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CONSORCIO TRONCAL 10
~LA VIALIDAD LIMITADA
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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a
DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
28 A LA CALLE 34.
Figura No. 3: Correlación entre SPT y resistencia a la compresión de la rocaBunter scncatone [Thompson cnd tecch, 1989) S·""\ll\.\lI)".~Mi\l
• Keuper mudslone [Thernpscn ond LeQch, 1989) \iiSl\lU1\l\ll \l( ""., .o Keuper mar! (Leach and Thcmpsan, 1!l7!l) (pressuremeter) D~tUU\tn\1l Ilt ut\lr.t\1l11O Keuper morl (Leoch and Tnomp90n. 1979) (pile te9t)
un Istone grit rnudstene(Leoch nrid Thornpscn, 1979) (pile test)Keuper rncrl (Daunr::ey cnd WDDdlond, 1954) (plle test)Keuper mor! (Kllbourn et al., 1989) (pMe test)
10080SO
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2Q 40 6080 100 200 400600 BOa
N!!O (bloI'lS}
Canadian Geotechnical Society
De acuerdo con este método, la capacidad de soporte depende de la dimensión menor
del cimiento B, de la separación entre diaclasas Sv, del ancho de apertura de las
mismas, td, y de la profundidad de la cimentación, Ls. La expresión general de cálculo
de la capacidad de soporte es:
Los factores Ksp Y d obedecen, a su vez, a las fórmulas:
Contrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la56
No.IDU-129-2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
28 A LA CALLE 34.
3 s,+-BKsp = -r=====
10 1+300~Sv
,\\Sl\lUlO Ol Ilf.SI\II\lO\.\.O URur;f¡\)
nlltU\1\f.\\lllllf. ut\l¡¡C\\l\\
d=l+O.4 LsB
De acuerdo con los diseños se tendrán edificaciones con anchos mínimos del orden de
los 8.0 m; de acuerdo con lo detectado en las perforaciones, para un ROD del 25% es
posible adoptar separaciones entre diaclasas Sv de 0.10 m como máximo, asumiendo
además una abertura de diaclasas td de 1.0 mm (0.001 m). También es posible asumir
que la profundidad de la cimentación Ls sea igual a cero, con lo cual el factor d tendría
un valor de 1.0.
Con la información anterior, la aplicación de esta metodología arroja una capacidad de
soporte del macizo rocoso de 31.5 t/m2, para el cual el valor de la presión de contacto
admisible es de 10.50 tlm2.
Capacidad Portante Según el RMR
Es posible emplear los valores que se presentan en la Tabla A.6-6 del Código
Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes (CCDSP-95) para calcular la capacidad de
soporte según la expresión:
El valor de Nms depende del tipo de roca y del Rock Mass Rating (RMR), cuyo valor en
este caso dependió de las siguientes calificaciones a las variables que lo definen:
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28 A LA CALLE 34.LA VIALIDAD LIMITADA
Tabla No. 24: Obtención del RMR del MacizolDSTIlUlO Ol OESRRROllOmmmlO
10 DEUC\lr.&lllnnn"""'~t1Variable Valor Calificación "'!••••~.,
RQD 25% 8
Espaciamiento de Diaclasas 10,0 cm 8
Condición de Discontinuidades Rugosas 30
Agua Subterránea Macizo Húmedo 7
Orientación Favorable O
RMR 53
El valor del factor GSI (Geotechnical Strength Index) es de 48, de acuerdo con la
fórmula:
GSI = RMR-5
De acuerdo con la Tabla A.6-6 mencionada, para rocas tipo B (rocas arcillosas
litificadas), para valores de RMR entre 44 y 65 el valor de Nms está entre 0,056 y 0,32;
efectuando una interpolación lineal entre estos valores para hallar el Nms
correspondiente a un RMR de 53 se obtiene:
N = 0,056+ (0.32-0.056)(53_44)= 0.169ms (64-44)
La resistencia última hallada por este método es, en consecuencia:
qult = 0,169 x 140 = 23.68 tlm2
Para este valor, la presión de contacto admisible es de 7,89 t/m2,
Capacidad Portante Según la Envolvente de Resistencia de Hoek
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28 A LA CALLE 34.
InS1I1U10 \ll 3EsnRRUll\l \IRllmillEs posible usar un modelo en el cual la zona inmediatamente inferior al siWJ.~ru9~UC\l!'lcmn
representa una zona activa, con paredes verticales, con un esfuerzo principal mayor 0'1a
que coincide en la falla con la capacidad de soporte de la cimentación qult; a los lados
de la zona activa se tienen dos zonas pasivas en las que el esfuerzo horizontal permite
el equilibrio con el esfuerzo horizontal en la cuña activa, 0'3a. El esfuerzo vertical en la
zona pasiva es el esfuerzo principal menor y se asume como igual a cero, con lo que el
esfuerzo horizontal es el principal mayor y la resistencia máxima, según el criterio de
Hoek, en dicha zona.
De acuerdo con lo anterior, para la zona pasiva se tiene que:
Aquí, S Y a son parámetros de resistencia de la roca, los cuales se estiman mediante
las fórmulas de Hoek:
(GSI-IOO)S=e 9
1 1( (-GS/) (-20)Ja = - +- e 15 - e 32 6
Para satisfacer las condiciones de equilibrio, el esfuerzo horizontal 0'1p debe ser igual al
esfuerzo horizontal 0'3a de la zona activa. Sustituyendo 0'1p = 0'3a = quSa en la expresión
de Hoek, aplicada a la zona activa:
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donde mbes un parámetro de resistencia del macizo relacionada con las carmGrteñ~i0asRCllOIIRsnnorotUlO ot U&\l~c\Onde la resistencia del material rocoso y que se calcula como: OO&U.
en la cual mi tiene un valor de 7 para rocas arcillosas, se obtiene la siguiente expresión
para el cálculo de la presión admisible sobre el macizo:
Para el macizo rocoso, caracterizado por un factor GSI de 48, se obtienen los siguientes
parámetros adimensionales de resistencia:
- mb = 1.09
- S = 3.1x10-3
- a = 0.506
Para estos parámetros el valor del esfuerzo máximo aplicable es de 41.7 t/m2, que para
un factor de seguridad de 3.0 representa una capacidad de soporte admisible de 13.9
tlm2.
El resumen de las capacidades de soporte admisibles obtenidos mediante cada una de
las metodologías presentadas es el siguiente:
Tabla No. 25: Resultados de los análisis de capacidad portante en roca
Metodologíaqadm
(tlm2)
Zhang y Einstein 11.67
Canadian Geotechnical Society 10.5
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Metodologíaqadm \n~(tlm2
)
RMR (CCDSP- 95) 7.89
Envolvente de Hoek 13.9
\lUlO Ol OESRIIRfillO \IRlIúlliO
OOCUffiEnlD DE UC\l~CIO\l
Como puede verse, los valores obtenidos para las dos primeras y para la última de las
metodologías empleadas pueden considerarse cercanos entre sí, por lo que es posible
adoptar, para efectos de diseño de los Edificios Administrativos del Portal, una
capacidad portante admisible de 12.0 Um2.
7.2.1. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
Los asentamientos totales bajo los cimientos superficiales, S, están conformados por
los asentamientos elásticos Sel y por los asentamientos por consolidación, Se, con lo
cual:
S = Sel+ Se
Los asentamientos elásticos Selpueden calcularse mediante la expresión:
s = qB(I_v2Lel E P
s
El parámetro a tiene un valor mínimo de 1.0, el cual corresponde a cimentaciones
rectangulares, mientras q es el esfuerzo aplicado que, para efectos del cálculo, es igual
a la presión admisible para cada uno de los sitios estudiados.
El asentamiento por consolidación Sc se calcula por medio de la siguiente expresión,
válida para suelos preconsolidados:
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
28 A LA CALLE 34.
e H a: +SaS-rel v prom---oge l+eo (j~
mSlIlUlO DE DESARROLLOUlmnl11DocumEnlO \Ir ucn¡¡C13D
El parámetro Cr es el coeficiente de recompresión, He es el espesor de la capa de
arcilla, eo el la relación de vacíos inicial, y cr'v es el esfuerzo efectivo inicial en el terreno
a la profundidad de cálculo. En todos los casos el esfuerzo final total es inferior a las
presiones de preconcolidación encontradas mediante las pruebas de consolidación; el
incremento de esfuerzos /).crprom ocasionado por el cimiento en la capa compresible se
estima por medio de la expresión:
le es un factor de influencia para el cálculo de incrementos de esfuerzo por debajo del
centro del cimiento, y cuyo valor corresponde a:
En la expresión anterior los valores m y n obedecen a las siguientes fórmulas:
El parámetro z es la profundidad de cálculo.
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28 A LA CALLE 34.LA VIALIDAD LIMITADA
mSlIlUlO DEOESRRRUllOU!lBnnoEl espesor de capa He se estimó considerando una profundidad de cálculo taloo~MMn~EQEUC\1~C\OD
obtuviera un incremento de esfuerzos máximo del 10% de la presión aplicada por el
cimiento; el esfuerzo promedio en esa capa, ~(jprom, se estimó por medio de la
expresión:
En este caso Sa, es el incremento de esfuerzos en la parte alta de la capa, ~(J'm en el
incremento en la mitad de la capa, y Sa, es el incremento en el fondo, y corresponde al
10% del valor de ~(J's como máximo.
Con lo anterior, los asentamientos inmediatos y por consolidación son los siguientes:
Tabla No. 26: Asentamientos en cimientos superficiales
Es B O'adm s, Se SEstación
(t1m2)eo C,
(m) (t1m2) (cm) (cm) (cm)
Puente Peatonal Calle 31 Sur 2,475 1.75 6.72 1.656 0.023 0.417 0.89 1.308
Box Calle 31 Sur con Carrera s- 2,888 12.0 6.60 0.728 0.0083 2.406 0.64 3.045
Box Calle 31 Sur con Carrera 7a A 4,988 12.0 11.40 1.656 0.023 2.407 1.91 4.315
El cálculo de los asentamientos totales mostrado anteriormente se incluye en el
Apéndice C en el final del presente documento.
Finalmente, para el caso de las cimentaciones superficiales en roca para los Edificios
Administrativos, el asentamiento puede estimarse mediante:
Aquí, Em es el módulo de elasticidad del macizo rocoso, e l, obedece a la expresión:
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28 A LA CALLE 34.
mSlIlU10 Ol OESnllROllO URlInllOUO&U\lIEnlO DE U&\lii&IOU
En esta fórmula L es la longitud del cimiento y B el ancho del mismo; f3z es un factor de
forma que, para una relación UB asumida como 5 y cimentación rígida tiene un valor de
1.24, de acuerdo con la Tabla A.6-5 del Código Colombiano de Diseño Sísmico de
Puentes de 1995.
Para estimar el módulo de elasticidad de la masa y del macizo rocoso se acude a la
Figura 14 del CCP que, para una resistencia a la compresión de la roca de 14.0 kg/cm2
(0.2x103 psi) arroja un módulo de elasticidad del material, Eo, de 20,000 psi (1400
kg/cm2) para una relación de módulo de 200. El módulo del macizo Em se estima como:
Em= 0.15Eo
De acuerdo con lo anterior, Em tiene un valor de 210 kg/cm2 (2100 tlm2) y el
asentamiento esperado, para una presión de contacto admisible qo de 12.0 tlm2 es de
6.9 cm. Este resultado en válido para un ancho de cimiento de 8.0 m, de acuerdo con
los diseños para estas edificaciones.
7.3. CÁRCAMOS DE MANTENIMIENTO
En este caso se trata de establecer el factor de seguridad contra falla de fondo y contra
deslizamiento para estas excavaciones, las cuales tendrán una profundidad máxima de
2.0 m y se construirán dentro de las zonas de mantenimiento del Portal; la altura
máxima que puede ser excavada antes de una falla de fondo está dada por
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
28 A LA CALLE 34.
H _ 5.14cufondo - r
Inlll\l\\'O \Il IlfSAílROllO URSnnO
llOcumtUlIllll UC\latlllll
La altura máxima permitida por deslizamiento de la pared del corte puede estimarse con
base en la expresión:
Hdeslizamiento = 4cur
Aquí, para una resistencia no drenada cu de 4.4 tlm2 se tienen los siguientes factores
de seguridad para un corte de 2.0 m de altura como máximo:
Tabla No. 27: Factores de seguridad en cárcamos
Hmáx Hexcavación Factor deCriterio
(m) (m) Seguridad
Falla de Fondo 11.9 2.0 5.95
Deslizamiento 9.26 2.0 4.63
Estos factores de seguridad muestran que la construcción de los cárcamos por
excavación es adecuada en presencia de los suelos existentes en el Portal.
7.4. PANTALLAS PREEXCAVADAS
Estas obras se requerirán para contener, de forma temporal y definitiva, las paredes de
la excavación requerida para la construcción de la Estación del Museo Nacional y para
sostener cortes verticales que se requieren en la Calle 31 Sur y en el Portal Suroriental;
de acuerdo con los diseños geométricos y urbanísticos del proyecto, la rasante final de
la Estación del Museo Nacional se encontrará a una profundidad aproximada de 7.0 m
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
LA VIALIDAD LIMITADA 28 A LA CALLE 34.IUS1ll1ll0 In OEsnRROUO URlInliO
lIocur.mno Gl ucmlCIllD
por debajo del nivel actual del terreno, condición que se extenderá a lo largo de 390.0 m
a lo largo de la obra, mientras que en la Calle 31 Sur y en el Portal Suroriental se
alcanzan alturas de hasta 8.0 m.
En este caso se consideró la necesidad de la construcción de una pantalla
preexcavada, empotrada por debajo del fondo de la excavación, y apuntalada tanto
temporal como definitivamente con el propósito, entre otros, de reducir la posibilidad de
causar convergencias o desplazamientos de las paredes hacia la excavación. La
colocación de los apuntalamientos permite además reducir la longitud de
empotramiento de pantalla.
Para efectos de cálculo se estableció la presión lateral de tierras, en condición de
reposo, que causa cada uno de los estratos detectados en la exploración geotécnica de
campo, en la cual se encontró nivel freático a profundidades variables entre 3.15 m y
9.00 m; para efectos de análisis se adoptó una profundidad de nivel freático de 3.50 m
en el cálculo de las presiones laterales de tierra.
Si bien se recomienda la construcción de una pantalla apuntalada, también se efectuó
un análisis de estabilidad para soporte libre, estableciendo la profundidad total
requerida por la pantalla para esta condición; en todos los casos los análisis contemplan
el cálculo de presiones de tierra en reposo en las paredes de la excavación y las
presiones pasivas de soporte por debajo del nivel de excavación, confinando la pantalla.
Así las cosas, y una vez determinados los perfiles de resistencia a lo largo de cada una
de las peroraciones efectuadas en el sitio, se procedió a calcular las cargas horizontales
producidas por los suelos detrás de la pantalla; para esto, se calcularon los esfuerzos
efectivos en el tope y en el fondo de cada uno de los estratos mediante la expresión:
e
0": = ¿y¡H¡-u¡~I
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28 A LA CALLE 34.IlIsmlllll Ol OfsnllROlLD mnmno
IlDcumtnlO DEucnnCI!lD
LA VIALIDAD LIMITADA
En estos cálculos, e es el número de estratos a lo largo de la pantalla tanto por detrás
como en la zona pasiva, y¡ y H¡ son los pesos unitarios estimados y espesor de cada
estrato, respectivamente, y u es la presión de poros a la profundidad de cálculo. El
coeficiente de presión de tierras en reposo Ko para cada estrato es función de su
ángulo de fricción interna (ji y corresponde a:
Ko= (1 - sen~)
Para cada profundidad de cálculo, y en el caso de las pantallas apuntaladas en que no
se permite el desplazamiento de la estructura, el valor de la presión lateral de tierras
efectiva cr'h se calcula como:
De esta forma, la presión lateral horizontal total O'h en reposo contra la pantalla es la
suma de la presión efectiva con la presión de poros en la profundidad de cálculo:
En el caso de las presiones pasivas el coeficiente de presión de tierras en condición
pasiva es necesario calcular el coeficiente de presión de tierras para cada estrato
mediante:
K = (l+sen~)p (l-sen~)
En el caso especial de las pantallas en voladizo para la estación del Museo Nacional, el
cálculo de los esfuerzos horizontales se efectuó mediante la expresión:
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
28 A LA CALLE 34.
mSlIlUlO OEOEsnRRllllO URonnoDQCUllItDlO DE UC\1f1CIOD
Aquí, el valor del coeficiente de presión de tierras Ka se calcula mediante la expresión:
En presencia de suelos cohesivos, la presión pasiva se calculó de acuerdo con la teoría
de Rankine, según la cual:
La presión pasiva total se calcula, en consecuencia, con la expresión:
Como ya se indicó, estas presiones se calcularon para el tope y para el fondo de cada
uno de los estratos encontrados en las perforaciones; no obstante lo anterior, en el
análisis no se incluyó la presión del agua como parte de la presión pasiva sobre el
empotramiento de la pantalla.
La determinación de la longitud mínima requerida de pantalla se hace, de forma
iterativa, asignando un valor de prueba y calculando los momentos actuantes
generados por la presión de tierras en condición de reposo, y los resistentes,
ocasionados por la presión pasiva bajo el fondo de la excavación, ambos calculados
para el fondo de la pantalla y cada profundidad de excavación analizada, proceso que
se sigue al menos hasta que el factor de seguridad, evaluado como:
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
28 A LA CALLE 34. InS1I1U10 DI OEsnRIlOllO URnnliOD~CUm[nl0 DE UCHIICIOU
FS = IM resistentes
IMactuantes
sea cuando menos superior a 1.0. No obstante, la longitud final de pantalla se establece
para un factor de seguridad mínimo de 1.50. Con el propósito de facilitar los cálculos
para cada una de las envolventes de presión obtenidas en cada estrato se asignó como
ubicación de la resultante correspondiente una altura igual a 1/3 de la altura por encima
del fondo del diagrama de presión.
Se consideraron condiciones con y sin apuntalamiento para profundidades de
excavación variables entre 1.0 m y 8.0 m; las longitudes totales de pantalla requeridas
en cada caso se presentan a continuación:
Tabla No. 28: Dimensiones de las pantallas en la Estación del Museo Nacional
Altura de Excavación Profundidad Total de Profundidad Total de Carga de
(m) Pantalla en Soporte Pantalla Apuntalada Apuntalamiento
Libre (m) (m) Requerida
(t)
1.0 2.0 1.5 2.0
2.0 4.0 3.4 3.0
3.0 8.0 4.0 7.0
4.0 10.5 5.4 10.0
5.0 13.0 7.0 18.0
6.0 15.0 11.0 35.0
7.0 17.0 12.0 45.0
8.0 18.0 15.0 60.0
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DOGUrnEnlO DE UC\l~c\On29: Dimensiones de las pantallas en la Calle 31 Sur y en el Portal Suroriental
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
Tabla No.
Altura de Excavación Profundidad Total de Profundidad Total de Carga Horizontal de
(m) Pantalla en Soporte Pantalla Anclada Anclaje Requerida -
Libre (m) (m) Anclaje Superior
(t)
1.0 2.50 - -2.0 4.50 - -3.0 - 4.50 7.50
4.0 - 6.50 7.50
5.0 - 8.50 10.0
6.0 - 10.50 12.0
7.0 - 12.00 20.0
8.0 - 13.0 20.0
En el caso de las pantallas apuntaladas del Museo Nacional se consideró que la carga
correspondiente se aplicaría en el extremo superior de la estructura; esta carga puede
ser provista por vigas de distintas dimensiones, dependiendo de la altura de
excavación.
En el caso de las pantallas requeridas en la Calle 31 Sur y en el Portal Suroriental se
prevé el uso de anclajes atirantados inclinados un total de 15°, con los que se
proporcionarán las cargas horizontales requeridas; el diámetro del bulbo de concreto es
de 3" (7.5 cm), y el valor de la adhesión suelo - concreto es igual a 2/3 partes la
resistencia no drenada Cu del terreno que, de acuerdo con el perfil geotécnico, puede
adoptarse como 5.2 tlm2. La carga total sobre cada torón se calcula como:
P torón= AdovelaX P / N cos a
Aquí, Adovelaes el ancho constructivo de cada dovela de pantalla, de 2.50 m, P es la
carga horizontal de anclaje requerida por metro lineal, N es el número de torones por
dovela, ya es el ángulo de inclinación del torón con respecto a la horizontal.
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
28 A LA CALLE 34.
Una vez determinada la carga por torón, se calcula la longitud total d~SlBüM'bi1fa~ROUOIIRBnl1\)\ill1:umfj¡lu O~UCHllc:on
concreto de anclaje requerido para proporcionar un factor de seguridad de 1.00 como
mínimo, de acuerdo con:
L = ~orónbulbo 0.67cumi
Las cargas horizontales, el número de torones y la longitud de bulbo de concreto para
cada una de las profundidades de anclaje requeridas se presentan a continuación:
Tabla No. 30: Niveles de Anclaje en la Calle 31 Sur yen el Portal Suroriental
Profundidad Carga Profundidad CargaNúmero de
del Primer Horizontal de del Segundo Horizontal de Longitud del
Altura de Nivel de Anclaje Nivel de AnclajeTorones por
Bulbo decada 2.50 m
Excavación Anclaje en la Requerida - Anclaje en la Requerida - Concretode Pantalla en
(m) Pantalla Primer Nivel Pantalla Segundo Nivel por TorónCada Nivel
(m) de Anclaje (m) de Anclaje(N)
(m)
(t) (t)
3.0 0.50 7.50 - - 5 7.5
4.0 0.50 7.50 - - 5 7.5
5.0 0.50 10.0 4.0 10.0 6 8.0
6.0 0.50 12.0 5.0 12.0 6 10.0
7.0 0.50 20.0 6.0 20.0 8 12.5
8.0 0.50 20.0 7.0 20.0 8 12.5
Los cálculos para la determinación de las profundidades totales de pantalla, así como
los esquemas de presión lateral de tierras para la mayor profundidad de excavación, se
presentan en el Apéndice D de este documento; una vez determinada la longitud de las
pantallas requeridas, de acuerdo con la condición de soporte, es necesario establecer
los diagramas de cortante, momento y desplazamiento lateral esperados, en función de
las características del subsuelo.
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"-CONSORCIO TRONCAL 10
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DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE
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IlUC\lF.lElílOUl ucnaclIln
En este caso los diagramas se determinaron por medio del programa SPW2006
(Verruit, 2006), que permite estimar las solicitaciones en función de la sección
transversal y el radio de inercia de la pantalla, y del perfil estratigráfico del suelo que
actúa contra el elemento.
El programa considera la pantalla como una viga sometida a flexión, por lo que la
relación entre cargas y desplazamientos puede ser expresada mediante las ecuaciones
diferenciales:
En estas expresiones M es el momento, z es la profundidad, f es la carga lateral, w es el
desplazamiento lateral de la pantalla, E es el módulo de elasticidad del concreto, e I es
el momento de inercia de la sección. El módulo de elasticidad del concreto se calculó
empleando la resistencia a la compresión inconfinada fe con base en la expresión:
E=13ooo-!l
Para una resistencia a la compresión de 21.0 MPa se obtuvo un módulo de elasticidad
de 18.8 GPa; el espesor de la pantalla es de 0.60 m en la Estación del Museo Nacional,
y de 0.50 m para las pantallas requeridas en las obras de la Calle 31 Sur y del Portal
Suroriental.
Los diagramas de carga y deformación se calcularon para condición de soporte libre y
para utilización de anclajes o apuntalamientos, empleando las cargas establecidas en la
determinación de las longitudes de empotramiento.Contrato GE-INT -017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la
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InSlIlUlO m iJESnRRfiLLOURonnooocumlU10 G{ucnncmn
Los diagramas respectivos se incluyen en el Apéndice E al final de este documento.
7.5. TALUDES DEL PORTAL SURORIENTAL
Se trata de los cortes que deben hacerse en el perímetro del Portal Suroriental para su
conformación y que en este caso corresponden a una inclinación 1.0H:2.0V, la cual
obedece básicamente a la necesidad de restringir la acción de la erosión hídrica sobre
las arcillas que quedarán expuestas en ellos.
De acuerdo con el diseño, la mayor altura de talud es de 9.0 m; en este caso es
necesario el cálculo del factor de seguridad contra deslizamiento y falla de base para
esta altura, empleando para ello el programa PCStable. El ejercicio se efectuó para
condiciones estáticas y dinámicas, estas últimas obedeciendo a un coeficiente de
aceleración sísmica Aa de 0.24, y arrojó los siguientes resultados:
Tabla No. 31: Factores de Seguridad en los Taludes del Portal
Altura de Talud Factor deCondición
(m) Seguridad
Estática 9.0 1.54
Dinámica 9.0 1.28
Las memorias de cálculo empleando el programa PCStable se incluyen en el Apéndice
F al final de este documento.
7.6. MUROS DE TIERRA ARMADA EN LA CALLE SEXTA
En este punto es necesaria la ejecución de la excavación de los carriles exclusivos del
sistema Transmilenio, los cuales tendrán un nivel de rasante mínimo de cerca de 10.0
m por debajo del nivel de terreno actual. De acuerdo con la exploración geotécnica
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Instituto de Desarrollo Urbano -:;¡..C,"Centro de Documentación
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gravas con intercalaciones de arcillas y limos, las cuales son más frecuentes en los
primeros 6.0 m de profundidad; los niveles freáticos fueron encontrados a
profundidades variables entre 2.70 m y 2.90 m, por lo que es de esperar que se tengan
suelos saturados o muy húmedos durante los trabajos de excavación requeridos.
Debido a los anchos y profundidades de excavación y a que de acuerdo con el proyecto
arquitectónico no se tendrán cubiertas sobre el paso deprimido, no resulta posible la
construcción de pantallas apuntaladas o ancladas o de muros de concreto reforzado,
por lo que se recomienda la construcción de muros de tierra armada para contener las
paredes de los cortes requeridos por la obra.
En este punto debe indicarse que si bien la estructura de tierra armada tiene un cálculo
particular de acuerdo con el proveedor del sistema, es posible estimar la longitud de las
tiras de anclaje la cual, para efectos del presente análisis, será igual al ancho de muro
requerido; como configuración de diseño se propone colocar una tira de acero separada
de las demás, en sentido vertical, una distancia de 1.0 m. El diseño del muro consiste
en determinar la longitud requerida por cada una de las tiras para contener, con un
factor de seguridad FS de 3.0, la presión ejercida contra las unidades de concreto por el
suelo que conforma el muro.
En este caso se asume que el suelo del muro tiene un peso unitario compacto de 20
kN/m3 y que actúa sobre su parte alta una sobrecarga uniforme de 1.0 tlm2 (10 kN/m2);
cada tira de acero resiste la presión de tierras que actúa contra la unidad de concreto
correspondiente la carga asumida por la tira inmediatamente superior, de acuerdo con:
Aquí, H es la altura de suelo medida desde la superficie del muro hasta la parte baja de
la escama de concreto correspondiente a la tira de acero para la cual se hace el cálculo.Contrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la 74
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~h CIVILTEC~ 1~(';f:,..ll;RO~ LTJ),~.
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IIIS1IJlilQ or msnmlOLLD Ufionr.on3&ur;.f¡110 Il~ UCm¡&íOn
El valor de ka para la tierra armada, para un ángulo de fricción asumido para el suelo de
la tierra armada de 40°, es de 0.217.
Una vez se ha calculado la carga para cada una de las tiras, se procede a determinar
su longitud de anclaje Lanclaje por detrás de la cuña de presión activa, de acuerdo con la
expresión:
TLanclaje = 2 t 8wcr, an
Aquí, T es la carga mayorada por un factor de seguridad de 3.0, wes el ancho de la tira,
que en este caso es de 0.30 m, crv es el esfuerzo geostático vertical sobre la tira para la
cual se hace el cálculo, y o es el ángulo de fricción suelo - acero, cuyo valor
recomendado es de 25°; la longitud de desarrollo de cada una de las tiras, LR, que es la
longitud a través de la cuña de falla activa, se estima de acuerdo con la expresión:
LR
= tan( 45+ ~JH-h
Aquí, H es la altura total del muro, y h es la profundidad de la tira por debajo de la
superficie de la estructura; la longitud total de la tira, para cada altura considerada, es:
LT = LR + Lanclaje
De acuerdo con el dimensionamiento efectuado, el ancho del muro de tierra armada
deberá ser de al menos 6.80 m, toda vez que la tira requerida de mayor dimensión tiene
una longitud de 6.76 m, de acuerdo con los cálculos.
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28 A LA CALLE 34.LA VIALIDAD LIMITADA
-------------------------- -==m~~.DDllllllueR~:S!lI"Sl\l1l \I¡"'"'''''' ,
tiOGUl1\l;¡lO U~UC\latllll1Para este muro es necesario verificar la resistencia al deslizamiento; en este caso, para
una altura de 10.0 m, un ancho de 7.0 m y un peso unitario de 20.0 kN/m3 el peso total
es de 1,400 kN; para un coeficiente de fricción de 0.45 en la base, la fuerza resistente al
deslizamiento es de 630.0 kN, mientras que la carga horizontal aplicada es de 417.0 kN,
estimada con la metodología de Mononobe - Okabe para aceleración de sismo de 0.24
g; en este caso el factor de seguridad es de 1.51 contra deslizamiento.
En el caso del volteo, el momento máximo aplicado por el suelo es:
Mact= 417.0 x 5.0 = 2085,0 kN-m
El momento resistente, para una base de muro de 7.0 m de longitud, corresponde a:
Mres = 1,400 x 3.50 = 4,900 kN-m
Con lo anterior, el factor de seguridad contra volteo es de 2.35; los factores de
seguridad calculados de esta forma son adecuados bajo condición de sismo; los
cálculos para el diseño del muro en tierra armada se incluyen en el Apéndice G al final
del presente documento, así como un esquema típico constructivo del mismo.
7.7. ASENTAMIENTOS PORABATIMIENTO DEL NIVEL FREÁTICO
Debido a que la excavación para la construcción de la estación del Museo Nacional
implica un abatimiento del nivel freático en la zona, se espera que esta situación afecte
los suelos bajo esa edificación; en atención de esto se procedió a estimar el valor del
asentamiento debido a esta condición, asumiendo que se produce un descenso del
nivel de agua subterránea desde los 2.00 m hasta una cota igual a los 8.00 m de
profundidad, que coincide con la mayor profundidad de excavación considerado.
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28 A LA CALLE 34.LA VIALIlAD LIMITADA
i \llSI\i\\iliLt\\ '~~'3r.\1.~m~1\lUl\l \l. ~ur.\1:!!~
Como paso inicial se estimó el valor del asentamiento ocasionado por 10~1}§wrm1'h'bsde
la edificación, de acuerdo con la expresión:
Aquí, C. es el coeficiente de recompresión, Ho es el espesor de la capa que consolida,
eo es la relación de vacíos, cr'v iniciales el esfuerzo efectivo inicial en la mitad de la capa
de suelo, y ~cr es el incremento de esfuerzos por la sobrecarga impuesta por la
edificación. En este caso, de acuerdo con la exploración geotécnica de campo
realizada, es posible emplear una capa compresible de 12.0 m de espesor para los
cálculos.
A continuación de procedió a estimar el valor del esfuerzo efectivo final cr'v finalen el
punto de cálculo luego del descenso del nivel freático, situación que implica la aparición
de una sobrecarga que, en el punto medio de la capa compresible, es igual a la presión
hidrostática inicial ywH sobre él; así las cosas, el asentamiento final obedece a la
expresión:
El asentamiento debido al descenso del nivel freático es, en consecuencia, la diferencia
entre el asentamiento por abatimiento Sabatimientofinal y el asentamiento inicial por
consolidación Sc inicial,según:
Sabatimiento = Sabatimiento final - Se inicial
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LA VIAUlAD LIMITADA 28 A LA CALLE 34.:í 1\11\1\ Il! 1f<;nnlmllO ur.n~f¡1l
1l01:1I1,1tillU 01. ucnncmu 'De acuerdo con lo anterior, el descenso del nivel freático para las profundidades inicial y
final consideradas y en presencia de los suelos estudiados produciría un asentamiento
de 0.43 cm. Se estimó que la presión aplicada por el edificio del Museo al terreno es de
8.15 tlm2, con cimientos de 2.50 m de ancho.
El cálculo del asentamiento por descenso del nivel freático se incluye en el Apéndice H
al final de este documento, así como un procedimiento de instrumentación propuesto
para el monitoreo de la excavación y de la fachada del Museo.
7.8. BOX SOBRE EL Río FUCHA
Esta obra se construirá sobre suelos granulares, con lo que la capacidad de soporte
obedece a la expresión:
a = O.5rBNyadm FS
Para esta expresión en valor de Nq y el de Ny dependen del ángulo de fricción del suelo
sobre y bajo el nivel de cimentación, respectivamente; en este caso B es el lado corto
del cimiento y Ny es el factor de capacidad portante por peso del suelo bajo el cimiento.
De acuerdo con las pruebas de caracterización geotécnica efectuadas mediante
perforaciones en la Calle 11 Sur, el menor ángulo de fricción de los suelos granulares
es de 25°, y el peso unitario del depósito es de 1.7 tlm3. Para efectos de cálculo, no se
considera presión por sobrecarga q a nivel de cimentación.
Con base en lo anterior, y considerando un ancho mínimo de cimiento de 6.0 m, la
capacidad portante admisible es de 18.8 tlm2, para un valor de Ny de 11.08 y un factor
de seguridad de 3.0.
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