2.6. GEOLOGÍA REGIONAL
Gráfico 21. Geología Regional
2.6.1. Formación Amagá Sedimentos lacustres de origen continental del oligoceno superior (Van der Hammen, 1960). Esta formación,
Fue estudiada inicialmente por Grosse en 1926, Van der Hammen en 1960 y por González H. en 1976, quien
la denominó Formación Amagá.
Miembro superior (Ngas): Constituye la unidad más representativa de la formación Amagá, la cual se
encuentran aflorando continuamente en el municipio de Amagá y el sur de la misma.
Aflora sobre la carretera Fredonia-Venecia, sobre los afluentes del río cauca entre el municipio de La Pintada
y Bolombolo, y en algunos sectores de la cuenca del Sinifaná.
Este miembro en su mayor parte se encuentra cubierto discordantemente por la Formación Combia. Este
miembro es pobre en mantos de carbón explotables, está compuesto principalmente por areniscas de color
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café claro, amarillo o gricaseo de grano fino a medio mineralogicamente se encuentran constituidas por
cuarzo redondeados en matriz arcillosa, y en menor proporción por conglomerados. En la zona de contacto
con el miembro medio, parte de las areniscas contienen fragmentos de carbón.
Miembro Medio (Pgam).: Este miembro aflora principalmente en la cuenca de Amagá-Titiribí-Angelópolis;
se caracteriza por la presencia de bancos y capas de carbón, de espesor variable y la ausencia de
conglomerados. La mayor parte está compuesta por areniscas y arcillolitas de estratificación fina en bancos
medios a gruesos. Debido a dislocaciones tectónicas, las secciones no son uniformes y cambian tanto el
espesor total como el de los mantos de carbón, aún en áreas próximas geográficamente. En parte este
miembro está separado del inferior por la Falla Piedecuesta, principalmente desde el sur de la Quebrada
Sinifaná hasta la desembocadura de la Quebrada La Sandalia, en el Río Poblanco.
Miembro Inferior (Pgai).: Aflora en cuencas pequeñas y cerradas, reposa discordantemente sobre
metamorfitas de bajo grado y rocas volcánicas básicas, mesozoicas. Cuerpos lenticulares alargados norte-
sur aparecen limitados por fallas del Sistema Romeral. El espesor promedio es de unos 200 m. Efectos
tectónicos han dislocado algunos de los estratos y por ello el espesor aflorante rara vez excede los 100 m.
Consta de conglomerados polimícticos con cantos de rocas metamórficas de bajo grado, dioritas, chert negro
y cuarzo lechoso, areniscas conglomeráticas, granodecrecientes hacia los niveles superiores y algunas
capas de arcillolita arenosa o arenisca arcillosa, intercaladas con bancos de arenisca. Capas delgadas de
carbón con espesor entre 0,10 y 0,50 m aparecen en los niveles superiores de la secuencia. Los bancos
arenosos presentan una marcada lenticularidad, estratificación cruzada, así como superficies irregulares de
depositación lo cual sugiere un depósito de típico canal.
2.6.2. Formación Combia (ngc) Rocas principalmente ígneas-volcánicas, estudiadas inicialmente por Grosse, 1926, quien las denominó con
base al alto de Combia, donde las denominó.
Esta unidad está compuesta por una secuencia de rocas vulcano-sedimentarias de donde se pueden
identificar tobas de ceniza y palilli de coloraciones de crema a grisáceo, intercaladas con flujos de basaltos
continentales color negro que pueden tener una textura porfídica, puede encontrarse además capas de
cenizas volcánicas no litificadas.
2.6.2.1. Porfidos Andesíticos (Ngpa) Cuerpos de rocas porfídicas, de composición variable entre andesita y dacita, constituyen geoformas
sobresalientes entre Titiribí-Angelópolis, al norte y La Pintada-Valparaíso-Caramanta al sur. Algunos de
estos se extienden hacia el sur del departamento, a lo largo de la depresión del Cauca; con ellos están
relacionadas mineralizaciones de Au-Ag de importancia.
Los pórfidos andesíticos muestran una gran variedad tanto en la composición como en la textura, y en
general cada uno de estos cuerpos presenta sus propias características, reflejo de variaciones notables en
la profundidad y velocidad de enfriamiento. Los rasgos más característicos, son los siguientes:
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2.7. GEOLOGÍA LOCAL En la zona de estudio fue posible determinar la existencia de 2 tipos de materiales, a través de las visitas a
campo, la exploración geotécnico-geológica, la revisión bibliográfica y el análisis de imágenes satelitales.
Estos materiales se encuentran asociados al perfil de meteorización de la Formación Cambia, unidad
litológica donde se realizará la intervención y que fue descrita con anterioridad. A continuación, se
describirán a mayor detalle los materiales encontrados.
2.7.1. Lleno Heterogéneo: Material de coloración café parda a naranja moteada negra y roja por la presencia de materia orgánica y
pátinas de óxidos respectivamente.
El material presenta una consistencia y plasticidad media-alta, con una humedad variable que va de media
a alta. Esta capa presenta pequeños fragmentos de roca tamaños variables que van desde 0.5 hasta 1 cm
con formas sub-angulares, en un alto grado de meteorización y algunos presentan superficies de oxidación,
estos fragmentos se presentan en porcentajes inferiores al 3%. Pueden observarse también materia vegetal
en porcentajes menores al 1 %. El suelo puede caracterizarse como mezclas de limo y arcilla.
Gráfico 22. Lleno Heterogéneo. Fuente: Laboratorios Universidad Cooperativa de Colombia
2.7.2. Suelo Residual Los procesos de desintegración y descomposición que las rocas sufren cuando son expuestas a las
condiciones atmosféricas, son conocidas como meteorización, estos procesos son responsables directos de
la génesis de los suelos residuales. Este tipo de suelo se encontró a partir de los 4 metros en algunas de las
perforaciones y alcanzo los 15 metros de profundidad.
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2.8. PROCESOS MORFODINÁMICOS En busca de identificar los procesos superficiales en la zona que puedan afectar la estabilidad geotécnica
de las obras planteadas, se hace un reconocimiento geomorfologicoK y multitemporal de imágenes
satelitales en busca de identificar aquellos procesos morfodinámicos causales de inestabilidad. Se procede
entonces realizar el análisis de imágenes satelitales desde el año 2007 a la actualidad.
Se presenta a continuación el análisis realizado a partir de imágenes de Google Earth de los años 2005,
2008, 2011 y 2015 (ver Tabla 11).
Tabla 11. Registro de imágenes analizadas
FOTOGRAFÍAS AÑO
Imagen Google Earth 2013
Imagen Google Earth 2014
Imagen Google Earth 2015
Imagen Google Earth 2016
Imagen Google Earth 2019
2.8.1. Año 2013 En la Fotografía 23 se puede observar que la zona del proyecto se encuentra en una zona completamente
cubierta por capa vegetal, donde solo en todo el lote no hay ningún tipo de obra. No se muestran
movimientos en masa.
Gráfico 23. Análisis Morfodinámico del Año 2013. Fuente: Google Earth
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2.8.2. Año 2014
No se presenta cicatrices de deslizamientos, ni evidencia de movimientos en masa en la parte baja.
Gráfico 24. Análisis Morfodinámico del Año 2014. Fuente: Google Earth
2.8.3. Año 2015 En este año se ve el terreno donde solía haber una zona completamente vegetal, se presencia zona más descubierta
del terreno, y un pequeño trazo de camino que posiblemente sea por parte de animales y personas. Sin embargo, no
se muestra movimiento en masa del talud
Gráfico 25. Análisis Morfodinámico del Año 2015. Fuente: Google Earth
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2.8.4. Año 2016
Gráfico 26. Análisis Morfodinámico del Año 2016. Fuente: Google Earth
2.8.5. Año 2019 Se muestra el lote en un estado donde la superficie está cubierta de una capa vegetal, las marcas que había han
desaparecido, no se presencia movimientos en masa.
Gráfico 27. Análisis Morfodinámico del Año 2019. Fuente: Google Earth
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2.9. COMPONENTE GEOTÉCNICO
2.9.1. Nivel freático El nivel freático La presencia de agua, en relación a los esfuerzos, produce una disminución de las propiedades y las
características resistentes en suelos saturados y también provoca una presión adicional sobre el frente de la
excavación. (Construmática, 2014)
En la presente exploración de campo se determinaron niveles freáticos en cada uno de los 6 sondeos. Como se
muestra en la siguiente tabla 12.
Tabla 12. Sondeos exploratorios donde se muestran los niveles freáticos. Fuente: Elaboración propia
2.9.2. Ensayos de laboratorio A partir del trabajo realizado en campo y de las muestras alteradas e inalteradas obtenidas, se realizaron los siguientes
ensayos de laboratorio. El programa de ensayos de laboratorio se realizó tomando las muestras más representativas
de los materiales que conforman los distintos estratos identificados.
Humedad natural
Límites de Atterberg
Granulometría combinada
CBR
Corte Directo
PROFUNDIDAD
m NF NF NF NF NF NF
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
P4 P5 P6P2
REGISTROS DE PERFORACION
P1 P3
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2.9.3. Estructura del Suelo
Las partículas texturales del suelo como arena, limo y arcilla se asocian para formar agregados y a unidades
de mayor tamaño. La estructura del suelo afecta directamente la aireación, el movimiento del agua en el
suelo, la conducción térmica, el crecimiento radicular y la resistencia a la erosión. El agua es el componente
elemental que afecta la estructura del suelo con mayor importancia debido a su solución y precipitación de
minerales y sus efectos en el crecimiento de las plantas.
Según la estratigrafía suministrada para el desarrollo de este proyecto tenemos la siguiente estructura del suelo:
Lleno Heterogeneo
Suelo Residual
Tabla 13. Angulo de Fricción de los suelos. Fuente: Elaboración Propia.
Promedio General
Material °ɸ Fricción Cohesión (KPa)
Lleno Heterogeneo 23 1
Suelo Residual 25 11
El calculo Anterior se realizo por el promedio de los datos del ensayo de corte directo y el N Campo del número de
golpes.
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2.10. TIPO DE SUELO La Tabla 2 muestra los valores de velocidad de ondas de corte, de acuerdo a la metodología de correlación
entre el valor N del ensayo de penetración estándar y velocidad de ondas de corte planteada por autores
Ohba y Toriumi, Ohta y Goto, y Alfaro.
Tabla 14. Velocidad de onda de corte a partir del valor N del ensayo de penetración estándar, Nspt. Y promedio de los métodos de Ohba y Toriumi, Ohta y Goto, y Alfaro
Tabla 15. Clasificación del perfil de suelo según la NSR-10.
Prof. (m)Ohba y Toriumi Ohta y Goto Alfaro promedio
1 146.39 159.20 181.32 162.30
2 138.34 149.42 170.63 152.80
3 165.99 183.33 207.56 185.63
4 171.51 190.17 214.98 192.22
5 176.65 196.59 221.92 198.38
6 194.48 218.99 246.09 219.85
7 212.62 242.05 270.85 241.84
8 238.57 275.47 306.56 273.53
9 238.57 275.47 306.56 273.53
10 235.99 272.12 303.00 270.37
11 238.57 275.47 306.56 273.53
12 241.09 278.73 310.05 276.63
13 252.90 294.10 326.40 291.13
14 252.90 294.10 326.40 291.13
15 255.11 296.99 329.48 293.86
Velocidad de onda (m/s)
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De acuerdo a los valores de Velocidad de ondas de corte obtenidos en la Tabla ante rior se obtiene
que el perfil del suelo de la zona de estudio es tipo D, esta definición se basa en los valores de los
parámetros del suelo de los 30 metros superiores del perfil (Ambiente, 2010)
De acuerdo a la Tabla A.2.4-3 del Reglamento NSR-10 (Ambiente, 2010), se tiene, para un perfil de
suelo tipo D, un valor de Fa igual a 1.3, el cual es el coeficiente de amplificación que afecta la
aceleración en la zona de períodos cortos, debida a los efectos de sitio. Este valor fue obtenido
mediante interpolación.
De acuerdo a la Tabla A.2.4-4 del Reglamento NSR-10 (Ambiente, 2010), se tiene, para un perfil de
suelo tipo D, un valor de Fv igual a 1.9, el cual es el coeficiente que amplifica las ordenadas del
espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el rango de periodos intermedios del
orden de 1 seg.
Por el tipo de uso que se dará a la edificación que constituyen el proyecto, este se clasifica en el
Grupo I, es decir que se consideran "Edificaciones de ocupación normal". Esta clasificación se
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asigna de acuerdo a la información consignada en el Titulo A. Numeral A.2.5.2 de la Norma
Colombiana NSR – 10. (Ambiente, 2010)
De acuerdo a la información anterior, se tiene un coeficiente de importancia de 1.00. El coeficiente
de importancia modifica el espectro y las fuerzas de diseño. Lo anterior se puede verificar en el
Titulo A. Numeral A.2.5.2 del Reglamento NSR-10 (Ambiente, 2010)
Tabla 16. Criterios para clasificar suelos NSR-10.
Gráfico 28. Coeficiente de amplificación Fa y Fv del suelo para la zona de periodos cortos. NSR-10 Titulo
A. Figura A.2.4-1.
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3. ANALISIS DE ESTABILIDAD
3.1. PARÁMETROS SÍSMICOS SEGÚN LA NSR-10
El municipio de Venecia presenta según la norma NSR-10 las siguientes características sísmicas:
Aa: 0.20
Av: 0.25
Ae: 0.15
Ad: 0.08
Zona de Amenaza sísmica: Alta
Si:
Aa: Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva.
Av: Coeficiente de aceleración que representa la velocidad horizontal pico efectiva, para diseño.
Ae: Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva para diseño con seguridad reducida.
Ad: Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva para el umbral de daño.
El análisis de estabilidad de taludes se realizó mediante el programa Slide V6.0, el cual permite obtener el factor de seguridad de superficies de falla circular.
Se estudia un cuerpo libre en equilibrio, partiendo de las fuerzas actuantes y de las fuerzas resistentes que se requieren para producir el equilibrio. Calculada esta fuerza resistente, se compara con la disponible de los suelos y se obtiene el factor de seguridad.
El cociente entre fuerzas resistentes considera el criterio de Mohr-Coulomb, por medio de los valores correspondientes a los parámetros de resistencia, es decir, la resistencia por fricción y por cohesión de los materiales.
Las fuerzas son seudo-estática, es decir se considera el peso propio del material, así como las sobrecargas que puedan existir, adicionando un efecto sísmico si es del caso, en la cual la fuerza sísmica es la resultante de multiplicar el peso de la masa deslizante por el coeficiente de aceleración sísmica. El factor de seguridad será calculado utilizando la siguiente ecuación:
𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝑺𝒆𝒈𝒖𝒓𝒊𝒅𝒂𝒅 =∑ 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠
∑ 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠
El F.S. crítico es aquel que corresponde a la superficie en la cual se verifica la relación de fuerzas más baja, si el F.S. es menor de 1.0 las fuerzas actuantes son mayores que las resistentes y por lo tanto el estado es inestable. Si el F.S. es mayor de 1.0 las fuerzas resistentes son mayores que las estabilizantes, y el terreno es estable.
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La Tabla 17 presenta los parámetros de resistencia obtenidos a partir del retro análisis realizado considerando las condiciones actuales de la ladera.
Tabla 17. Parámetros mecánicos del suelo.
TIPO DE MATERIAL PESO UNITARIO HÚMEDO [kN/m3]
COHESIÓN [kPa] ANGULO DE FRICCIÓN [°]
Lleno Heterogéneo. 16.5 1 23
Suelo residual. 17.5 11 26
3.2. COEFICIENTE SÍSMICO DE DISEÑO HORIZONTAL
De acuerdo al literal H.5.2.5. De la NSR-10, “Para efectos del análisis y diseño de taludes, se debe emplear la aceleración máxima del terreno obtenida, para este caso particular, como la aceleración del espectro de diseño para un periodo igual a cero”.
La siguiente imagen permite establecer dicha aceleración.
Gráfico 29. Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como fracción de g. Fuente: Titulo A- NSR-10 (Figura A.2.6-1)
De acuerdo a la Figura 1 se debe implementar para el análisis dinámico, una aceleración máxima horizontal de diseño expresada como una fracción de la aceleración de la gravedad igual a la expresión mostrada a continuación.
𝒂𝒎𝒂𝒙 = 𝑨𝒂 ∗ 𝑭𝒂 ∗ 𝑰 = 0.2 ∗ 1.3 ∗ 1.0 = 𝟎. 𝟐𝟔
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Adicionalmente, el literal H.5.2.5. de la NSR-10 plantea lo siguiente: “El coeficiente sísmico de diseño para análisis seudo-estática de taludes KST tiene valor inferior o igual al de 𝒂𝒎𝒂𝒙 y se admiten los siguientes valores mínimos de 𝑲𝑺𝑻/𝒂𝒎𝒂𝒙, dependiendo del tipo de material térreo y del tipo de análisis”.
A continuación, se muestran los valores mínimos de 𝑲𝑺𝑻/𝒂𝒎𝒂𝒙, para el Análisis Seudo-estático de Taludes.
Tabla 18. Valores de 𝐾𝑆𝑇/𝑎𝑚𝑎𝑥 Mínimos para Análisis Seudo-estático de Taludes. Fuente: Titulo H- NSR-10
Dado que este caso se asocia a Suelos entonces el factor 𝑲𝑺𝑻/𝒂𝒎𝒂𝒙 Mínimo para el Análisis Seudo-estático a utilizar debe ser 0.80. Dando como resultado un coeficiente sísmico de diseño para análisis seudo-estática igual a 0.406. La deducción se muestra a continuación.
El literal A.2.8.1 de la norma NSR-10 plantea lo siguiente: “Cuando se utilice la componente vertical de los movimientos sísmicos de diseño, como mínimo debe tomarse como las dos terceras partes de los valores correspondiente a los efectos horizontales”
Lo anterior permite utilizar como Componente Vertical la siguiente expresión:
Componente Vertical = 𝟐
𝟑∗ 𝐊𝐒𝐓 =
2
3∗ 0.208 = 𝟎. 𝟏𝟑
Con el fin de evaluar la condición más desfavorable en la cual se puede encontrar sometida la ladera, se considera en los análisis de estabilidad que las aceleraciones horizontal y vertical máximas se presentarán simultáneamente, lo cual resulta poco probable.
Para evaluar los factores de seguridad obtenidos, se siguieron las recomendaciones realizadas en la NSR-10, las cuales recomiendan realizar la evaluación teniendo en cuenta los daños materiales y ambientales, la pérdida de vidas, las condiciones actuales del talud y la condición estática y/o seudo-estática. Se considera además que un factor de seguridad igual a 1.0 no es permitido en ninguno de los casos, dado al riesgo asociado con la pérdida de vidas y pérdidas económicas.
A continuación, se presentan los factores de seguridad mínimos directos recomendados por la NSR-10.
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Tabla 19. Factores de seguridad básicos mínimos directos recomendados por la NSR 10. Fuente: Titulo H- NSR-10
A continuación, se analizan 2 perfiles extraídos de la topografía suministrada por los asesores del seminario
de Geotecnia Víal:
Gráfico 30. Ubicación de los perfiles para el análisis de estabilidad. Fuente: Asesores del seminario de Geotecnia Víal.
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3.4. PERFIL A
3.4.1. Perfil A Estado Natural Análisis Estático Se analiza el Perfil A en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado
o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.946 respectivamente en las condiciones estáticas.
Como se muestra en el gráfico 31.
Gráfico 31. Perfil A Estado Natural Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, el factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los
métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el talud en condiciones naturales NO
CUMPLE la normatividad.
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3.4.2. Perfil A Estado Natural Análisis Seudo-Estático Se analiza el Perfil A en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado
o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.673 en condición seudo-estática. Como se muestra en
el gráfico 32.
Gráfico 32. Perfil A Estado Natural Análisis Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, el factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los
métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condiciones
naturales NO CUMPLE la normatividad.
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3.4.3. Perfil A Condiciones Proyectadas Estático Se analiza el Perfil A en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la
estabilidad del talud y la vía, para la vía se utilizan dos muros, un Muro en tierra armada con geotextil con
una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad
con el fin de hacer los movimientos de tierra para que las características de la vía cumplan ; el talud superior
se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm; el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos
de 8m de profundidad. Se obtiene un factor de seguridad de 1.580 en condición seudo-estática Como se
muestra en el grafico 33.
Gráfico 33. Perfil A Estado Condiciones Proyectadas Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, El factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los
métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el talud en estado Estático analizado
con condiciones proyectadas SI CUMPLE la normatividad.
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3.4.4. Perfil A Condiciones Proyectadas Seudo-Estático Se analiza el Perfil A en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la
estabilidad del talud y la vía, para la vía se utilizan dos muros, un Muro en tierra armada con geotextil con
una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad
con el fin de hacer los movimientos de tierra para que las características de la vía cumplan ; el talud superior
se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm; el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos
de 8m de profundidad. Se obtiene un factor de seguridad de 1.580 en condición seudo -estática. Como se
muestra en el grafico 34.
Gráfico 34. Perfil A Análisis Condiciones proyectadas Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, el factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los
métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condición
proyectado Seudo-Estático SI CUMPLE la normatividad.
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3.5. PERFIL B
3.5.1. Perfil B Estado Natural Análisis Estático Se analiza el Perfil B en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado
o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.813 respectivamente en las condiciones estáticas.
Como se muestra en el gráfico 35.
Gráfico 35. Perfil B Estado Natural Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, (Ministerio de Ambiente, 1997) el factor de seguridad
que se tendrá en cuenta para los métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el
talud en condiciones naturales NO CUMPLE la normatividad.
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3.5.2. Perfil B Estado Natural Análisis Seudo-Estático Se analiza el Perfil B en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado
o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.512 en condición seudo-estática. Como se muestra en
el grafico 36.
Gráfico 36. Perfil B Estado Natural Análisis Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, el factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los
métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condiciones
naturales NO CUMPLE la normatividad.
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3.5.3. Perfil B Condiciones Proyectadas Estático Se analiza el Perfil B en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la
estabilidad del talud y la vía, para la vía se utilizan dos muros, un Muro en tierra armada con geotextil con
una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad;
el talud superior se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm y perfilación a 12° de la horizontal;
el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos de 8m de profundidad, previamente perfilado a 30° de la
horizontal. Se obtiene un factor de seguridad de 1.570 en condición seudo-estática Como se muestra en el
grafico 37.
Gráfico 37. Perfil B Estado Análisis Condiciones Proyectadas Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, El factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los
métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el talud en estado Estático analizado
con condiciones proyectadas SI CUMPLE la normatividad.
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3.5.4. Perfil B Condiciones Proyectadas Seudo-Estático Se analiza el Perfil B en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la
estabilidad del talud y la vía, para la vía se utilizan dos muros, un Muro en tierra armada con geotextil con
una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad;
el talud superior se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm y perfilación a 12° de la horizontal;
el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos de 8m de profundidad, previamente perfilado a 30° de la
horizontal. Se obtiene un factor de seguridad de 1.188 en condición seudo-estática. Como se muestra en el
grafico 38.
Gráfico 38. Perfil B Análisis Condiciones Proyectadas Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.
Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, el factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los
métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condición
proyectado Seudo-Estático SI CUMPLE la normatividad.
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3.6. Obras de Estabilidad
Perfilación de Taludes
Anclajes Pasivos
Recubrimiento en Concreto
Muros de Contención
Gráfico 39. Esquema Obras de Estabilización. Fuente: Elaboración mediante AutoCAD Modificado en Paint.
Gráfico 40. Esquema diseño de muros en suelo mecánicamente estabilizado con geosintéticos Fuente: programa
Geosoft.
Nota: Se anexa el reporte: DISEÑO DE MUROS EN SUELO MECÁNICAMENTE ESTABILIZADO CON
GEOSINTÉTICOS.
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3.7. RECOMENDACIONES
Precaución durante los movimientos de tierra para evitar el colapso del suelo, ya que varios
accidentes se han producido por colapso del suelo, ocasionando muertes a los trabajadores.
Además, se ocasionan daños a las propiedades adyacentes, cuando se hacen perfilaciones o cortes
a los taludes, para colocar tuberías de agua o desagüe, o para construir estructuras de estabilidad.
Conocer las teorías que explican las fuerzas internas, de una masa de suelo, durante el colapso de
los lados de un talud, así como el uso de sistemas de contención. El ingeniero de suelos debe prever
la posible falla del suelo, y detallar los soportes y calzaduras en sus diseños, pues también es su
responsabilidad aprobar o rechazar el procedimiento constructivo, para la ejecución de su diseño .
Se debe hacer un control arduo de aguas de escorrentía y las aguas lluvias en la parte superior del
talud a través de zanjas de coronación, cuyas aguas deben ser conducidas a sitios en donde su
entrega no produzca socavación y acelere procesos de desgaste del suelo; estas estructuras son
canales interceptores diseñados generalmente para lluvias con períodos de retorno de 10 años; en
caso de no poder ser ellas conducidas a canales naturales o sitios apropiados, deben construirse
canales con disipadores de energía y pocetas o aliviadero.
El control de la pendiente es un punto que debe ser atendido adecuadamente; dicho control puede
acudir o bien al peinado de taludes o bien a la conformación de terrazas, de acuerdo a la situación
particular que se enfrente.
Para el control de las aguas subterráneas se deben emplear comúnmente subdrenes interceptores,
los cuales constan de zanjas rellenas de material filtrante y elementos de captación y transporte de
agua.
Considerar un cubrimiento con vegetación, como punto de partida de un programa de repoblamiento
vegetal que vaya a ser desarrollado en los taludes, considerando la limitada oferta edáfica que
condiciona de manera dramática el establecimiento y desarrollo de la vegetación de cara a la
obtención de un cubrimiento adecuado contra la acción erosiva de la lluvia.
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4. DISEÑO PAVIMENTO
Gráfico 41. Presiones verticales ejercidas por las llantas. Fuente: Hugo León Arenas Lozano.
4.1. GENERALIDADES
4.2. DEFINICIÓN DE PAVIMENTO Un pavimento se puede considerar como una estructura, constituida por varias capas de materiales
seleccionados, diseñada y construida técnicamente con el objeto de brindar el tránsito de vehículos de una
manera rápida, cómoda, segura, eficiente y económica. En esta definición funcional se destaca la razón de
ser de la construcción de un pavimento. Una definición de tipo estructural es dada por la Organización de
los Estados Americanos, y define al pavimento como una superestructura de una vía, construida sobre la
subrasante, y compuesta normalmente por la sub-base, la base y la capa de rodadura, cuya función es la
de soportar las cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno de fundación, distribuyéndolos en tal
forma que no se produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer una superficie lisa y resistente
para los efectos del tránsito. (LOZANO, s.f.)
4.3. Volumen Definición: “Número de vehículos o peatones que pasa por una sección transversal de una vía o calzada o
carril por unidad de tiempo, durante un tiempo determinado”.
“pasa”: cuando cruza el extremo posterior del vehículo por la sección transversal.
“unidad de tiempo”: hora, día, semana, mes o año.
El volumen es semejante al término frecuencia o tasa de flujo y como varía constantemente se utiliza el
“valor medio”.
Significado del volumen de tránsito.
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Es uno de los parámetros fundamentales para definir el tránsito junto a la velocidad media y la
densidad.
De los tres parámetros es el más fácil de medir.
Interesa más al ingeniero de tránsito porque la velocidad media y la densidad la percibe mejor el
conductor.
4.3.1. Aplicaciones del volumen
Medida de utilización vial: Es un índice del uso del sector en referencia mediante el Tránsito
Promedio Diario Anual (TPDA), mensual (TPDM) o semanal (TPDS).
Medida de la demanda de tránsito y oferta vial
“Demanda de tránsito”: “es el número de vehículos por unidad de tiempo cuyos ocupantes quieren
pasar por una sección transversal de una vía, calzada o carril durante cierto periodo de tiempo”.
“Oferta vial”: “máxima frecuencia con que pueden pasar por esa sección los vehículos que llegan a
ella en un momento y circunstancias dadas”.
Calidad del servicio (Índice de servicio) = s la relación entre la demanda y la oferta, la primera se
obtiene mediante la ejecución de estudios de tránsito y la segunda a través de la aplicación de
métodos para determinar la capacidad vial. Cuando la demanda igual o supera la oferta (Calidad
del servicio>1) se produce la “congestión”.
4.3.2. Tránsito Promedio Diario y Volumen Horario Según la AASHTO (Asociación Americana de Autoridades Estatales de Vías y Transporte) el TPD
es la unidad general de medida del tránsito en una vía.
TPD: “volumen total durante un periodo de tiempo dado (en días completos), mayor que un día y
menor que un año, dividido entre el número de días de ese periodo”. (Por ejemp lo, el TPDA)
TPDA: Se usa para el planeamiento y estudios económicos de vías, pero es demasiado global
para determinar las características geométricas y realizar análisis de circulación. En vías urbanas
se usa el volumen medio anual en los días laborables porque los fines de semana no suele ser
crítica.
Volumen Horario: “resultan de dividir el número de vehículos que pasan por una sección
transversal vial, en un periodo de tiempo, entre el valor de ese periodo de tiempo en horas”.
Se usa para diseñar geométricamente, para los análisis de circulación y la regulación del tránsito.
4.3.3. Composición de los volúmenes. Interesa conocer la composición por las siguientes razones:
Determinar la interacción vehicular en la corriente de tránsito, por ejemplo, la influencia de los
vehículos con relación peso/potencia alta.
El efecto de la proporción de vehículos grandes y con radio de curvatura amplio en la
determinación de las características geométricas o el peso de ellos en el diseño estructural del
pavimento.
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Los recursos que se pueden obtener de los usuarios dependen del porcentaje de vehículos
comerciales. En el cuadro siguiente se muestra la participación que tienen distintos tipos de
vehículos en la corriente vehicular.
Tabla 20. Porcentaje de Vehículos.
4.4. Variaciones de los volúmenes de tránsito. 4.4.1. Variación diaria
Hay más variación en vías urbanas que en las rurales (excepto si son vías turísticas o cerca de una
ciudad).
Se identifica mediante las horas o periodos pico y valle que se observan principalmente en las vías
urbanas y rurales próximas a las ciudades.
Hora o periodo pico: Cuando la demanda de tránsito alcanza los volúmenes máximos y los
usuarios toman una actitud más dinámica.
Hora o periodo valle: Corresponde a los periodos donde se presentan los volúmenes menores
durante el día, en ellos los usuarios son menos activos.
Variaciones dentro de la hora pico:
Son de interés debido a que los incrementos pronunciados y de poca duración en la demanda que
superen la oferta producen congestión que tarda un tiempo más largo en disiparse.
Esta variación se denota en estudios de capacidad vial como el Factor de Hora Pico (FHP) o Factor
de Pico Horario que es la relación entre el volumen medido en la hora y el equivalente en términos
de una hora que corresponde al flujo medido en el subperiodo de aforo más cargado que
generalmente es de 15 minutos de duración (se consideran periodos de 5 minutos cuando se estudia
la capacidad de autopistas). Un valor bajo significa que hay mucha variación del tránsito en la hora
y uno alto (el máximo es 1) supone que el tránsito es constante o varia muy poco.
4.5. Teoría de flujo de tránsito 4.5.1. Naturaleza e interés del tema
Los problemas del tránsito resultan complejos y sus soluciones, en proporciones similares, han exigido el
análisis o conceptualización rigurosa del fenómeno a través de modelos de tipo científico. Sin embargo,
estos esfuerzos no han sido suficientes para acercar el desarrollo teórico a su aplicabilidad a la vida real.
4.5.2. Modelos de tránsito. Se han hecho descripciones matemáticas del tránsito vial en casi todo tipo, pero solo se han logrado
relaciones con ajuste a la realidad aceptable en rampas, estaciones de peaje y estacionamientos. La
principal investigación teórica ha sido hacia las carreteras de dos carriles. El análisis teórico puede enfocarse
así:
País Vías rurales Vías urbanas Buses
EUA 12% 6% <3%
Colombia 27% 9%
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1. Análisis empírico: Busca la relación causa efecto que los datos muestran.
2. Análisis teórico-matemático
A. Con estructura determinística: Busca la relación causa-efecto sobre parámetros medios o
agregados que no aceptan variaciones en las variables y su bondad depende del ajuste de
resultados con la realidad.
B. Con estructura estocástica: Contrario a lo anterior acepta fluctuación de las variables. La teoría de
colas se ha empleado con profusión ayudados de hipótesis simplificadas típicas como la distribución
de llegadas Poisson y la distribución determinística o exponencial de los tiempos de servicio.
3. Simulación: Ha demostrado una eficacia enorme cuando los problemas son inabordables
matemáticamente.
Las ventajas son: Capacidad para incrementar el realismo al poder eliminar hipótesis
simplificadoras y capacidad para mirar el sistema en forma microscópica.
4.6. ESTUDIOS DE TRÁNSITO Cuando se desea analizar y resolver problemas de circulación de vehículos se requiere conocer
profundamente la variable que la representa y que se denomina en forma genérica el tránsito, es decir, la
circulación de los vehículos sobre las vías. Pero esta variable, para ser definida completamente, necesita
conocer varias características como el número de vehículos que circulan en la unidad de tiempo por una
sección transversal de la vía, su variación a lo largo del día, de la semana, del mes o del año, la composición
vehicular, las maniobras que realizan, entre otras.
Los problemas de circulación de tránsito pueden resolverse o mitigarse con soluciones que emanan del
conocimiento profundo del tránsito por esto es decisiva la forma y calidad de medir las características del
tránsito mencionadas.
Volumen: Es la cantidad de vehículos que cruzan una sección transversal de la carretera en la unidad de
tiempo y se diferencia de “flujo” que se emplea para referirse a la modelación de una corriente vehicular.
El volumen se emplea para cuantificar la demanda, para medir la utilización vial y para expresar la capacidad
de la carretera.
Lo que se describe a continuación hace referencia a los conceptos, criterios y procedimientos para observar
y registrar las diferentes características del tránsito.
4.7. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DE LA EXPLANACIÓN Y DE LA CAPA DE SUBRASANTE
La subrasante es mucho más deformable que las demás capas que constituyen un pavimento. Por lo tanto,
es necesario realizar todos los estudios necesarios con el propósito de poder conocer su capacidad de
soporte o la resistencia a la deformación producida por los esfuerzos inducidos por el tránsito. Igualmente,
se deben tener en cuenta los posibles cambios en el contenido de agua los que serán más críticos si la
subrasante presenta características expansivas. (LOZANO, s.f.)
Comentado [U1]: Justificar el documento
69
4.8. EL CLIMA El clima influye directamente en el programa de construcción de las diferentes capas que conforman la
estructura del pavimento. (LOZANO, s.f.)
Los niveles de las precipitaciones inducen a cambios continuos en el nivel de las aguas freáticas y
en los programas de construcción, así como a la programación y diseño de estructuras
complementarias de drenaje. Este factor es mucho más crítico cuando se están realizando mezclas
en la vía, operaciones de movimiento de tierras, procesos de compactación y extendido de mezcla
asfáltica, entre otras actividades, por lo que éstas deberán realizarse durante la época seca (Figura
42).
Los cambios bruscos de la temperatura inducen esfuerzos en las losas de concreto hidráulico
muchas veces mayores a los producidos por las cargas del tránsito. Igualmente, pueden
presentarse cambios extremos en la consistencia de los materiales bituminosos lo que puede llevar
a la presencia de fallas en la capa superior de un pavimento flexible lo que afectará el
comportamiento de toda la estructura.
Es igualmente importante el conocimiento de otros índices regionales: humedad, vientos,
nubosidad, los cuales son utilizados en algunos métodos de diseño de los espesores de las capas
de la estructura de pavimento.
Gráfico 42. Construcción vial afectada por lluvias. Fuente: Hugo León Arenas Lozano.
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4.9. FACTORES INTRÍNSECOS Existen otros factores que van a afectar de manera significativa el proyecto de la estructura de un pavim ento,
entre los más importantes se tienen:
El entorno o medio ambiente.
La calidad de los materiales utilizados en la construcción.
La Deformabilidad de las distintas capas que conforman la estructura de pavimento.
La Durabilidad del conjunto (periodo de diseño).
El Costo (relación costo-beneficio).
El programa de conservación. Es necesario llevar la historia de servicio del pavimento.
Los elementos de iluminación de la vía.
Las dimensiones de la obra.
El equipo disponible y la experiencia de las empresas constructoras.
Medidas de política regional, local o nacional.
4.10. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS De un modo bastante arbitrario y con fines fundamentalmente prácticos, los pavimentos han sido divididos
para su estudio en cuatro grupos, a saber (Figura 43):
Pavimentos flexibles.
Pavimentos rígidos.
Pavimentos semirigidos.
Pavimentos articulados o de adoquines.
Gráfico 43. Clasificación de los pavimentos. Fuente: Hugo León Arenas Lozano.
De acuerdo con esta clasificación los pavimentos se diferencian y definen por los materiales de que están
constituidos y de la manera como se estructuran, y no por la forma en como distribuyen los esfuerzos y
deformaciones producidos por los vehículos a las capas inferiores, lo cual constituiría un criterio de
clasificación más acorde con la realidad. (LOZANO, s.f.)
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4.11. DISEÑO DE PAVIMENTO Ubicación: Venecia
Clima: En Venecia, los veranos son cortos y caliente, los inviernos son cortos y cómodos y está mojado y
nublado todo el año. Durante el transcurso del año, la temperatura generalmente varía de 18 °C a 26 °C y
rara vez baja a menos de 16 °C o sube a más de 28 °C.
Tabla 21. Clima Municipio de Venecia. Fuente: Municipio de Venecia
Gráfico 44. Climograma Venecia. Fuente: Municipio de Venecia
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Gráfico 45. Temperatura media mensual Municipio de Venecia – Curva de Temperatura Ponderada media mensual Anual.
Se Obtiene lo siguiente:
Tabla 22. Tabla Factor de Ponderación
MES MMTA (°C)
FACTOR DE
PONDERACIÓN
ENERO 22.1 1.3
FEBRERO 22.7 1.4
MARZO 23.3 1.5
ABRIL 23.2 1.5
MAYO 22.8 1.5
JUNIO 22.3 1.3
JULIO 22.8 1.4
AGOSTO 22.5 1.3
SEPTIEMBRE 22 1.3
OCTUBRE 21.9 1.3
NOVIEMBRE 21.7 1.3
DICIEMBRE 21.7 1.3
Factor ponderación 16.4
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4.11.1. CLASIFICACIÓN DE LOS VEHICULOS EN COLOMBIA
Gráfico 46. Esquema Clasificación de Vehículos en Colombia.
4.11.2. CALCULOS Teniendo presentes los aforos suministrados por el docente se tomaron los de VOLUMENES DE TRÁNSITO AFOROS VEHICULARES SERVICIOS
DE CONSULTORIA PARA ELABORAR LOS ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA EL MANTENIMIENTO PERIODICO (REHABILITACION) DE LA VÍA
SAN PEDRO DE LOS MILAGROS - ENTRERRIOS. 22,5 KM. CONSULTOR REGENCY S.A. OCTUBRE 2009. Para nuestro proyecto que es una
unidad residencial, en el Municipio de Venecia Antioquia.
Tabla 23. Cálculo TPDS, mediante los aforos. Fuente: suministrados Docente del Seminario de Geotecnia Víal
Mediante la Formula:
𝑇𝑃𝐷𝑆 =𝑇𝑆
7
Teniendo en cuenta la Expansión de 24 Horas del 10%
Se Calcula el porcentaje de camiones mediante la formula