estudio de suelos interconexiÓn 1: desarenadores...

EMPRESA IBAGUEREÑA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO IBAL S.A. E.S.P. OFICIAL

CONTRATO 0072-2012

REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE LOS DISEÑOS DE ACUEDUCTO COMPLEMENTARIO DE ACUERDO CON LO ESTABLECIDO EN EL

REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO RAS 2000 Y NORMA SISMO RESISTENTE ACTUAL

NSR10, BRINDANDO ALTERNATIVAS ACORDE CON LA SITUACIÓN ACTUAL Y FUTURA PARA LA PRESTACIÓN DEL SERVICIO DE ACUEDUCTO Y DAR ASÍ SOLUCIÓN A LA PROBLEMÁTICA DEL SERVICIO EN LA CIUDAD DE

IBAGUÉ

ESTUDIO DE SUELOS INTERCONEXIÓN 1: DESARENADORES – LÍNEA DE

ADUCCIÓN

C-309-IT-GEO-V4

CONSORCIO IEH GRUCON - PROFINVEST

BOGOTÁ, NOVIEMBRE DE 2013

CONSORCIO IEH GRUCON PROFINVEST

REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE LOS DISEÑOS DEL ACUEDUCTO COMPLEMENTARIO PARA LA

PRESTACIÓN DEL SERVICIO DE ACUEDUCTO EN LA CIUDAD DE IBAGUÉ

Versión 0 Septiembre de 2013


ADUCCIÓN C-309-IT-GEO-V4

Hoja No. 2


ESTUDIO DE SUELOS INTERCONEXIÓN 1: DESARENADORES – LÍNEA DE ADUCCIÓN

C-309-IT-GEO-V4

CUADRO DE RESPONSABILIDADES

RESPONSABLE NÚMERO DE REVISIÓN

0 1 2

ELABORACIÓN

Mario Leandro Castro, Gustavo Valencia Corredor, Juan Carlos

Salazar Oliveros

05-07-2013

REVISIÓN

John Jairo Isaza Peña

05-07-2013

APROBACIÓN

María Cristina Peña Chacón

05-07-2013

LISTA DE DISTRIBUCIÓN

DEPENDENCIA No.

COPIAS FECHA DE

ENVÍO OBSERVACIONES

Ing. Esther Julia Rodríguez Patiño - Interventoría

1

Supervisor Contrato IBAL - Ing. Juan Carlos Núñez

1

Director Operativo IBAL- Ing. Luis Ricardo Salcedo

1

Archivo Consorcio 1 Medio Electrónico PDF

CUADRO DE MODIFICACIONES

REVISIÓN FECHA DE

MODIFICACIÓN ORIGEN DEL CAMBIO O MODIFICACIÓN







Hoja No. 3



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Tabla de Contenido

1 ESTUDIO DE SUELOS ............................................................................................... 4

1.1 Introducción .............................................................................................................. 4

1.2 Características del Proyecto ....................................................................................... 4

1.3 Subsuelo .................................................................................................................... 4

1.4 Análisis Geotécnicos Estructuras ................................................................................ 5 1.4.1 Desarenadores Existentes ............................................................................................................ 5

1.5 Análisis Geotécnicos Tuberías .................................................................................... 5

1.6 Conclusiones y Recomendaciones............................................................................. 12

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 13

Índice de Tablas

Tabla 1. Características de la red ...................................................................................... 4 Tabla 2. Evaluación de Cargas .......................................................................................... 7

Índice de Figuras Figura 1. Análisis de estabilidad para zanjas de tuberías en condición estática ................. 9 Figura 2. Análisis de estabilidad para zanjas de tuberías en condición dinámica ............. 10 Figura 3. Entibado Tipo EC 2 ........................................................................................... 10 Figura 4. Entibado Tipo EC 3 ........................................................................................... 11

Índice de Anexos

ANEXO 1. FIGURAS ....................................................................................................... 14 ANEXO 2. ESPECTRO DE DISEÑO ............................................................................... 15 ANEXO 3. MEMORIAS DE CÁLCULO ............................................................................ 16 ANEXO 4. ESPECIFICACIONES ..................................................................................... 17







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1 ESTUDIO DE SUELOS

1.1 Introducción

En este informe se presentan los resultados del análisis de suelos y cimentaciones para la construcción de la red de interconexión entre los desarenadores y la Línea de Aducción; en el municipio de Ibagué, Tolima. Se describe inicialmente el proyecto, para luego presentar la investigación geotécnica efectuada y las características del subsuelo encontrado. Luego se concluye sobre el tipo y profundidad de la cimentación, capacidad de soporte, asentamientos probables y por último se incluyen en el texto las recomendaciones constructivas.

1.2 Características del Proyecto

Según el diseño hidráulico, la línea de interconexión entre los desarenadores y la Línea de Aducción será en tubería de HD. La red estará instalada a profundidades entre 1.64 y 2.90 m bajo la rasante y tiene las siguientes características:

Tabla 1. Características de la red

Nodo De Nodo A Longitud

(m) Diámetro

Bc (m)

Excavación Condición de

Instalación Profundidad

(m) Ancho Bd

(m)

4 5 2.0 0.90 2.58 1.60 ZANJA

5 6 0.4 0.90 2.80 1.60 ZANJA

6 7 3.0 0.90 2.90 1.60 ZANJA

7 8 32.6 0.90 1.64 1.60 ZANJA

8 9 4.9 0.90 2.06 1.60 ZANJA

9 10 6.0 0.90 2.06 1.60 ZANJA

1.3 Subsuelo

El perfil estratigráfico se describe a continuación:







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a) Superficialmente aparece el descapote, rellenos en tierras varias con escombros y piedras que alcanzan profundidades entre 0.10 y 0.60 m.

b) Hay luego arenas limosas de color café y densidad suelta a muy compacta con gravas, las cuales alcanzan una profundidad entre 0.70 y 5.00 m.

En el momento de realizar la investigación del subsuelo se detectó agua libre a profundidades entre 0.50 y 1.40 m.

1.4 Análisis Geotécnicos Estructuras

1.4.1 Desarenadores Existentes

En los desarenadores existentes se proyecta la ampliación de 1.0 metro en altura de la estructura de concreto y por lo tanto es necesario realizar una inspección detallada del tipo y profundidad de cimentación para determinar si éstos son adecuados para las nuevas cargas que serán transmitidas.

1.5 Análisis Geotécnicos Tuberías

1.5.1.1 Parámetros de Resistencia

El valor de la resistencia al corte no drenada Cu se obtuvo a partir del número de golpes del ensayo de penetración estándar SPT de acuerdo con la expresión de Stroud (1974).

𝐶𝑢 = 0.6 ∙ 𝑁60 (Ton/m2)

Dónde: 𝑁60 = 0.75 ∙ 𝑁 = Número de penetración estándar, corregido por condiciones de campo.







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𝑁 = Número de penetración medido

Adicional a la corrección por condiciones de campo, en suelos granulares se realiza la corrección por el esfuerzo efectivo de sobrecarga propuesto por Peck y otros (1974).

(𝑁1)60 = 𝐶𝑁 ∙ 𝑁60

Dónde: 𝐶𝑁 = 0.77 ∙ 𝑙𝑜𝑔 [20

(𝜎′0𝑃𝑎

)]

𝑃𝑎 = 10 Ton/m2

El cálculo de la capacidad portante se realizó empleando un factor de seguridad de 3.0 y el menor valor obtenido en los ensayos de penetración estándar; empleando las expresiones mencionadas anteriormente, se obtiene un valor de Cu igual a 6.30 Ton/m2.

En el Anexo 4 se presentan las Memorias de Cálculo.

De acuerdo con el tipo de tubería y las profundidades de apoyo mencionadas previamente, se realizó un análisis inicial de cargas y se obtuvo el tipo de cimentación para las tuberías de la red de acueducto.

En las Memorias de Cálculo del Anexo 4, aparece discriminado para cada uno de los tramos de tuberías la evaluación de cargas, la profundidad y el tipo de cimentación recomendada.

El análisis de cargas muertas causadas por el peso del suelo se hizo considerando el peso del prisma del suelo directamente sobre la tubería, menos las fuerzas cortantes de fricción que se transfieren a este prisma por los suelos adyacentes, utilizando la ecuación de la teoría de Marston.

En cuanto al análisis de cargas vivas debidas al tránsito se hizo teniendo en cuenta que el camión de diseño es el C40-95, el cual aplica una carga de 7500 Kg en un área de 0.25 x 0.50 m. En el proyecto no se presupuesta que existan otras cargas que puedan afectar a las nuevas tuberías.







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De acuerdo con los resultados obtenidos, para las tuberías se emplearán los tipos de cimentación que aparecen en las Memorias de Cálculo, cuyos esquemas se presentan en la Figura No. 1. En las tablas siguientes aparece el resumen de los resultados de evaluación de cargas obtenidos.

Tabla 2. Evaluación de Cargas

Nodo De Nodo A

Carga muerta

Wd (KN/m)

Carga viva Wv (KN/m)

4 5 38.41 16.85

5 6 42.72 15.52

6 7 44.70 14.96

7 8 17.10 29.51

8 9 27.26 21.18

9 10 27.26 21.18

Las tuberías se apoyarán sobre el terreno natural, conformado por las arenas limosas con gravas descritas anteriormente. Sin embargo, si en algún lugar al excavar hasta el nivel de fundación se encuentran rellenos en la subrasante, se deberá realizar una excavación adicional hasta encontrar el suelo natural o hasta una profundidad máxima de 40 cm, la cual se rellenará con un espesor adicional en el material de subbase granular.

1.5.1.2 Capacidad de Soporte Neta del Suelo

La capacidad de soporte neta del terreno para las tuberías que conforman el proyecto, tiene un valor de 1.2 Kg/cm² (12.0 Ton/m²). Estos valores fueron obtenidos a partir de los ensayos de penetración estándar realizados en campo, como aparece en las memorias de cálculo en el Anexo 4.

1.5.1.3 Asentamientos

Con este sistema de cimentación se han calculado asentamientos teóricos elásticos y por consolidación inferiores a 2 cm, con asentamientos diferenciales despreciables tal como aparece en las memorias de cálculo del Anexo 4.







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1.5.1.4 Rellenos sobre las tuberías

Tuberías bajo zonas de tráfico vehicular

Teniendo en cuenta las dimensiones en planta de las excavaciones y con el fin de evitar movimientos en la superficie y daños en la estructura del pavimento, sobre las tuberías que se encuentren bajo zonas de tráfico vehicular se rellenará en material tipo subbase granular, en el que se logrará una compactación mínima del 95% de la máxima obtenida en el ensayo Próctor Modificado. Las especificaciones del material se presentan en el Anexo 5.

Tuberías bajo zonas sin tráfico vehicular

Para las tuberías que se encuentren proyectadas en zonas verdes o zonas sin tráfico vehicular, se colocará sobre estas un relleno en material tipo recebo, en el que se logrará una compactación mínima del 95% de la máxima obtenida en el ensayo Próctor Modificado con el fin de evitar deflexiones en las tuberías. Las especificaciones del material se presentan en el Anexo 5.

1.5.1.5 Empujes de tierra

Para determinar los empujes se evaluaron las condiciones de empuje de tierra en condiciones de suelos cohesivos. La resistencia al corte no drenada de los materiales del perfil tiene un valor comprendido entre 90 y 400 KPa, por lo tanto se debe utilizar el diagrama de presión de tierras que aparece en la Anexo 1 (Figura 2), en el cual se presentan los valores de Ka en condición estática según Rankine y dinámico según Mononobe-Okabe, para un ángulo de fricción de 28° y un peso específico de 2.0 Ton/m3, en el Anexo 4 se presentan las Memorias de Cálculo.

1.5.1.6 Cárcamos

En aquellos tramos de la red que no cumplan con la altura mínima entre la rasante final de la vía y la clave externa de las tuberías establecida en la normatividad, se deberá emplear un cárcamo para su protección contra la acción de las cargas vivas.

En el Anexo 1 (Figura 3) se presenta el detalle de cárcamo recomendado para los tramos que lo requieran.







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1.5.1.7 Excavaciones para las tuberías

Las excavaciones para las zanjas con alturas superiores a 1.0 m se realizarán en forma vertical empleando un entibado tipo EC 2 con el fin de evitar deslizamientos y garantizar la seguridad de quienes efectúen las excavaciones, dicho entibado será conformado por tablas de madera de 0.10 m x 0.20 m. Las tablas estarán sostenidas con codales metálicos telescópicos de 0.15 m de diámetro por sección, espaciados 1.6 m entre ejes. La longitud de empotramiento de los puntales de los entibados en el suelo será como mínimo de 0.50 m bajo el fondo de la excavación y para los entibados la primera línea de codales deberá estar colocada a una altura inferior a 1.6 m.

En las excavaciones con alturas superiores a 4.0 m se empleará una entibado tipo EC 3 (Tablestaca metálica) cuya longitud será 1.5 veces la profundidad de excavación. A manera de ejemplo para una excavación de 6.0 m, la longitud total de la tablestaca debe ser 9.0 m.

Se realizaron los análisis de estabilidad en los cuales se presentan factores de seguridad adecuados:

Figura 1. Análisis de estabilidad para zanjas de tuberías en condición estática







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Figura 2. Análisis de estabilidad para zanjas de tuberías en condición dinámica

A continuación se presentan los esquemas del entibado tipo EC 2 y EC 3 recomendados:

Figura 3. Entibado Tipo EC 2







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Figura 4. Entibado Tipo EC 3

En todos los casos las excavaciones se realizarán, por tramos con longitudes no mayores a 8.0 m y no se iniciará la excavación del tramo aledaño hasta que se haya colocado y compactado el relleno en subbase granular en el tramo excavado hasta una profundidad como mínimo de 1.0 m bajo la superficie actual del terreno.

En el Anexo 4 se presenta la altura de excavación crítica la cual se calcula mediante la siguiente expresión:

𝑍𝑐 =2 ∙ 𝐶𝑢

𝐹𝑆 ∙ 𝛾

1.5.1.8 Maquinaria a utilizar

La maquinaria a utilizar será definida directamente con el contratista que realice los trabajos de instalación de las tuberías. Se estima sin embargo, que para el tipo de zanjas a excavar, se requerirá de una retroexcavadora, volqueta para suministro y evacuación de material, compactador de mediana capacidad y herramientas y equipos menores.







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1.5.1.9 Manejo de Aguas

Teniendo en cuenta la profundidad de instalación de las tuberías y las características de los suelos del perfil, al momento de excavar la zanja existirá agua libre por lo que se debe prever en la obra contar con motobombas, con el fin de poder mantener secas las excavaciones.

1.6 Conclusiones y Recomendaciones

Las recomendaciones presentadas a lo largo del estudio deben ser seguidas en su totalidad, de lo contrario será responsabilidad del Contratista de obra por los cambios realizados durante la ejecución y operación del proyecto.

Los términos de este informe se fundamentan en las informaciones obtenidas durante la ejecución de los trabajos de campo. Si durante la construcción se presentan condiciones diferentes a las acá planteadas, deberá darse aviso al Consultor para introducir las

modificaciones o adiciones a que haya lugar.

Estaremos atentos a resolver cualquier inquietud al respecto.

Atentamente,

CESAR SEGURA SEGURA Matrícula 25202-143091CND







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BIBLIOGRAFÍA

BOWLES, J.E. Foundation Analysis and Design. 5th Edition. McGraw-Hill 1996

DAS, B.M. Shallow Foundations: Bearing Capacity and Settlement. CRC Press LLC 1999

POULOS, H.G. DAVIS, E.H. Pile Foundation Analysis and Design. Rainbow-Bridge Book Co. 1980







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ANEXO 1. FIGURAS







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ANEXO 2. ESPECTRO DE DISEÑO







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ANEXO 3. MEMORIAS DE CÁLCULO







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ANEXO 4. ESPECIFICACIONES

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