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ESTUDIO

GEOTÉCNICO

EXPLORACION GEOTECNICA PARA PREDISEÑO DE

CIMENTACIONES DE TORRES PARA LINEA DE TRANSMISIÓN,

SUBESTACIÓN ELECTRICA Y EDIFICIO DE CONTROL – EN LA

SUBESTACION DE BIOENERGY KM 43 VIA PUERTO LOPEZ –

PUERTO GAITAN – MUNICIPIO DE PUERTO LOPEZ META

LYANSA ELÉCTRICA LTDA

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2011/09/30

ESTUDIO GEOTECNICO



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TABLA DE CONTENIDO

1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO ---------------------------------------------------- 5

1.1. INFORMACION GENERAL PROYECTO ................................................................................... 5

1.2. INFORMACIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO ............................................................................ 6

2. INVESTIGACIONES REALIZADAS ------------------------------------------------------ 7

3. AMBIENTE GEOLÓGICO ------------------------------------------------------------------ 8

3.1. ANTECEDENTES DE LA ZONA ................................................................................................. 8

4. EXPLORACION GEOTÉCNICA --------------------------------------------------------- 10

4.1. DEFINICIÓN DE PROFUNDIDAD Y CANTIDAD DE SONDEOS EXPLORATORIOS. ........ 10

4.2. EXPLORACIÓN DE CAMPO ..................................................................................................... 10

4.3. UBICACIÓN DE LOS TRABAJOS DE CAMPO ....................................................................... 12

5. PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO ----------------------------------------------- 13

5.1. ZONA DE AMENAZA SISMICA ................................................................................................. 13

5.2. EFECTOS LOCALES ................................................................................................................. 14

5.3. COEFICIENTE DE IMPORTANCIA ........................................................................................... 14

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO -------------------- 15

6.1 CIMENTACION DE TORRES ................................................................................................. 15

6.2 CIMENTACION DE EQUIPOS ............................................................................................... 16

6.3 EDIFICIO DE CONTROL ....................................................................................................... 17

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7. ALCANCE DEL ESTUDIO ---------------------------------------------------------------- 19

A1. RESULTADOS DE LABORATORIO

A2. REGISTRO FOTOGRAFICO

A3. ESPECIFICACIONES PARA ESTUDIO GEOTECNICO DEFINITIVO

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INTRODUCCIÓN

Con el fin de adelantar la EXPLORACION GEOTECNICA PARA PREDISEÑO DE

CIMENTACIONES DE TORRES PARA LINEA DE TRANSMISIÓN, SUBESTACIÓN

ELECTRICA Y EDIFICIO DE CONTROL – EN LA SUBESTACION DE BIOENERGY KM

43 VIA PUERTO LOPEZ – PUERTO GAITAN – MUNICIPIO DE PUERTO LOPEZ META,

RIBAYCO SAS Atendió la solicitud del Señor CARLOS ARIEL OCAMPO VALENCIA,

Director de Operaciones, en representación de LYANSA ELECTRICA LTDA para la

realización del Estudio Geotécnico de la zona en donde quedará ubicado el Proyecto.

Con el fin de determinar las características Geológicas y Geotécnicas del subsuelo se

ejecutaron exploraciones y reconocimientos de campo, pruebas de laboratorio e

investigación del ambiente geológico del área en estudio.

En el presente informe se consignan las conclusiones de las actividades mencionadas, y

se dan las recomendaciones generales de cimentación.

Las investigaciones realizadas y las recomendaciones dadas, están de acuerdo con las

Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR – 10 (Ley 400 de

1997, Decreto 926 del 19 de marzo de 2010).

Las recomendaciones dadas para la cimentación de las torres para la línea de transmisión

se dieron de acuerdo a la Norma ASCE 10/97 – “Design of Latticed Steel Transmission

Structures

Todos los ensayos de campo y laboratorio se realizaron siguiendo las metodologías de

trabajo de las normas NTC e INVIAS 2007

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1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO

1.1. INFORMACION GENERAL PROYECTO

Exploración geotécnica para prediseño de cimentaciones de torres para línea de

transmisión, subestación eléctrica y edificio de control – en la subestación de Bioenergy

km 43 vía Puerto López – Puerto Gaitán en el municipio de Puerto López Meta.

Tipo de estructuras: 1- Torre en acero galvanizado

2- Equipo de patio de subestación

3-Edificio de control: -Pórtico en concreto

-Muro estructural

-Cubierta Liviana

4-Vias de acceso

Cubierta: liviana

Figura No 1. Esquema Ubicación del proyecto

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1.2. INFORMACIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO

El municipio de Puerto López, limita al

Norte con los municipios de Cumaral,

Cabuyaro y el Departamento de

Casanare; Al oriente con el municipio de

Puerto Gaitán; al sur con el municipio de

San Martin, y al occidente con los

municipios de San Carlos De Guaroa y

Villavicencio.

La principal vía de acceso es a través de

la carretera que de Villavicencio conduce

al municipio de Puerto López

pavimentada en su totalidad y con un

trayecto de 83 Km.

La mayor parte del municipio se ubica en zonas donde el promedio de la temperatura está

entre los 26 ºC y 26.5 ºC, siendo febrero y marzo los meses más cálidos con valores entre

los 27 ºC y 28 ºC y junio y julio los más fríos con valores promedios de 24 ºC. Las

temperaturas máximas absolutas han superado los 38.5 ºC y las mínimas absolutas han

descendido hasta los 14 ºC.

Figura 2. Localización de los municipios donde se realizaron los

ensayos exploratorios

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2. INVESTIGACIONES REALIZADAS

Para el estudio se realizaron investigaciones y se recopiló información de la zona de las

siguientes fuentes:

- Instituto Geografico Agustin Codazzi – IGAC

- Instituto Colombiano de Geología y Minería – Ingeominas

- BOWLES, J. Foundation Analysis and Design.

- Norma NSR -10

- Normas Invias – 2007

- Normas tecnias Cololmbianas – NTC

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3. AMBIENTE GEOLÓGICO

3.1. ANTECEDENTES DE LA ZONA

La historia geológica del departamento del Meta en general, está estrechamente

relacionando con el proceso evolutivo de la cordillera Oriental, que ha sido la fuente de los

sedimentos y materiales consolidados que constituyen la parte plana del departamento,

los cuales, afectados por factores de clima, relieve, organismos y tiempo han dado origen

a los suelos que actualmente se encuentran en el departamento del Meta.

Está conformada por arenas, limos y arcillas aluviales. Son superficies con relieve plano y

pendientes entre el 1 y el 3%, posee un microrelieve plano-cóncavo, presenta

encharcamientos periódicos, está conformada por arcillas aluviales con mantos de arenas

eólicas localizados y capas de gravas a diferente profundidad, está conformada por

depósitos mixtos aluviales, son superficies inclinadas con relieve ligeramente quebrado

con pendientes que varían entre 7 y 12%, erosión ligera. Vallecitos Aluviales Superficies

planas de pendiente 0-1 y 1-3%, microrelieve plano-cóncavo, inundaciones frecuentes

que surcan las terrazas y planicie aluvial activa.

El municipio pertenece a la unidad bioclimática de la mega cuenca de sedimentación de la

Orinoquia. En la definición de Caldas-Lang corresponde al clima cálido semihumedo.

Considerando los promedios históricos de la precipitación en cinco estaciones ubicadas

de manera equidistante dentro del municipio de Puerto López, podemos establecer que

las lluvias aumentan del SE-E hacia el NW-N con valores entre los 2000 mm y los 2700

mm en promedio, el área central del municipio tiene unas lluvias que promedian los 2100-

2300mm/año distribuidos en aproximadamente 120 días, donde los meses de junio y julio

son los más lluviosos, y enero y febrero los más secos. Hacia el NW del municipio en

donde se encuentra el área urbana las lluvias aumentan hasta valores cercanos a los

2600 mm/año en 135 días, alcanzándose eventos pluviales extremos de 150 mm en 24

horas.

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Figura No 3 corte esquemático de la distribución de los paisajes geomorfológicos en el departamento del Meta

(Fuente: Agustín Codazzi)

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4. EXPLORACION GEOTÉCNICA

Con el fin de evaluar las condiciones geomecánicas del material predominante en el lote

investigado, y definir principalmente tipo y profundidades de la cimentación

(Características geométricas), se realizó el trabajo de campo que se expone a

continuación.

4.1. DEFINICIÓN DE PROFUNDIDAD Y CANTIDAD DE SONDEOS

EXPLORATORIOS.

Por solicitud del cliente se definieron 6 sondeos a 6 m de profundidad o rechazo.

La ubicación de los mismos fue realizada con el cliente en el lote de estudio.

4.2. EXPLORACIÓN DE CAMPO

Atendiendo los requerimientos del cliente, teniendo en cuenta las características del

proyecto y el ambiente geotécnico del lote, se procedió a manera de exploración de

campo con la ejecución de dos (6) sondeos a cielo abierto, realizados con equipo de

percusión y perforación manual.

Como ensayos complementarios, para los diseños de vías se realizó recuperación de

muestra alterada para realizar (1) ensayo de proctor modificado y (1) CBR de laboratorio,

adicionalmente se ejecutaron (5) ensayos de CBR de campo con equipo de Cono

Dinámico, localizados de acuerdo a la solicitud del cliente.

En las exploraciones se registraron las condiciones estratigráficas del subsuelo y se

recuperaron simultáneamente muestras representativas a diferentes profundidades.

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Las muestras recuperadas en la exploración de campo fueron llevadas al laboratorio para

la realización de ensayos, sobre las que se consideraron representativas del perfil. Esas

pruebas fueron:

- Humedad natural

- Lavado sobre tamiz No 200

- Análisis granulométrico

- Limites Atterberg

- Determinación de los pesos específicos

- Clasificación (USCS)

Las características de los estratos encontrados no permitieron extraer muestra inalterada

para los ensayos compresión simple y consolidación unidimensional

Para establecer las propiedades de resistencia y compresibilidad se realizaron los

cálculos correspondientes a ensayo de penetración estándar, asentamiento, capacidad de

carga última y admisible, y modulo de reacción del suelo.

En el anexo A1 del presente informe con los resultados de los ensayos de laboratorio los

cálculos de capacidad de carga, asentamientos y modulo de reacción del suelo.

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Figura 4. Esquema de ubicación de los trabajos de campo

4.3. UBICACIÓN DE LOS TRABAJOS DE CAMPO

Los ensayos se distribuyeron en la zona del proyecto según muestra el siguiente

esquema.

Subestación

existente

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Figura No 4 Mapa de valores de Aa. Fuente: NSR-10

Figura No 5 Mapa de de Colombia dividido por zonas de amenaza sísmica. Fuente: NSR-10

5. PARÁMETROS DE DISEÑO SÍSMICO

5.1. ZONA DE AMENAZA SISMICA

El Municipio de Puerto Lopez se encuentra dentro de la región N° 3, zona de amenaza

sísmica Alta, con Aa (aceleración pico efectiva horizontal de diseño expresada como

fracción de la aceleración de la gravedad, g = 9.8 m/s²) = 0.015.

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Tabla No 1. Valores de Fa - Fuente NSR-10

Tabla No 2. Valores de Fv - Fuente NSR-10

Av ≤ 0.1 Av = 0.2 Av = 0.3 Av = 0.4 Av ≥ 0.4

A 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

B 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

C 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3

D 2.4 2.0 1.8 1.6 1.5

E 3.5 3.2 2.8 2.4 2.4

F véase nota véase nota véase nota véase nota véase nota

Nota: para el perfil tipo F debe realizarse una investigación geotécnica particular para el

lugar especifico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de onda de acuerdo

con A.2.10

Tabla A.2.4-4

Valores del coeficiente Fv, para la zona de periodos intermedios del espectro

Tipo de perfil

Intensidad de los movimientos sísmicos

5.2. EFECTOS LOCALES

Teniendo en cuenta los resultados de campo, se realizan correlaciones del N para

determinar el Vs de cada estrato y del mismo modo definir el perfil del suelo, que para el

caso en estudio corresponde a perfil E, de acuerdo con a esta condición se debe tener en

cuenta:

5.3. COEFICIENTE DE IMPORTANCIA

Según el numeral A.2.5. La edificación se clasifica como GRUPO I (Estructuras de

Ocupación Normal) con un coeficiente de Importancia, I = 1,0 el cual modifica el espectro

de diseño.

Aa ≤ 0.1 Aa = 0.1 Aa = 0.3 Aa = 0.4 Aa ≥ 0.4

A 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

B 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

C 1.2 1.2 1.1 1.0 1.0

D 1.6 1.4 1.2 1.1 1.0

E 2.5 1.7 1.2 0.9 0.9

F véase nota véase nota véase nota véase nota véase nota

Tipo de perfil

Intensidad de los movimientos sísmicos

Nota: para el perfil tipo F debe realizarse una investigación geotécnica particular para el

lugar especifico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de onda de acuerdo

con A.2.10

Tabla A.2.4-3

Valores del coeficiente Fa, para la zona de periodos cortos del espectro

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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO

6.1 CIMENTACION DE TORRES

Para el diseño de las cimentaciones se requiere como datos básicos las cargas aplicadas

a nivel de pedestal, los parámetros básicos del suelo y los parámetros de los materiales

de construcción. Las cargas aplicadas pueden ser obtenidas de forma precisa del diseño

de las estructuras metálicas. De acuerdo a los estudio se establece el nivel de desplante

de 3.0 m. con respecto del terreno natural, en donde se estima una capacidad de carga

admisible entre 1.71 y 1.91 kg/cm2. (Ver Figura No 6 esquema de zapata y pedestal)

ZAPATA

PEDESTAL

Ø

Figura 6. Esquema de zapata y pedestal

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6.2 CIMENTACION DE EQUIPOS

Para la cimentación del transformador de potencia que requiere dos puntos de apoyo del

equipo, se utilizara una zapata con doble pedestal, previendo los vacios y volúmenes que

se requieren para el drenaje del aceite (figura. 7), el espesor de esta zapata en la base

debe ser mayor de 250mm.

Se debe diseñar un sistema para que el suelo compense la carga combinada de la nueva

estructura. De esta manera al cargar la estructura se debe asegurar que la presión de

carga sea uniforme sobre el área de cimentación.

Con el objeto de mejorar las condiciones del estrato natural se recomienda compactar

manualmente con pisón donde se localice la cota de cimentación con el objeto de liberar

los vacios generados durante el proceso de excavación; a continuación se colocara un

concreto de limpieza de 0,05m y a partir de este armar el acero de refuerzo de la

cimentación a implementar para fundir el espesor de la misma.

Figura 7. Esquema de zapata recomendada para transformador de potencia

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Figura 8. Esquema de cimentación

6.3 EDIFICIO DE CONTROL

Con la información analizada, se recomienda la implementación de una cimentación

superficial en zapatas aisladas, y vigas de amarre, se establece el nivel de desplante de

1.50 m. con respecto del terreno natural, en donde se estima una capacidad de carga

admisible entre 0.98 y 1.16 kg/cm2. (Ver Figura No 8 esquema de zapata corrida)

La menor dimensión en planta de las zapatas debe ser mínimo de 1,0 m, el espesor de la

zapata por encima del refuerzo inferior no debe ser menor de 200 mm;

En atención a la norma NSR-10 numeral E.5.2.3. y E.5.2.5 el espesor de la viga de

cimentación debe ser al menos igual al espesor del muro que va a soportar y de una

altura (a) mínima de 200 mm.

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Figura 9. Esquema de vigas de cimentación

En cualquiera de las alternativas expuestas anteriormente de cimentación se debe tener

en cuenta:

- Dejar los anclajes (“pelos”) para la construcción posterior de las columnas y/o muros

estructurales.

- Instalar o aplicar alguna barrera de impermeabilización (puede optarse por polietileno)

entre la losa y el terreno natural

En el caso de necesitar materiales de relleno, se podría utilizar el proveniente de la

excavación, siempre y cuando no se encuentre en estado de saturación, en caso

contrario, se recomienda utilizar material de rio no cohesivo debidamente conformado y

compactado por los métodos convencionales.

Es importante que el ingeniero calculista, tenga en cuenta para la cota de cimentación la

capacidad portante del terreno; el análisis de asentamientos; el uso adecuado del sistema

de cimentación; el perfil estratigráfico del presente estudio; las recomendaciones de

mejoramiento del suelo y las especificaciones contempladas en la NSR – 10.

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7. ALCANCE DEL ESTUDIO

Los cambios importantes en el proyecto arquitectónico presentado inicialmente, como

localización del proyecto, cargas, Nº de pisos, uso, u otros aspectos que incidan en las

recomendaciones y parámetros de diseño aquí consignados, deberán consultarse de

manera oportuna a RIBAYCO SAS ya que dichas variaciones podrían salirse de los

alcances planteados inicialmente en esta investigación, haciendo que esta pierda validez

y dando cabida a la posibilidad de que se requieran sondeos, ensayos o análisis

geotécnicos adicionales.

Durante las exploraciones de campo no se investigó la localización ni el estado de las

redes existentes dentro del lote.

Finalmente se recomienda que en la obra permanezca una copia de este documento para

agilizar las consultas del caso durante la etapa de construcción de las cimentaciones.

RICARDO BÁEZ GARCÍA

Ingeniero Civil

Universidad Nacional de Colombia

M.P. 25202086579 CND

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