INFORME GEOTÉCNICO NUEVO PUENTE PROPUESTA CIMENTACIÓN
1. OBJETIVO Elaboración de una propuesta de diseño geotécnico de la cimentación del puente, con las propiedades propiedades físico-mecánicas obtenidas a partir de los ensayos de laboratorio realizados realizados por la firma consultora. Es importante aclarar que este informe está hecho con la primera campaña de sondeos realizada y de la cual cual se han tomado los diferentes datos de partida para para la elaboración de los cálculos para la cimentación profunda. Para estos sondeos se han realizado ensayos SPT, los cuales han arrojado mejores resultados que los ejecutados en los primeros sondeos, mejorando las propiedades y la resistencia a la tensión de los estratos donde se cimentará. Por esta razón se ha dejado la cimentación con los resultados más desfavorables, también entendiendo que los últimos sondeos fueron de campaña de comprobación. 2. ALCANCE El alcance de este informe que se anotan a continuación, se orienta a dar las conclusiones y recomendaciones geotécnicas respecto a la propuesta de cimentación del puente:
A partir de la información geotécnica determinar los parámetros parámet ros necesarios para elaborar la propuesta del diseño de la cimentación del nuevo puente y obras complementarias.
Proponer un diseño de la cimentación del puente en los los dos dos flancos.
Realizar un análisis análisis de la estabilidad de taludes en los dos flancos con y sin cargas, estática y pseudo estáticamente, y dar las recomendaciones necesarias de obras del tipo preventivas y de control.
Dar las recomendaciones para la implementación de la cimentación propuesta, teniendo en cuenta que la presión máxima de contacto sobre el terreno sea inferior a la capacidad portante del suelo existente, que no se presentan grandes
asentamientos y que sea la más económica; con lo que se garantiza el funcionamiento y la estabilidad de la estructura bajo la solicitud de las cargas de trabajo suministradas del puente.
Recomendar procesos constructivos específicos de la obra.
CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR Y DE LA L A ESTRUCTURA 3. CARACTERÍSTICAS Se proyecta diseñar y construir una estructura para un puente vehicular de 71,2 metros de luz aproximadamente, colocada sobre dos apoyos en los extremos. El ancho del tablero sería de 14.50 metros, distribuidos en tres carriles y un andén peatonal. Dada la altura a la cual se encuentra la estructura del puente y su cimentación con relación al cause del río, estas no se verán afectadas por el fenómeno de socavación. Así también lo manifiesta el estudio de socavaciones. La estructura del puente estará conformada fundamentalmente por pilares, estribo, muros ala, vigas longitudinales y losa de tablero de concreto reforzado.
4. TRABAJOS REALIZADOS SONDEOS MECÁNICOS
PRIMERA CAMPAÑA Se han perforado dos (2) sondeos mecánicos a rotación con extracción de testigo continuo con el fin de poder realizar ensayos de penetración penetración dinámica (S.P.T). El PR-01 y el PR-2-2. La profundidad de los sondeos ha sido de 20m en cada uno de ellos. Se han efectuado un total de 18 ensayos S.P.T. En la siguiente tabla se recogen la profundidad a la que se han realizado los ensayos, los índices de golpeo obtenidos, y la consistencia-compactación con la que se corresponden:
SONDEO No
SD-1
SONDEO No
SD-2
ENSAYO No
PROFUNDIDAD
GOLPEO SPT
No SPT
COMPACIDAD CONSISTENCIA
SPT-1 SPT-2 SPT-3 SPT-4 SPT-5 SPT-6
2.00 – 2.50 2.50 – 3.00 3.00 – 3.50 3.50 – 4.00 4.00 – 4.50 4.50 – 5.00
SPT-7
5.00 – 5.50
1/2/3 2/2/2 3/3/3 3/3/3 3/3/3 3/3/2 6/8/8
5 4 6 6 6 5 16
SPT-8
5.50 – 6.00
8/8/8
16
SPT-9 SPT-10
6.00 – 6.50 6.50 – 7.00
SPT-11
7.00 – 7.50
3/4/6 3/4/4 4 / 6 / 15
10 8 21
SPT-12
8.00 – 8.50
10 / 10 / 7
17
SPT-13
9.00 – 9.50
10 / 10 / 11
21
Suelto Suelto Suelto Suelto Media Media Moderadamente denso Moderadamente denso Firme Firme Moderadamente denso Moderadamente denso Moderadamente denso
ENSAYO No
PROFUNDIDAD
GOLPEO SPT
No SPT
COMPACIDAD CONSISTENCIA
SPT-1
1.00 – 1.50
8 / 9 / 10
19
SPT-2
2.00 – 2.50
SPT-3
3.00 – 3.50
5/3/4 9 / 10 / 15
7 25
SPT-4
4.00 – 4.50
9 / 12 / 15
27
SPT-5
6.00 – 6.50
6 / 10 / 14
24
Moderadamente denso suelto Moderadamente denso Moderadamente denso Moderadamente denso
SEGUNDA CAMPAÑA Como se ha comentado anteriormente, a petición del MTOP se realizaron don sondeos nuevos que han arrojado mejores resultados que la primera campaña. Estos sondeos se han perforado a 8,5m de la plataforma de cimentación que está a -5m con respecto a la cota rasante del terreno. Sondeo P-1 y sondeo P-2.
Los perfiles de perforación son los siguientes SONDEO No ENSAYO No PROFUNDIDAD No SPT
P-1
SPT-1 SPT-2 SPT-3 SPT-4 SPT-5 SPT-6 SPT-7 SPT-8
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
7 8 20 15 55 27 R R
COMPACIDAD CONSISTENCIA Suelto Suelto Moderadamente denso Moderadamente denso Denso Moderadamente denso Muy denso Muy denso
SONDEO No ENSAYO No PROFUNDIDAD No SPT
P-2
SPT-1 SPT-2 SPT-3 SPT-4 SPT-5
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00
44 R R R R
Los registros de perforación de la primera campaña han sido:
COMPACIDAD CONSISTENCIA Denso Muy denso Muy denso Muy denso Muy denso
Los registros de perforación de la segunda campaña son:
Para el uso de la información geotécnica y especialmente la referente al ensayo de penetración estándar, SPT obtenido en el campo (campaña 1), se realizan las correcciones como por longitud de la tubería, tipo y diámetro y presión efectiva de sobrecarga. Se ha adoptado corregir los valores den ensayo de penetración estándar para obtener el N60, es decir al 60% de la energía aplicada por el ensayo. A continuación se anota el procedimiento y en la tabla 5 los resultados:
N60 = N(ER/60)A, donde: N60, Valor de penetración estándar al 60 % de la energía aplicada
N, es la penetración estándar de campo ER, eficiencia del ensayo, valor adoptado de 0.50 y A, Valor que depende de la longitud de la tubería Los valores corregidos de penetración estándar adoptados para esta propuesta se anotan en la tabla 5:
5. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN PROPUESTA A partir del suministro de las cargas de trabajo, por parte del Ingeniero estructural, se procede a diseñar un sistema de pilares de fundación pre-excavados en el sitio y vaciados con concreto reforzado, que trabajarán esencialmente por la punta. El hecho de ser pre-excavados no se generaría una fricción lateral significativa y no se tendrá en cuenta en el diseño geotécnico. CARGAS DE TRABAJO SUMINISTRADAS:
Viga 1: Carga muerta + carga viva= 421.6t Viga 2: Carga muerta + carga viva= 437.7t Peso propio de un pilar (después de iterarlo)=34.6t CARGA TOTAL POR ESTRIBO (Incluye peso propio de 4 pilares)=997.7t. CÁLCULO DE LOS PILARES FUNDACIÓN
La capacidad portante de un pilar de fundación en un suelo friccionante (c=0), teniendo en cuenta la penetración estándar corregida, viene dada por la expresión: donde: : es la carga última : es el esfuerzo efectivo vertical en la punta del pilar : es el factor de capacidad de carga, obtenido a parir de y este a partir del N corregido En las siguientes figuras, se muestran los cálculos.
LADO DERECHO
LADO IZQUIERDO:
A petición del ministerio se han realizado los cálculos de capacidad de los pilotes con los nuevos sondeos de comprobación.
Para estos cálculos se ha hecho también la corrección de los ensayos SPT para un 60% de la energía N60, usando la misma formulación de cálculo para determinar los factores Nc y N60 usados en los cálculos anterior.
Así pues se tendría:
SONDEO PROFUNDIDAD No SPT ENSAYO No No (m) (golpes/pie)
SPT-1 SPT-2 SPT-3 SPT-4 SPT-5 SPT-6 SPT-7 SPT-8
P-1
1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
7 8 20 15 55 27 60 60
Factores de correción
Longitud 0,75 0,75 0,75 0,81 0,87 0,91 0,95 0,95
Tipo 1 1 1 1 1 1 1 1
Diámetro 1 1 1 1 1 1 1 1
Peso unitario (ton/m3)
Presión efectiva (ton/m2)
CN
N60
1,60 1,60 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,75
1,60 3,20 4,85 6,50 8,15 9,80 11,45 13,20
1,61 1,38 1,24 1,15 1,07 1,01 0,96 0,91
7,00 6,00 15,00 11,00 42,00 20,00 45,00 43,00
Peso unitario (ton/m3)
Presión efectiva (ton/m2)
CN
N60
1,65 1,65 1,65 1,65 1,75
1,65 3,30 4,95 6,60 8,35
1,60 1,37 1,24 1,14 1,06
44,00 51,00 46,00 46,00 46,00
φ= ((20*N60)^0,5)+20 φ= ( (20*43)^0,5)+20 φ= 49 Ql= 5.1*Ap*Nq*tgφ Ql= 5,1*((0,75^2)*3,141516)*900*tg49 Ql= 9327,651866 FS=3
310,92 Tn
SONDEO PROFUNDIDAD No SPT ENSAYO No No (m) (golpes/pie)
SPT-1 SPT-2 SPT-3 SPT-4 SPT-5
P-1
1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
44 60 60 60 60
Factores de correción
Longitud 0,75 0,75 0,75 0,81 0,87
Tipo 1 1 1 1 1
Diámetro 1 1 1 1 1
φ= ((20*N60)^0,5)+20 φ= ( (20*43)^0,5)+20 φ= 50 Ql= 5.1*Ap*Nq*tgφ Ql= 5,1*((0,75^2)*3,141516)*900*tg49 Ql= 9652,091931 FS=3
321,74 Tn
NOTA: Se toma como carga la más desfavorable, siendo esta 310,92 Tn
DISTRIBUCIÓN DE LOS PILARES
De común acuerdo con el Ingeniero de estructuras, la distribución de los pilares en corte y en planta, será tal como se indica en la siguiente figura, que se muestra en seguida:
PROPUESTA INICIAL PLANTA ESTRIBOS
6. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE LOS PILARES DE FUNDACIÓN
EQUIPO DE PERFORACIÓN. Mediante el uso de equipo de perforación que tenga la capacidad suficiente para la obra, como la selección apropiada de la herramienta de ataque. Una buena construcción de pilares implica excavar el hueco en el menor tiempo posible y colocar enseguida el concreto. La demora en este proceso puede causar relajamiento de esfuerzos en el sitio, lo que permitiría cierto desplazamiento del suelo hacia el pozo, con la consiguiente disminución de la resistencia al corte y mal comportamiento posterior del pilar.
CAJONES INDIOS EN CONCRETO Los cajones indios en concreto serán de sección circular con un diámetros de 1.50m que se hincan en el terreno por su propio peso a medida que se excava en su interior, mientras se van superponiendo, proceso que continúa hasta alcanzar una profundidad de la cimentación requerida.
Procedimiento de construcción: 1. Localización de los pilares de acuerdo a las coordenadas suministradas en el plano o con la ayuda de un GPS. 2. Excavar el hueco a mano e ir colocando los anillos uno tras otro hasta la profundidad requerida. 3. Realizar pruebas complementarias de penetración estándar, para verificar la calidad del estrato resistente y esté acorde con el diseño geotécnico. 4. Vaciado del concreto. Este debe ser continuo para evitar la formación de juntas frías. 5. Se recomienda calcular el volumen teórico de concreto necesario para llenar el agujero para la pila y compararlo con el volumen real colocado. Esto con el fin de controlar la presencia de cárcavas. 6. Continuar con la construcción de la viga cabezal.
PILARES DE CIMENTACIÓN PRE-EXCAVADOS REVESTIDOS CON ANILLOS DE CONCRETO Los pilares de concreto pre-excavados serán de sección circular con un diámetros de 1.50m, para ambos flancos o estribos del puente que se construirán manualmente excavando metro a metro y entibando mediante el uso de una formaleta cónica de madera o metal hasta alcanzar la profundidad de excavación. El procedimiento de constructivo, una vez se localicen los pilares de acuerdo a sus coordenadas con ayuda de GPS, será como se indica en los esquemas siguientes (figura 10):
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CIMENTACIÓN. Según las características del puente vehicular de 71.2 metros de luz con un ancho de tablero de 14.50 m distribuidos en tres carriles y un andén, y las propiedades físicomecánicas del suelo que va a soportar las cargas, se recomienda fundar la superestructura del puente sobre un sistema de pilares anclados, circulares, preexcavados y en concreto reforzado que servirán de apoyo al puente y colocados sobre los flancos al lado y lado de las coronas de los taludes del río. Características de los pilares:
Lado Derecho Diámetro: 1.50 m Profundidad: 8.50 m Material: concreto reforzado Ubicación y distribución: Ver lámina 2, 4 y 5 de los planos.
Lado Izquierdo Diámetro: 1.50 m Profundidad: 6.50 m Material: concreto reforzado Ubicación y distribución: Ver lámina 2, 4 y 5 de los planos Los pilares deben ir empotrados en la viga cabezal.
MÉTODO CONSTRUCTIVO DE LOS PILARES. Este será seleccionado por el contratista de los propuestos en este informe acorde con la interventoría. Ver el apartado 6. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE LOS PILARES DE FUNDACIÓN. De todas maneras será aquel que garantice verticalidad en la excavación, una continuidad en el concreto y no se presenten hormigoneras al momento de fundir. Un aspecto de gran relevancia se refiere a la estabilidad que pueden presentar las paredes de la perforación durante su ejecución, debiendo decidir por ello si deben o no ser protegidas para evitar derrumbes o cerramiento. Por otro lado no se ha detectado cota de nivel freático, con lo cual facilitará la construcción de las excavaciones de los pilares. Conviene que el método de los pilares pre-excavados metro a metro ya que estos alteran muy poco las propiedades de los suelos del sector y además se puede abrir varios frentes, esto último permite avanzar y ser comparables con una máquina perforadora.
OBRAS PREVENTIAS COMPLEMENTARIAS OBRAS DE DRENAJE: Dado que una de las principales causas de inestabilidad en un talud que se va a intervenir, es el agua meteórica producto del invierno en la región y el mal manejo de las mismas; con el fin de evitar que estas aguas entren al cuerpo del talud y generen inestabilidad, se recomienda realizar la construcción de diferentes obras de drenajes tipo cunetas de coronación u obras de captación como las que se ya contemplan en el proyecto en la parte de hidrología e hidráulica. Si al realizar la excavación para la cimentación del sistema de pilares, se presenta una estratigrafía diferente a la anotada en el estudio geotécnico suministrado por el consultor, se debe informar inmediatamente al ingeniero de suelos para hacer las pruebas complementarias y hacer ajustes en los parámetros de diseño
recomendados, si a eso diere lugar y que eventualmente pueden conducir a un chequeo del tipo de cimentación diseñado. De todas maneras, una vez se tenga la profundidad de las excavaciones de los pilares, se deben realizar pruebas de verificación de las propiedades físico-mecánicas del estrato de fundación de cada uno de los pilares.
