Diseño geotécnico y de pavimentos para el municipio de Urrao

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(1)Encabezado: DISEÑO GEOTÉCNICO. Diseño Geotécnico y de Pavimentos Para el Municipio de Urrao Daniel Esteban Bedoya OBrien y Fredy Alessy Duque Tobón Universidad Cooperativa de Colombia. Notas de los autores Daniel Bedoya y Fredy Duque, Facultad de Ingeniería, Universidad Cooperativa de Colombia. Este proyecto ha sido financiado por los propios autores La correspondencia relacionada con este proyecto debe ser dirigida a Eileen Salgado Correa y Oscar Egidio Rodríguez González. Universidad Cooperativa de Colombia Sede Medellín, Calle 50 A # 41-10 Contacto: [email protected], [email protected].

(2) Dedicatoria. Dedicatoria de Daniel Esteban Bedoya OBrien: Nicolás Bedoya y Ángela O’Brien Mis Padres, mi apoyo incondicional. Dedicatoria de Fredy Alessy Duque Tobón: Ana Celmira Tobón Pérez Mi Madre, mi ejemplo de superación y persistencia.. ii.

(3) Agradecimientos. iii. Un agradecimiento muy especial a nuestros padres quienes nunca dejaron de creer en nosotros y siempre estuvieron ahí para levantarnos en los momentos de angustia. Por enseñarnos el valor de la perseverancia y hacer todas las actividades con mucho amor.. Este Trabajo final del seminario en geotecnia vial ha requerido de esfuerzo y mucha dedicación, no hubiese sido posible su finalización sin la cooperación desinteresada de todas y cada una de las personas que nos acompañaron en el recorrido que realizamos en nuestra carrera, los conocimientos adquiridos fueron el soporte para sacar este trabajo adelante..

(4) iv. Resumen. Este trabajo describe la propuesta de diseño geotécnico y de pavimentos de la vía ubicada en la carrera 26 entre las calles 36 y 37 de la zona urbana del municipio de Urrao – Antioquia, la cual, contiene las diferentes capas en el pavimento flexible propuesto como lo son la subrasante, subbase, base y capa de rodadura; así mismo describe la estabilización propuesta en los taludes que se encuentran en los costados del trayecto del proyecto. En la actualidad existen dificultades en la intercomunicación terrestre de la población rural del municipio de Urrao en el departamento de Antioquia, debido a que las vías actuales se encuentran intransitables con restricciones de tránsito o con deficiencia en su mantenimiento. Las vías del municipio presentan deterioro de la superficie en su capa de rodadura y no han sido atendidos los puntos críticos causando que las familias que habitan Urrao se ven abocadas a invertir mayores recursos en transporte y en su canasta familiar.. ..

(5) Tabla de Contenidos 1. 2.. v. Introducción ............................................................................................................................ 1 Objetivos ................................................................................................................................. 2 2.1 Objetivo General ............................................................................................................. 2 2.2 Objetivos Específicos...................................................................................................... 2 3. Planteamiento del problema .................................................................................................... 3 4. Justificación ............................................................................................................................ 4 5. Marco Teórico ......................................................................................................................... 5 5.1 Clasificación Del Suelo................................................................................................... 5 5.2 Humedad ......................................................................................................................... 5 5.3 Granulometría ................................................................................................................. 6 5.4 Consistencia .................................................................................................................... 7 5.5 Resistencia al Corte......................................................................................................... 8 5.6 Características del Análisis de Límite de Equilibrio..................................................... 10 5.7 Concepto de Superficie de Falla ................................................................................... 12 5.8 Formas de la superficie de falla .................................................................................... 13 5.9 Análisis de superficies planas ....................................................................................... 13 5.10 Análisis de superficies curvas ....................................................................................... 14 5.11 Las grietas de tensión .................................................................................................... 14 5.12 Análisis Sísmico............................................................................................................ 14 5.13 Análisis Multitemporal ................................................................................................. 15 5.14 Ensayos de Campo SPT ................................................................................................ 16 5.15 Muros de Contención Reforzados con Geosinteticos ................................................... 17 5.16 Anclajes......................................................................................................................... 18 5.17 Anclas en suelo y roca .................................................................................................. 19 5.18 Método INVIAS Para Carreteras Con Medios Y Altos Volúmenes de Tránsito ......... 22 6. Localización del proyecto ..................................................................................................... 23 7. Caracterización geológica ..................................................................................................... 24 7.1 Geología regional .......................................................................................................... 24 7.1.1 Grupo Cañas Gordas (K2n+K2u). ............................................................................... 26 7.1.2 Limolitas de el Sireno (K2ls). ...................................................................................... 27 7.1.3 Monzodiorita de la Horqueta (Nmdhl). ....................................................................... 27 7.1.4 Complejo Santa Cecilia la Equis (K2Escx). ................................................................ 27 7.1.5 Depósitos Aluviales (Qal). ........................................................................................... 28 7.1.6 Terrazas Aluviales (Qt). ............................................................................................... 28 7.2 Geología local ............................................................................................................... 29 7.2.1 Deposito antrópico (Lleno heterogéneo). .................................................................... 29 7.2.2 Horizonte 1B del perfil de meteorización de roca tipo Saprolito. ............................... 29 7.3 Geomorfología local ..................................................................................................... 30 7.3.1 Rangos de pendientes. .................................................................................................. 31 8. Análisis multi-temporal ........................................................................................................ 32 9. Descripción del proyecto ...................................................................................................... 38 10. Plan de exploración ........................................................................................................... 41 11. Características físicas y mecánicas de los materiales ....................................................... 44 11.1 Nivel freático ................................................................................................................ 44.

(6) 11.1 Estratigrafía de la zona de estudio ............................................................................. 44vi 11.2 Clasificación del suelo .................................................................................................. 45 11.3 Análisis del ensayo STP y correlaciones ...................................................................... 47 12. Definición de parámetros de sismo ................................................................................... 50 13. Análisis de estabilidad ...................................................................................................... 51 14. Obras de estabilidad planteadas ........................................................................................ 57 15. Obras de drenaje ............................................................................................................... 62 15.1 Drenaje superficial ........................................................................................................ 62 15.2 Filtros ............................................................................................................................ 62 16. Diseño de pavimentos ....................................................................................................... 63 16.1 Factor suelos ................................................................................................................. 63 16.2 Factor Climático............................................................................................................ 63 16.3 Ejes camión ................................................................................................................... 63 16.4 Numero de ejes equivalentes ........................................................................................ 64 16.5 Diseño de estructura de rodadura .................................................................................. 64 17. Resultados ......................................................................................................................... 65 18. Conclusiones ..................................................................................................................... 67 19. Referencias ........................................................................................................................ 68.

(7) Lista de tablas. vii. Tabla 5.1. Clasificación de suelo. ................................................................................................... 5 Tabla 7.1. Clasificación geológica regional. ................................................................................. 25 Tabla 10.1. Profundidad de las perforaciones. .............................................................................. 42 Tabla 10.2. Clasificación geológica regional. ............................................................................... 43 Tabla 11.1. Profundidad del nivel freático detectado en cada sondeo. ......................................... 44 Tabla 11.2.1. Profundidad del nivel freático detectado en cada sondeo. ...................................... 46 Tabla 11.2.1. Propiedades físicas del suelo. ................................................................................. 47 Tabla 11.3. Propiedades mecánicas del suelo. .............................................................................. 49 Tabla 12.1. Definición parámetros de sismo. ............................................................................... 50 Tabla 12.1. Factor de seguridad mínimo admisible. ..................................................................... 52 Tabla 12.1. Factor de seguridad obtenido. .................................................................................... 56.

(8) Lista de figuras. viii. Figura 6.1. Localización General del Proyecto. ............................................................................ 23 Figura 6.2. Localización Regional del Proyecto. .......................................................................... 23 Figura 7.1. Mapa geología regional (Tipos de materiales). .......................................................... 24 Figura 7.2. Mapa geología regional (Grupos geológicos y fallas). ............................................... 26 Figura7.3.1. Panorámica del sitio de estudio. ............................................................................... 30 Figura 7.3.2. Modelo de elevación del terreno. ............................................................................ 30 Figura 7.3.3. Plano de rangos de pendientes. ................................................................................ 31 Figura 8.1. Imagen satelital del proyecto, año 2006 ..................................................................... 32 Figura 8.2. Imagen satelital del proyecto, año 2008 ..................................................................... 33 Figura 8.3. Imagen satelital del proyecto, año 2011 ..................................................................... 34 Figura 8.4. Imagen satelital del proyecto, año 2014 ..................................................................... 35 Figura 8.5. Imagen satelital del proyecto, año 2015 ..................................................................... 36 Figura 8.6. Imagen satelital del proyecto, año 2018 ..................................................................... 37 Figura 9.1. Localización Regional del Proyecto. .......................................................................... 38 Figura 9.2. Estado actual de la vía sección A-A’. ......................................................................... 39 Figura 9.3. Estado actual de la vía sección B-B’. ......................................................................... 39 Figura 9.4. Estado actual de la vía sección C-C’. ......................................................................... 40 Figura 9.5. Levantamiento topográfico inicial. ............................................................................. 40 Figura 10.1. Plan de exploración. ................................................................................................. 41 Figura 11.1. Estratigrafial. ............................................................................................................ 45 Figura 11.3. SPT numero de golpes vs profundidad. .................................................................... 48 Figura 13.1. Vista en planta de secciones para análisis de estabilidad. ........................................ 52 Figura 13.1. Análisis estabilidad sección A en condición estática. .............................................. 53 Figura 13.2. Análisis estabilidad sección B en condición estática. .............................................. 53 Figura 13.3. Análisis estabilidad sección C en condición estática. .............................................. 54 Figura 13.4. Análisis estabilidad sección A en condición Seudo-estática. ................................... 54 Figura 13.5. Análisis estabilidad sección B en condición Seudo-estática. ................................... 55 Figura 13.6. Análisis estabilidad sección C en condición Seudo-estática. ................................... 55.

(9) 1 1. Introducción. El presente trabajo muestra los lineamientos básicos y las metodologías de diseño adoptadas para determinar los espesores de la estructura de pavimento que se propondrá para la construcción del proyecto ubicado en la carrera 26 entre las calles 36 y 37 de la zona urbana del municipio de Urrao – Antioquia. La estructura brindará un servicio cómodo y seguro, determinando espesores que dependen de las condiciones de soporte de la subrasante y las condiciones de servicio a las que se verán sometidas, tránsito y clima; también se encontrarán recomendaciones constructivas, para que se realice la obra de pavimentación de forma tal que se cumplan las especificaciones técnicas mínimas de calidad y se mantenga un equilibrio técnico y económico de la solución. Para la construcción de la vía será necesario realizar el diseño de la estabilización de todos los taludes que se encuentran ubicados en las márgenes de los trazos de diseño del proyecto y que se verán afectados con el proceso constructivo de la vía, buscando de esta manera reducir los riesgos de colapso en la obra y con el fin de obtener datos precisos en la propuesta de estabilización, serán utilizados todos los datos recogidos durante el trabajo de campo, donde se realizaron 6 perforaciones de profundidad variable y 3 apiques en el terreno donde se proyecta la construcción de la nueva vía..

(10) 2 2. Objetivos. 2.1 Objetivo General Realizar el diseño de la estructura de pavimento flexible y la estabilización de todos los taludes ubicados en las márgenes perimetrales de la vía ubicada en la carrera 26 entre las calles 36 y 37 de la zona urbana del municipio de Urrao – Antioquia, con el fin de obtener una estructura de pavimento sostenible y económico que permita la circulación de los vehículos de uso, de forma segura y cómoda. 2.2 Objetivos Específicos . Diseñar la estructura de pavimento flexible en el proyecto.. . Diseñar la estabilización de los taludes que se encuentren en los costados del trazado de la vía.. . Realizar el análisis multitemporal de la zona de influencia de la vía..

(11) 3 3. Planteamiento del problema La población del municipio de Urrao – Antioquia ubicados en la carrera 26 entre las calles 36 y 37 actualmente sufren cada vez que llega el invierno a la región, debido a que el sector donde viven es de difícil acceso para los vehículos que transitan la zona, porque se convierte la tierra en lodo y por ende se queden atascados en cualquier punto de la vía; como resultado de lo anterior la economía de la zona ha sufrido una desaceleración en comparación con el avance que han tenido otros municipios aledaños a Urrao, debido, a que los campesinos no pueden sacar sus productos a la cabecera municipal o a otros municipios de la cercanía en la región. En consecuencia, los campesinos no tienen otra opción que regalar los productos que producen en sus fincas o en su defecto tienen que recurrir a medidas extremas como el dejarlos perecer..

(12) 4 4. Justificación Mediante procesos de exploración geotécnica identificaremos los tipos de suelos que conforman la subrasante a lo largo de la vía, buscando obtener la información pertinente para el diseño de la estructura de pavimento enmarcada en una solución posible como pavimento rígido; así mismo con el estudio de suelos y la verificación de la información existente se identificaran zonas homogéneas de diseño bajo parámetros estrictamente específicos como determinar la capacidad de soporte de la subrasante mediante pruebas de soporte california CBR, estratigrafía y propiedades físico mecánicas del subsuelo explorado mediante análisis estadísticos entre los resultados de la etapa de investigación de laboratorio y correlaciones, identificando los fenómenos de inestabilidad presentados en los sectores del estudio, analizando la estabilidad de los sectores afectados mediante el uso de software especializado Slide y la determinación de los problemas geológicogeotécnicos y su caracterización para el diseño geotécnico de las obras necesarias para optimizar la estabilidad del terreno..

(13) 5 5. Marco Teórico 5.1 Clasificación Del Suelo La clasificación unificada del suelo está en función de las propiedades índice del suelo. Las propiedades índices se determinan a partir de ensayos de laboratorio; éstos se conocen como ensayos de clasificación. Tabla 5.1. Clasificación de suelo. Propiedad Ensayo de clasificación. Justificación. índice Contenido de agua del suelo, Humedad. Humedad. índices. derivados. de. la. consistencia Tamaño,. Granulometría por tamizado con lavado Distribución. forma. sobre la malla N°200. granulométrica,. curva granulométrica Consistencia y plasticidad del. Consistencia Límites de consistencia suelo, límites e índices. 5.2 Humedad La humedad es la relación entre el peso del agua del agua que contiene el suelo y el peso de los sólidos 𝑤=. 𝑊𝑤 𝑥 100% 𝑊𝑠.

(14) 6 Teóricamente varía entre el 0 e ∞. En la Mecánica de Suelos se define como estado seco del suelo al que se obtiene tras someter el mismo a un proceso de evaporación en horno, con temperaturas de 105°C a 110°C durante un periodo de 18 a 24 horas.. 5.3 Granulometría La granulometría hace referencia al tamaño de las partículas y al porcentaje en peso de dichos tamaños para una muestra de suelo en específico. La granulometría permite establecer una clasificación descriptiva del suelo. Para el análisis granulométrico se utiliza un sistema patrón de mallas (ASTM) con abertura conocida; la abertura hace referencia al diámetro equivalente de partícula. El resultado del análisis granulométrico es: la CURVA GRANULOMÉTRICA Si se emplea el sistema de clasificación unificado [SUCS], es posible determinar la fracción dominante de cada suelo, así: % Gravas = 100% - % Pasa Malla N°4 % Finos = % Pasa Malla N°200 % Arenas = 100% - % Gravas - % Finos A partir de los porcentajes del material se puede obtener alguna de las siguientes conclusiones: Si el % Gravas > 50%, el suelo es predominantemente una grava Si el % Arenas > 50%, el suelo es predominantemente una arena Si el % Finos > 50%, el suelo se comporta como fino granular, pero no es posible distinguir si se trata de un limo o una arcilla..

(15) 7 5.4 Consistencia La consistencia es la cualidad relativa de un suelo a la mayor o menor facilidad con que puede fluir, deformarse o romperse (Márquez Cárdenas, 1982). La consistencia es variable de acuerdo a los cambios que se presentan en la humedad, la densidad y las condiciones de la estructura del suelo. Los estados de consistencia son: líquido, plástico, semisólido y sólido. En el estado líquido el suelo se comporta como un fluido viscoso; puede fluir con cierta facilidad bajo la acción de su propio peso y su resistencia a la cizalladura o corte es casi nula En el estado plástico el suelo pierde su capacidad de fluir conforme la humedad disminuye progresivamente; puede deformarse más allá del límite de recuperación de dimensiones y forma, sin agrietarse ni cambio apreciable de volumen. En el estado semisólido el suelo pierde sus propiedades plásticas y se desmorona al tratar de moldearlo. En el estado sólido el suelo deja de estar saturado por pérdida de humedad; ya no reduce más su volumen y hay un cambio de color (claro). Los límites de Atterberg son las fronteras entre los cuatro estados de consistencia del suelo El límite líquido (LL) se define como la frontera entre el estado líquido y plástico El límite plástico (LP) se define como la frontera entre el estado plástico y semisólido.

(16) 8 El límite de contracción (LC) se define como la frontera entre el estado semisólido y sólido Basado en los trabajos de Atterberg y Terzaghi, Arthur Casagrande estandarizó procedimientos para la determinación de los límites de Atterberg o consistencia.. 5.5 Resistencia al Corte Uno de los aspectos fundamentales en el estudio de las propiedades mecánicas de los suelos es su resistencia al corte. La teoría de la resistencia al corte es punto de partida esencial para el tratamiento de los problemas de empuje de tierra contra estructuras de contención, estabilidad de taludes y capacidad de soporte del suelo para el diseño de cimentaciones. Un suelo está sometido a esfuerzos de compresión, tracción y corte. Sin embargo, su resistencia a la falla depende principalmente de su resistencia al corte. La razón de lo anterior se da principalmente porque los suelos exhiben resistencias a la compresión significativamente altas y sólo pueden soportar pequeños esfuerzos a tracción En el caso del suelo y la Ingeniería Geotécnica, s(t) se refiere a la resistencia al corte del suelo, la cual es función de la cohesión (c), el esfuerzo normal efectivo (s’) a la dirección donde se desarrolla la resistencia a cortante y el ángulo de fricción (f) interna del suelo. De esta manera: 𝜏 = 𝑐 + (𝜎 − 𝑢)tan 𝜙.

(17) 9 Coulomb supuso que c y f eran constantes e independientes una de la otra. No obstante, estos parámetros serán función en gran medida de la velocidad de aplicación de la carga y las características de drenaje del suelo. En un sistema coordenado s vs. t se tiene que la ecuación de Mohr – Coulomb representa una recta de falla. Villada (2018) Los ensayos tradicionales que se realizan tradicionalmente para el estudio de la resistencia al corte (t) son: corte directo, compresión simple, uniaxial o inconfinada y compresión triaxial.

(18) 10. Lambe, Whitman (1967) 5.6 Características del Análisis de Límite de Equilibrio Un análisis de límite de equilibrio permite obtener un factor de seguridad o a través de un análisis regresivo, obtener los valores de la resistencia al cortante en el momento de la falla. Una vez se han determinado las propiedades de resistencia al cortante de los suelos, las presiones de poros y otras propiedades del suelo y del talud, se puede proceder a calcular el factor de seguridad del talud. Este análisis de estabilidad consiste en determinar si existe suficiente resistencia en los suelos del talud para soportar los esfuerzos de cortante que tienden a causar la falla o deslizamiento. La mayoría de los métodos de límite de equilibrio tienen en común, la comparación de las fuerzas o momentos resistentes y actuantes sobre una determinada superficie de falla. Las variaciones principales de los diversos métodos son, el tipo de superficie de falla y la forma cómo actúan internamente las fuerzas sobre la.

(19) 11 superficie de falla. Concepto de Factor de Seguridad (F. S.) El factor de seguridad es empleado por los ingenieros para conocer cuál es el factor de amenaza para que el talud falle en las peores condiciones de comportamiento para el cual se diseña. Fellenius (1922) presentó el factor de seguridad como la relación entre la resistencia al corte real, calculada del material en el talud y los esfuerzos de corte críticos que tratan de producir la falla, a lo largo de una superficie supuesta de posible falla:. En las superficies circulares donde existe un centro de giro y momentos resistentes y actuantes:. Existen además, otros sistemas para plantear el factor de seguridad, tales como la relación de altura crítica y altura real del talud, métodos probabilísticos, así como tablas empíricas locales basadas en el comportamiento típico de los taludes. La mayoría de los sistemas de análisis asumen un criterio de “límite de equilibrio” donde el criterio de falla de Coulomb es satisfecho a lo largo de una determinada superficie..

(20) 12 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 del suelo o roca y se obtiene una indicación del factor de seguridad. Otro criterio es dividir la masa que se va a estudiar en una serie de tajadas, dovelas o bloques y considerar el equilibrio de cada tajada por separado. Una vez realizado el análisis de cada tajada se analizan las condiciones de equilibrio de la sumatoria de fuerzas o de momentos.. 5.7 Concepto de Superficie de Falla El término superficie de falla se utiliza para referirse a una superficie asumida a lo largo de la cual puede ocurrir el deslizamiento o la rotura del talud; sin embargo, este deslizamiento o rotura no ocurre a lo largo de esas superficies si el talud es diseñado adecuadamente. En los métodos de límite de equilibrio el factor de seguridad se asume que es igual para todos los puntos a lo largo de la superficie de falla; por lo tanto, este valor representa un promedio del valor total en toda la superficie. Si la falla ocurre, los esfuerzos de cortante serían iguales en todos los puntos a todo lo largo de la superficie de falla. Generalmente, se asume un gran número de superficies de falla para encontrar la superficie.

(21) 13 de falla con el valor mínimo de factor de seguridad, la cual se denomina “superficie crítica de falla”. Esta superficie crítica de falla es la superficie más probable para que se produzca el deslizamiento; no obstante, pueden existir otras superficies de falla con factores de seguridad ligeramente mayores, los cuales también se requiere tener en cuenta para el análisis.. 5.8 Formas de la superficie de falla Las técnicas de límite de equilibrio se utilizan cuando las fallas corresponden a los deslizamientos de traslación o de rotación sobre superficies de falla determinadas. Se pueden estudiar superficies planas, circulares, logarítmicas, parabólicas y combinaciones de éstas. En los últimos años, se han desarrollado algunos modelos de superficies de falla con forma no geométrica.. 5.9 Análisis de superficies planas Cuando existen discontinuidades planas en la roca o en el suelo del talud, se acostumbra realizar el análisis de falla a traslación. Esta técnica asume el deslizamiento traslacional de un cuerpo rígido a lo largo de un plano o a lo largo de la intersección de dos planos, como el caso de la falla en cuña..

(22) 14 5.10. Análisis de superficies curvas. En los suelos o rocas blandas, las superficies de falla a deslizamiento, tienden a tener una superficie curva. A estas superficies se les conoce como “círculos de falla o superficies de falla rotacionales”. En los análisis de estabilidad, se debe determinar la localización de la superficie crítica de falla y el factor de seguridad a lo largo de esta superficie. 5.11. Las grietas de tensión La existencia de grietas de tensión aumenta la tendencia de un suelo a fallar; la. longitud de la superficie de falla a lo largo de la cual se genera resistencia, es reducida y adicionalmente, la grieta puede llenarse con agua. En el caso de las lluvias, se pueden generar presiones de poros transitorias que afectan la estabilidad del talud. 5.12. Análisis Sísmico. Los eventos sísmicos son capaces de inducir fuerzas de gran magnitud (de naturaleza cíclica) las cuales pueden producir la falla rápida de taludes y laderas. Además, la resistencia al corte de un suelo, puede reducirse a causa de las cargas oscilatorias que generan deformaciones cíclicas, o debido a la generación de presiones de poros altas. La combinación de la acción de las cargas sísmicas y la disminución de la resistencia pueden producir una disminución general de la estabilidad. El caso más crítico es el de los materiales no plásticos de grano fino, como son los limos o las arenas finas. En el análisis de estabilidad se requiere analizar los cinco factores que se indican a continuación: • Magnitud de la fuerza sísmica. • Disminución de la resistencia a causa de las cargas oscilatorias..

(23) 15 • Disminución de la resistencia por aumento de la presión de poros. • Fenómeno de resonancia. • Amplificación de las cargas sísmicas por la presencia de suelos blandos. Para los eventos sísmicos se han propuesto cuatro métodos de análisis para la evaluación de la estabilidad de los taludes y laderas. (Houston y otros, 1987): • Método seudoestático, en el cual las cargas del sismo son simuladas como cargas estáticas horizontales y verticales . • Método del desplazamiento o de las deformaciones, el cual se basa en el concepto de que las aceleraciones reales pueden superar la aceleración límite permitida, produciendo desplazamientos permanentes (Newmark, 1965). • Método de la estabilidad después del sismo, la cual es calculada utilizando las resistencias no drenadas en muestras de suelo representativas que han sido sometidas previamente a fuerzas cíclicas comparables a las del sismo esperado (Castro y otros, 1985). • Método de análisis dinámico por elementos finitos. Por medio del análisis en dos o tres dimensiones, que utiliza un modelo específico, se pueden obtener detalles relacionados con esfuerzos, deformaciones cíclicas o permanentes (Finn 1988, Prevost y otros, 1985). Los dos primeros métodos son los más utilizados en la práctica de la geotecnia debido, especialmente, a su facilidad de implementación.. 5.13. Análisis Multitemporal. El análisis multitemporal ha demostrado ser de gran utilidad para identificar, cartografiar y analizar la dinámica espacial y temporal de los ecosistemas. En el caso.

(24) 16 particular de los disturbios naturales como incendios y deslizamientos de ladera, la fotointerpretación ayuda a evaluar su impacto a escala temporal analizando el cambio en el tiempo del área de influencia de la vía del estudio. Utilizando imágenes Landsat TM de los años 2006, 2008, 2001, 2014, 2015 y 2018.detectaremos posibles deslizamientos de ladera ocurridos en la zona de influencia de la vía del estudio, así como otros factores que pudieran afectar las actividades a desarrollar en los diseños propuestos como solución. Los estudios sobre deslizamientos de ladera basados en un análisis multitemporal pueden aportar nuevos conocimientos en cuanto a la dinámica de este tipo de disturbio. 5.14. Ensayos de Campo SPT. Con base en los NSPT, es posible emplear correlaciones para estimar los parámetros de resistencia al corte de los materiales. A. González G, presenta una metodología en su artículo “estimativos de parámetros efectivos de resistencia con el SPT”, la cual permite estimar la resistencia al corte a partir de los resultados del ensayo. Las resistencias promedio de los diferentes estratos estimadas con el SPT se encontraron empleando la metodología anteriormente citada; para lo cual se tiene que: σ : esfuerzo total (γsat*hs) μ: presión de poros (γw*hw) σ´: esfuerzo efectivo (σ-μ) Cn: factor de corrección por confinamiento efectivo (Skempton) Cn = 1 - K * log (Rs), donde Rs = σ´ / Pa Pa: presión atmosférica. = 15 + (9.375N1-45)0,5 según Japan Road Bureau (JRB).

(25) 17 Para las correlaciones del ángulo de fricción se usó la ecuación de (JRB) porque ofrece los resultados más conservadores; además los valores del ángulo de fricción. '. calculados en estas regresiones fueron empleados en los cálculos de los análisis de estabilidad. De acuerdo a estas correlaciones, es posible estimar el rango de variación de los parámetros de resistencia y deformabilidad de los materiales. 5.15. Muros de Contención Reforzados con Geosinteticos. Uno de los tipos de obras más comunes en la ingeniería son los muros de contención, bien sea para la conservación de las dimensiones de la banca en vías, contención de suelos o conformación de áreas planas.. Tradicionalmente se han venido utilizando muros de contención por gravedad que absorben las presiones horizontales gracias a su gran masa. Una de las alternativas presentadas a mediados de la década de los sesenta, fue creada por el ingeniero francés Henry Vidal, que consistía en la inclusión de una serie de tiras metálicas, amarradas a unos elementos externos que componían la cara del muro, hasta una determinada longitud dentro del relleno utilizado, para conformar así la masa de contención.. Este es un sistema que se ha venido empleando con relativo éxito en la actualidad y tiene el nombre registrado de tierra armada. Aunque el sistema ha presentado un buen desempeño, su principal problema radica en la determinación de la duración del refuerzo.

(26) 18 metálico dentro del suelo, teniendo en cuenta que se encuentra expuesto a un proceso permanente de corrosión. Gracias al desarrollo de nuevos materiales que pueden soportar las condiciones de humedad y de acidez o alcalinidad dentro del suelo, se ha venido implementando el uso de mantos sintéticos tales como los geotextiles y geomallas, para que suministren refuerzo, debido a las características mecánicas que estos poseen, como es su resistencia a la tensión. Los estudios que condujeron al uso de esta nueva tecnología tuvieron origen en Francia y Suecia a finales de la década de los setenta. Los muros de contención reforzados con geosintéticos se han convertido mundialmente en una alternativa de construcción frente a los muros de concreto reforzado y a los terraplenes conformados, principalmente cuando hay deficiencias en la capacidad portante del suelo de fundación o cuando las condiciones geométricas de la sección a desarrollar no permiten que las zonas de relleno sean conformadas con un ángulo igual o menor al de reposo natural del suelo de relleno. No es necesario que las condiciones sean tan críticas como las mencionadas anteriormente, la gran ventaja es que son alternativas más económicas, de hecho, bajo las mismas condiciones geotécnicas y constructivas, un muro de suelo reforzado puede originar una reducción de los costos totales de un 30 a un 60%, si se compara con los muros reforzados en concreto, debido al hecho que se pueden emplear materiales térreos del sitio. 5.16. Anclajes. Un ancla para suelo o roca es un elemento estructural esbelto, diseñado para transmitir un esfuerzo de tensión al terreno circundante. Se emplea para estabilizar y.

(27) 19 soportar estructuras de tierra, naturales o artificiales, sometidas a fuerzas laterales o de levantamientos importantes, con lo cual se restringe el desplazamiento y/o giro. Para proporcionar la estabilidad requerida el ancla debe ser llevada a una zona firme de suelo o roca. Con base en la descripción anterior, un ancla puede ser: un pilote a tensión, un muerto de concreto, un bloque de gravedad o cualquier otro elemento especial a tensión embebido en el suelo, en posición vertical, horizontal o inclinada. A pesar de la gran variedad de elementos que pueden desempeñar la función de anclaje, el tipo más común y técnicamente más avanzado, consiste en un tendón de acero instalado dentro de un barreno con cierta inclinación, profundidad y fijado firmemente en el suelo por medio de un cementante.. 5.17. Anclas en suelo y roca. Tanto el suelo como la roca son materiales naturales que ocurren en gran variedad de formas, esto hace que sus propiedades ingenieriles varíen enormemente de un lugar a otro. El suelo se define en geología como la capa de material suelto sin consolidar entre la.

(28) 20 superficie y la roca sólida, que se forma por el intemperismo y la desintegración de la propia roca. En ingeniería civil, no obstante, se suele definir al suelo en función del uso que de él se hace y de las dificultades constructivas que presenta en las obras. Teniendo esto en mente, se puede decir que un suelo es un agregado de partículas minerales de diversos tamaños, cementadas o no, que se pueden disgregar con la mano o herramientas simples. Con base en esta definición, el sistema de anclaje empleado en un suelo sedimentario bien cementado y compacto será análogo al empleado en una roca suave, ya que en ambos casos el comportamiento mecánico es similar. Existen muchas similitudes entre las anclas para suelo y para roca (las de suelo se desarrollaron a partir de estas últimas). El principio de funcionamiento en ambos casos, es el mismo, trasmitir una fuerza de tensión a un punto fuera de la masa de material por estabilizar. Sin embargo, las anclas para suelo, por ser éste un material “blando”, son de baja a mediana capacidad y el barreno o dispositivo de anclaje es común que se ensanche en su parte final. Además, la capacidad del ancla se ve influida por la profundidad de colocación. Las anclas en roca, por el contrario, son de mediana a muy alta capacidad, ya que este material resiste concentraciones de esfuerzo mayores. El barreno suele tener una sección constante. La resistencia al corte se ve influida en menor medida por la profundidad de anclaje. Usos de Anclas en Suelo a) como elementos de retención o soporte lateral en excavaciones profundas..

(29) 21 b) para equilibrar los momentos de volteo en las cimentaciones de estructuras esbeltas como torres de transmisión, tanques, chimeneas o bien en atraques de puentes, cimentaciones e muros de contención, entre otros. c) como elementos para prevenir expansiones o para compensar subpresiones en losas de fondo o en piso de excavaciones. d) como soporte de túneles. e) para proporcionar fuerzas de reacción en pruebas de pilotes. f) para pre consolidar suelos inestables e incrementar así su capacidad de carga..

(30) 22 5.18. Método INVIAS Para Carreteras Con Medios Y Altos Volúmenes de. Tránsito El método INVIAS está basado en una combinación de métodos y la teoría fundamental de comportamiento de estructuras y materiales. Las cartas para la determinación de los espesores de las estructuras se desarrollaron con base en el Método AASHTO. El catalogo cubre los tipos de pavimentos, suelos, materiales que actualmente se utilizan en el diseño y construcción de vías en el país. El diseño considera condiciones ambientales como la temperatura media anual que se puede presentar desde menos de 13 o hasta 30 °C y la precipitación media anual que varía desde menos 2000 a mayor a 4000 mm; en el caso de la resistencia a la subrasante se considera el valor DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE BARRANCA LEBRIJA 22 promedio del suelo predominante en cada sector homogéneo definido y establece diferentes categorías que inician desde suelos con CBR menores a 3% que requieren la estabilización del suelo o el reemplazo parcial, o hasta suelos con un CBR mayor a 15%. El siguiente parámetro que evalúa el Método INVIAS es el tránsito de diseño que corresponde al número de ejes equivalente de 8.2 Ton en el carril de diseño durante el periodo de diseño del pavimento que varía desde 0.5 E6 hasta 40 E6 el cual posteriormente para garantizar una confiabilidad del 90% se mayora por 1.159, lo que nos brinda el tránsito de diseño. Definida la región climática, la categoría de la subrasante y de transito se determina de las seis (6) cartas de diseño que presenta el manual cual es la que corresponde a estas características y se procede a observar los espesores de las capas de pavimento recomendados.

(31) 23 6. Localización del proyecto Las coordenadas del trazado vial del proyecto son: 06°19’023.3”N 76°08’00.6”W y se encuentran localizado en la carrera 26 entre las calles 36 y calle 37 ubicadas en la zona urbana del municipio de Urrao el cual pertenece al departamento de Antioquia en Colombia. Figura 6.1. Localización General del Proyecto.. (Google Earth, 2018) Figura 6.2. Localización Regional del Proyecto.. (Google Earth, 2018).

(32) 24 7. Caracterización geológica 7.1 Geología regional. El sitio de interés para este estudio se localiza sobre la margen derecha del rio Penderisco y sobre la carrera 26 del casco urbano del municipio de Urrao, geológicamente el sitio se ubica sobre un deposito aluvial y llanuras aluviales, el cual presenta un material superficial de un deposito antrópico (lleno heterogéneo). A continuación, se presenta el mapa de la geología regional que brinda el Servicio Geológico Colombiano por medio del geo-portal en la plancha 5-08 (Anexo n° 1), en el cual se pudo identificar los diferentes tipos de materiales encontrados en la región. Figura 7.1. Mapa geología regional (Tipos de materiales).. (Servicio Geológico Colombiano, 2015). En la siguiente tabla se presenta la descripción detallada de los materiales representados en el mapa anterior..

(33) 25 Tabla 7.2. Clasificación geológica regional. CONVENCIÓN SÍMBOLO UC DESCRIPCIÓN Q-al Depósitos aluviales y de llanuras aluviales. Q-Ca Abanicos aluviales y depósitos coluviales. E8n2-Sm Calizas, arenitas y lodolitas calcareas. E6e7-VCm Intercalaciones de lodolitas calzareas y siliceas; arenitascalceareas; tobas; aglomerados; cherts; y basaltos. E1E2-VCm Basaltos; brechas; aglomerados y tobas intercalados con cherts; limolitas; lodolitas calcáreas, y calizas. E2-Pi Granodioritas que varían a cuarzodioritas y cuarzomonzonitas. n1n2-Pi Cuarzodioritas, tonalitas, dioritas, y granodioritas k2k6-Sm7 Lodolitas; arenitas lodosas y arenitas líticas; cherts; calizas; tobas, y aglomerados. Localmente cataclasitas. n4n5-Pi Monzonitas y tonalitas. K2-Vm7 Basaltos toleíticos, y doleritas, picritas, tobas básicas y brechas volcánicas. K2-Pm7 Gabros que varían de olivínicos a cuarzogabros, a través de noritas y gabros hornbléndicos. E3-Sc Arenitas conglomeráticas y conglomerados en la base y el techo; arenitas, arcillolitas y carbones en la parte media. n6n7-VCc Basaltos y andesitas basálticas porfiríticas con fenocristales de granate intercalados con aglomerados y tobas. Predominio de epiclastos hacia el este. K1-Mbg6 Esquistos anfibólicos, cuarzosericíticos, cloríticos y talcosos, y cuarcitas. (Servicio Geológico Colombiano, 2015) En la Figura 7.2 se puede observar un fragmento de la plancha 145 – Urrao del Servicio Geológico Colombiano (Anexo n°2), en el cual es posible identificar los grupos geológicos y las fallas de la región donde se localiza el proyecto..

(34) 26 Figura 7.2. Mapa geología regional (Grupos geológicos y fallas).. (Servicio Geológico Colombiano, 2015) (Servicio Geológico Colombiano, 2015) 7.1.1 Grupo Cañas Gordas (K2n+K2u). (Álvarez y González, 1978) con una unidad basal, Formación Barroso o Vulcanitas del Barroso, se constituye en la unidad litológica más antigua en la cordillera occidental, separada geológicamente de la central por el sistema de Fallas Romeral; representan un intenso vulcanismo oceánico básico, de finales del Cretácico tardío (ETAYO et al., 1983, 1989), sobre el cual se depositan sedimentos turbidíticos del Cretácico Superior, Miembro Urrao, y bioquímicos del Cretácico Superior al Paleoceno, Miembro Nutibara. Cuerpos de ultramafitas serpentinizadas y gabros.

(35) 27 asociados a las rocas volcánicas, podrían representar fragmentos de ofiolitas emplazados tectónicamente durante el Cretácico tardío. (González I., 2001). 7.1.2 Limolitas de el Sireno (K2ls). Unidad compuesta por intercalaciones de limolitas y arenitas de color gris oscuro, las cuales se abrían depositado como resultado de flujos turbiditicos (González I., 2001).. 7.1.3 Monzodiorita de la Horqueta (Nmdhl). Cuerpo de forma ovalada, con una extensión de 1,2 km2 que constituye una saliente topográfica notoria entre Frontino y Abriaquí, donde se encuentra localizada la mina la Horqueta. Instruye sedimentos areno-arcillosos del Grupo Cañasgordas, y forma una aureola de contacto con cornubianitas micáceas en facies albita-epidota cornubianita. (González I., 2001). 7.1.4 Complejo Santa Cecilia la Equis (K2Escx). Las rocas ígneas volcánicas del flanco Occidental de la Cordillera Occidental, en el departamento denominadas basaltos olivinicos (ÁLVAREZ Y GONZÁLEZ, 1978), Formación Santa Cecilia (CALLE y SALINAS, 1986) y andesitas de la Formación La Equis, (CALLE y SALINAS, 1986). La unidad Santa Cecilia aflora al este del Batolito de Mandé, entre Antioquia y Chocó, como una faja continua de orientación norte-noroeste, amplitud variable entre 2 y 7 km, en contacto fallado con sedimentos y vulcanitas del grupo Cañasgordas y hacia el sur es limitada por el Batolito de Mandé..

(36) 28 Litológicamente es unidad heterogénea constituida por flujos lávicos básicos, brechas aglomerados, tobas con niveles locales de lavas almohadilladas e intercalaciones de limolitas, lodolitas calcáreas, chert y calizas. (González I., 2001). 7.1.5 Depósitos Aluviales (Qal). Depósitos no consolidados de material coluvial y aluvial (Qal) son de poco espesor en los cañones de algunas quebradas y ríos, pero alcanzan grandes espesores y son de gran extensión en el curso inferior medio de los ríos Cauca, Magdalena, Atrato y algunos afluentes. Por su posición estructural y características es notorio, en la parte central montañosa del departamento. (González I., 2001). 7.1.6 Terrazas Aluviales (Qt). Son Depósitos Aluviales en diferentes niveles, que se encuentran relativamente altos respecto al nivel de las corrientes próximas, a las cuales podrían estar genéticamente relacionados; están mejor cementados y pueden clasificarse como Terrazas (Qt). Son notorias las del bajo Cauca Antioqueño, consideradas anteriormente, donde pueden definirse varios niveles, que han sido objeto en los últimos años de una intensiva explotación para recuperar cantidades menores de oro y platino. El origen de estas terrazas podría ser evidencia del rejuvenecimiento de las corrientes, producido por el levantamiento de las cordilleras en las últimas etapas del ciclo orogénico andino; probablemente durante el Pleistoceno, época durante la cual las variaciones tectónicas y climáticas contribuyeron a la formación de los aluviones. (González I., 2001).

(37) 29 7.2 Geología local. La exploración del subsuelo en el área de interés permitió observar puntualmente dos tipos de materiales presentes en la zona de trabajo, los cuales se pudieron identificar estratigráficamente en dos tipos de materiales correspondientes a un deposito antrópico (lleno heterogéneo) y un saprolito. 7.2.1 Deposito antrópico (Lleno heterogéneo). Fue detectado en los sondeos exploratorios realizados en la zona del proyecto hasta una profundidad de 7.00m aproximadamente, está conformado por materiales de textura limosa de compacidad suelta. 7.2.2 Horizonte 1B del perfil de meteorización de roca tipo Saprolito. Fue detectado en los sondeos exploratorios realizados en la zona del proyecto entre los 7.00m y 15.00m de profundidad..

(38) 30 7.3 Geomorfología local. Localmente el sitio en estudio se encuentra en la parte alta del casco urbano del municipio de Urrao, presenta una configuración de superficie cóncava de pendientes altas a escarpadas con unos taludes de 20.00m aproximados en la parte superior e inferior de la vía. Figura7.3.1. Panorámica del sitio de estudio.. (Google Earth, 2018) Figura 7.3.2. Modelo de elevación del terreno..

(39) 31 7.3.1 Rangos de pendientes. Las pendientes con rangos entre 0% y 15% (Rango bajo) se encuentran distribuidas a lo largo de la vía y de las terrazas efectuadas luego del movimiento de tierras, las pendientes entre 15% y 30% (Rango alto) están distribuidas en la parte superior de la media ladera del sitio de estudio, las pendientes entre 30% y 45% (Rango muy alto) predominan en los taludes del sitio estudiado, conformando laderas y coronas de los procesos de movimiento de tierras. Figura 7.3.3. Plano de rangos de pendientes..

(40) 32 8. Análisis multi-temporal Este análisis consiste demarcar del sitio de estudio en el software Google Earth y por medio de las fotografías satelitales que este ofrece identificar los eventos presentados en la zona y poder conocer la dinámica en el sector. A continuación, se presenta el análisis realizado a partir de imágenes de Google Earth de los años 2006, 2008, 2001, 2014, 2015 y 2018. Figura 8.1. Imagen satelital del proyecto, año 2006. (Google Earth, 2018) En la primera fotografía observamos el primer registro satelital que se tiene de la zona de influencia de la vía a intervenir; se puede observar que para el año 2006 la zona se encontraba con muy pocas construcciones o movimientos de tierra en sus alrededores..

(41) 33 Figura 8.2. Imagen satelital del proyecto, año 2008. (Google Earth, 2018) En la fotografía del año 2008 se observa el crecimiento de una construcción vecina de la vía y el crecimiento de la cuenca de drenaje de las aguas de escorrentía..

(42) 34 Figura 8.3. Imagen satelital del proyecto, año 2011. (Google Earth, 2018) No se observan cambios en comparación de la fotografía del año..

(43) 35 Figura 8.4. Imagen satelital del proyecto, año 2014. (Google Earth, 2018) En la fotografía del año 2014 se observan movimientos de tierra y un crecimiento en las construcciones aledañas a la vía..

(44) 36 Figura 8.5. Imagen satelital del proyecto, año 2015. (Google Earth, 2018) En la fotografía del año 2015 se observa un movimiento de tierra en el borde de la vía y un crecimiento en las construcciones aledañas a la vía..

(45) 37 Figura 8.6. Imagen satelital del proyecto, año 2018. (Google Earth, 2018) En la fotografía del año 2018 se observa la explanación del terreno que se encuentra alrededor del lote que bordea la vía..

(46) 38 9. Descripción del proyecto El municipio de Urrao con intención de valorización del casco urbano adelanta los estudios y diseños para el mejoramiento de la Carrera 26 entre las Calles 36 y 37 la cual se encuentra en pésimas condiciones, por tal motivo se realizaron los trabajos correspondientes a los estudios necesarios para los diseños geotécnicos y de pavimentos. De esta manera conociendo las características del subsuelo, basados en el plan de exploración, los requerimientos del proyecto y la normatividad actual, se incluye en este documento los parámetros geo mecánicos del suelo y las recomendaciones correspondientes, evaluadas desde el punto de vista técnico, constructivo y económico. Figura 9.1. Localización Regional del Proyecto.. (Google Earth, 2018). Haciendo una inspección visual se pudo identificar el estado actual del tramo de vía que se pretende mejorar, en dicha inspección se pudo identificar que la vía cuenta con un ancho promedio de 3.80m y presenta una superficie de rodadura en placa huella y pavimento flexible en pésimas, carece de un sistema óptimo de drenaje, además en algunos.

(47) 39 sitios específicos ha desaparecido por completo la carpeta asfáltica o placa huella, también se puedo evidenciar la presencia de raíces superficiales que contribuyen con el deterioro de esta. Figura 9.2. Estado actual de la vía sección A-A’.. (Google Earth, 2018) Figura 9.3. Estado actual de la vía sección B-B’.. (Google Earth, 2018).

(48) 40 Figura 9.4. Estado actual de la vía sección C-C’.. (Google Earth, 2018) El proyecto consiste en aumentar el ancho de la vía hasta los 6.00m lo que implica modificar el alineamiento horizontal, vertical y secciones transversales por tanto, es necesario realizar un análisis de estabilidad en las secciones transversales A-A’, B-B’ y CC’ para ver cómo se comportan con las nuevas cargas y proponer las obras de estabilidad que sean necesarias, además se debe plantear el diseño del pavimento ideal para este tramo de vía. Figura 9.5. Levantamiento topográfico inicial..

(49) 41 10. Plan de exploración La investigación del subsuelo se llevó a cabo mediante la ejecución de 6 perforaciones exploratorias denominadas P1 a P6 y su ubicación en planta puede ser identificada en la Figura 11.1, dichos sondeos fueron realizados con taladro mecánico por medio de los sistemas de percusión y lavado y rotación con broca de diamante, con profundidades variables de 10,00m y 15.00m como muestra la Tabla 11.1. Figura 10.1. Plan de exploración..

(50) 42 Tabla 10.1. Profundidad de las perforaciones. PERFORACION PROFUNDIDAD (m) P1 15.00 P2 10.00 P3 15.00 P4 10.00 P5 15.00 P6 10.00. Durante el proceso de perforaciones exploratorias se realizó el ensayo de penetración estándar, también conocido como SPT (Estandar Penetration Test) el cual consiste en penetrar en el suelo un saca-muestras (Split Spoon) contando el número de golpes necesarios para para incarlo 0.30m. Luego de obtener el número de golpes se pueden estimar las propiedades geomecánicas del suelo haciendo uso del método de correlaciones propuesto por el ingeniero Álvaro J. González G. Para complementar el reconocimiento del sub suelo y a su vez la estructura del pavimento existente, se realizaron 3 apiques de exploración ubicados estratégicamente con separación entre ellos de 150.00m y profundidades variables entre 1.00m y 2.00m, su ubicación en planta puede se puede observar en la Figura 11.1, dichos apiques fueron de gran utilidad para realizar los estudios de CBR, para estudio particular de ajustes en la vía y poder identificar las propiedades del subsuelo. Durante la ejecución de los sondeos se recuperaron 36 muestras re-moldeadas e inalteradas de los materiales a diferentes profundidades que conforman el subsuelo en el sitio de estudio con el fin de realizar las pruebas de laboratorio necesarias para determinar.

(51) 43 los parámetros básicos de los materiales explorados que se someterán a las cargas de la vía, la distribución y profundidad de dichas muestras se presenta en la siguiente tabla. Tabla 10.2. Clasificación geológica regional. SONDEO P1 PROF. (m) NF ESTRATO MUESTRA ENSAYO 1 2 Lleno 3 M1 Hum. Clas Hetereogeneo 4 5 M2 Humedad 6 7 M3 Hum. Clas 8 9 M4 Humedad 10 Saprolito 11 M5 Hum. Clas 12 13 M6 Humedad 14 15 M7 Hum. Clas. SONDEO P2 PROF. (m) NF ESTRATO MUESTRA ENSAYO 1 2 Lleno M8 Hum. Clas. 3 Hetereogeneo 4 M9 Humedad 5 6 M10 Humedad 7 Saprolito 8 M11 Hum. Clas. 9 10 M12 Humedad. SONDEO P3 PROF. (m) NF ESTRATO MUESTRA ENSAYO 1 2 Lleno 3 Hetereogeneo M13 Hum. Clas. 4 5 M14 Humedad 6 7 M15 Hum. Clas. 8 9 M16 Humedad Saprolito 10 11 M17 Hum. Clas. 12 13 M18 Humedad 14 15 M19 Hum. Clas.. SONDEO P4 PROF. (m) NF ESTRATO MUESTRA ENSAYO 1 2 M20 Humedad 3 Lleno 4 M21 Hum. Clas. Hetereogeneo 5 6 M22 Humedad 7 8 M23 Hum. Clas. Saprolito 9 10 M24 Hum. Clas.. SONDEO P5 PROF. (m) NF ESTRATO MUESTRA ENSAYO 1 Lleno 2 Hetereogeneo 3 M25 Hum. Clas. C.D 4 5 M26 Humedad 6 7 M27 Hum. Clas. C.S. 8 9 M28 Humedad Saprolito 10 11 M29 Hum. Clas. 12 13 M30 Humedad 14 15 M31 Hum. Clas.. SONDEO P6 PROF. (m) NF ESTRATO MUESTRA ENSAYO 1 Lleno 2 M32 Hum. Clas. C.S. Hetereogeneo 3 4 M33 Humedad 5 6 M34 Hum. Clas. C.D 7 Saprolito 8 M35 Humedad 9 10 M36 Hum. Clas..

(52) 44. 11. Características físicas y mecánicas de los materiales 11.1. Nivel freático. Durante la etapa de exploración de campo, en la totalidad de las perforaciones fue posible detectar el nivel freático de la zona de estudio, el cual se representa en la siguiente tabla. Tabla 11.1. Profundidad del nivel freático detectado en cada sondeo. PERFORACION NIVEL FREATICO (m) P1 3.00 P2 2.00 P3 4.00 P4 2.00 P5 7.00 P6 7.00. 11.1. Estratigrafía de la zona de estudio. Teniendo los resultados de los 6 sondeos exploratorios realizados en el sub-suelo de la zona de estudio y su posterior caracterización en el laboratorio, se identificó un perfil estratigráfico conformado por un deposito antrópico (lleno heterogéneo) y un Horizonte 1B del perfil de meteorización de roca tipo Saprolito, el cual se puede observar en la Figua 11.1..

(53) 45 Figura 11.1. Estratigrafial. PROF. (m) SONDEO 1 1 2 Lleno 3 Hetereogeneo 4 5 6 7 8 9 10 Saprolito 11 12 13 14 15. 11.2. SONDEO 2. SONDEO 3. Lleno Hetereogeneo. Lleno Hetereogeneo. Saprolito. Saprolito. SONDEO 4. SONDEO 5 Lleno Hetereogeneo. Lleno Hetereogeneo. Saprolito. SONDEO 6 Lleno Hetereogeneo. Saprolito. Saprolito. Clasificación del suelo. Con la intención de identificar las propiedades físicas y mecánicas del suelo, se realizaron estratégicamente las siguientes pruebas de laboratorio, los cuales se entregan como anexos. . Ensayos de Clasificación.. . Ensayos de Humedades.. . Ensayos de corte directo.. . Ensayos de comprensión Simple. Luego de realizar estas pruebas se extraen los datos necesarios para hacer el. análisis de estabilidad y se presentan en la siguiente tabla..

(54) 46 Tabla 11.2.1. Profundidad del nivel freático detectado en cada sondeo. SONDEO PROF. (m) NF ESTRATO 1 2 Lleno 3 Hetereogeneo 4 5 6 7 P1 8 9 10 Saprolito 11 12 13 14 15 1 Lleno 2 Hetereogeneo 3 4 5 P2 6 7 Saprolito 8 9 10 1 Lleno 2 Hetereogeneo 3 4 5 6 7 P3 8 9 10 Saprolito 11 12 13 14 15. PROPIEDADES FISICAS HUMEDAD CLASIFICACION MUESTRA %W %W %G %A %F L.L L.P USC AASHTO. M1. 49. 51. 0. 5.4. 94.6 58. 26. CH. A-7-6. M2. 45. M3. 47. 46. 0.9. 8.5. 90.6 63. 38. MH. A-7-5. M4. 49. M5. 61. 61. 0.7. 14.2 85.1 65. 37. MH. A-7-5. M6. 25. M7. 27. 27. 25.2. 23. 51.9 50. 32. MH. A-7-5. M8. 45. 45. 0.4. 16.5. 83.1. 52. 32. MH. A-7-5. M9. 46. M10. 46. M11. 58. 58. 0. 8. 92. 86. 48. MH. A-7-5. M12. 79. M13. 39. 40. 0. 5.6. 94.5. 51. 32. MH. A-7-5. M14. 39. M15. 39. 39. 0. 16. 84. 64. 33. MH. A-7-5. M16. 42. M17. 48. 48. 0.5. 9.3. 90.2. 63. 43. MH. A-7-5. M18. 42. M19. 36. 36. 3.8. 16.5. 797. 68. 33. MH. A-7-5. PROPIEDADES MECANICAS C.D. C.S. Φ c ɣ Φ c ɣ.

(55) 47 Tabla 11.2.1. Propiedades físicas del suelo. SONDEO PROF. (m) NF ESTRATO 1 2 3 Lleno 4 Hetereogeneo 5 P4 6 7 8 9 Saprolito 10 1 Lleno 2 Hetereogeneo 3 4 5 6 7 P5 8 9 Saprolito 10 11 12 13 14 15 1 Lleno 2 Hetereogeneo 3 4 5 P6 6 7 Saprolito 8 9 10. 11.3. PROPIEDADES FISICAS HUMEDAD CLASIFICACION MUESTRA %W %W %G %A %F L.L L.P USC AASHTO M20. 73. M21. 47. M22. 47. M23. 47. 0. 2.8. 97.2. 90. 44. MH. A-7-5. 54. 54. 0. 5.3. 94.7. 64. 35. MH. A-7-5. M24. 48. 48. 0. 1.9. 98.1. 56. 32. MH. A-7-5. M25. 49. 49. 0. 15.7. 84.3. 71. 43. MH. A-7-5. M26. 47. M27. 43. 43. 0.3. 13. 86.8. 55. 32. MH. A-7-5. M28. 52. M29. 59. 61. 0. 4.1. 95.9. 90. 71. MH. A-7-5. M30. 48. M31. 48. 48. 0. 5.1. 94.9. 69. 38. MH. A-7-5. M32. 56. 54. 0. 8.8. 91.2. 63. 36. MH. A-7-5. M33. 46. M34. 39. 40. 0.3. 23.7. 76. 50. 30. MH. A-7-5. M35. 38. M36. 36. 37. 0.4. 14.6. 85.1. 54. 30. MH. A-7-5. PROPIEDADES MECANICAS C.D. C.S. Φ c ɣ Φ c ɣ. 22. 0. 1.971. 1.644. 22.8. 11. Análisis del ensayo STP y correlaciones. El ensayo STP nos sirve para calcular el ángulo de fricción y la cohesión del suelo por medio del análisis de correlaciones propuesto por el ingeniero Álvaro J. González G. Para esto necesitamos conocer la variación de golpes en el ensayo STP en los sondeos de exploración realizados, los cuales se presentan en la siguiente figura..

(56) 48 Figura 11.3. SPT numero de golpes vs profundidad.. P4. P5. Numero de Golpes, NSTP 10. 20. 30. Numero de Golpes, NSTP 40. 0. 10. 30. Numero de Golpes, NSTP 40. 0 0. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 3. 3. 3. 4. 4. 4. 5. 5. 5. 6. 6. 6. 7 8 9 10. Profundidad [m]. 0. 7 8 9 10. 11 12. 13. 13. 13. 14. 14. 14. 15. 15. 15. 16. 16. 16. P2 20. 30. P3. Numero de Golpes, NSTP 0. 40. 10. 20. 30. Numero de Golpes, NSTP 40. 0 0. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 3. 3. 3. 4. 4. 4. 5. 5. 5. 6. 6. 6. 8 9 10. 7 8 9 10. Profundidad [m]. 0. Profundidad [m]. 0. 7. 40. 9. 12. 10. 30. 10. 11. Numero de Golpes, NSTP. 20. 8. 12. 0. 10. 7. 11. P1. Profundidad [m]. 20. 0. Profundidad [m]. Profundidad [m]. 0. P6. 7 8 9 10. 11. 11. 11. 12. 12. 12. 13. 13. 13. 14. 14. 14. 15. 15. 15. 16. 16. 16. 10. 20. 30. 40.

(57) 49 Una vez se obtiene el número de golpes vs profundidad, se recurre a los ensayos de compresión simple y corte directo para determinar el peso unitario húmedo de los dos tipos de suelos que encontramos, para luego aplicar análisis de correlaciones y obtener el Angulo de fricción y la cohesión de los tipos de suelos definidos en el perfil estratigráfico. En la siguiente tabla se presenta los datos correspondientes al ángulo de fricción, la cohesión y el peso unitario húmedo del lleno heterogéneo y del saprolito obtenidos por correlaciones, corte directo y compresión simple. Tabla 11.3. Propiedades mecánicas del suelo. SUELO. CORRELACIONES. CORTE DIRECTO COMP. SIMPLE Ø c ɣ. Ø. c. ɣ. LLENO HETEREOGENEO. 29. 1. 16.44. 22. 0. SAPROLITO. 35. 15. 19.71. 22.8. 11. PRPOMEDIO Ø. c. ɣ. 16.44. 26. 1. 16.44. 19.71. 29. 13. 19.71.

(58) 50 12. Definición de parámetros de sismo Para efectos del análisis sismo-resistente en las estructuras propuestas del proyecto, se toman los parámetros indicados en las normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente NSR-10, los cuales se presentan en la siguiente tabla. Tabla 12.1. Definición parámetros de sismo. Zona de Riesgo sísmico Tipo de perfil de suelo Coeficiente de aceleración pico (Aa) Coeficiente de velocidad pico (Av) Coeficiente de ampliación de la aceleración pico (Fa) Coeficiente de ampliación de la velocidad pico (Fv)     . Alta D 0.30 0.30 1.2 1.8. Aa: Coeficiente que representa la aceleración pico efectivo, esperado en roca para un 10% de probabilidad de ser excedida en un lapso de 50 años. Ab: Coeficiente que representa la velocidad horizontal pico efectiva, para diseño norma NSR-10 A.2.2. I: coeficiente de importancia norma NSR-10 A.2.5.1 Fa: coeficiente de ampliación que afecta la aceleración en la zona de periodos cortos, debida a los efectos del sitio, adimensional. NSR10 Tabla A.2.4.3. Fv: Coeficiente de ampliación que afecta la aceleración en la zona de periodos intermedios, debida a los efectos del sitio, adimensional. NSR10 Tabla A.2.4.4..

(59) 51 13. Análisis de estabilidad El análisis de estabilidad se realizó haciendo uso del software SLIDE V 7.0 de la casa ROCSCIENCE, el cual se basa en el equilibrio de fuerzas, considerando la sección del topográfica del suelo y la interpretación estratigráfica realizada a partir de los sondeos de exploración del sub-suelo. El factor de seguridad por equilibrio de masas, se determina por la relación que hay entre la resistencia al corte del suelo que conforma la ladera y los esfuerzos que tratan de desplazar y deformar la masa de suelo, se dice que un suelo está en equilibrio cunado el factor de seguridad es 1,00. El software nos permite identificar el factor de seguridad que presenta la sección en estudio, el cual sirve para conocer la amenaza de falla del talud en estudio. El análisis de estabilidad también se tiene en cuenta cómo se comporta el talud en caso de un sismo, por esto se emplea la modalidad de análisis sísmico teniendo en cuenta el coeficiente de aceleración máximo pico amax=Aa*Fa. Que brinda la norma NSR-10 para el municipio de Urrao del departamento de antioquia Amax=Aa*Fa= 0.30*1.2=0.36 Según los numerales H.5.2.5 y A.2.8.1 de la norma NSR 10 se propone las siguientes aceleraciones horizontales y verticales máximas dado que estas aceleraciones pico (amax) solo se presentan en el momento que ocurre el sismo: . Aceleracion Horizontal máxima = 0.8*amax = 0.8*0.36=0.29. . Aceleracion Vertical máxima = 2/3*horizontal = 02/3*0.29=0.19.

(60) 52 Para dar cumplimiento a la norma NSR10 se presenta los rangos de clasificación de los factores de seguridad para los casos estáticos y dinámicos. Los factores de seguridad Basicos Fsb aplicados al suelo no deben no pueden ser menores que los factores de seguridad básicos minimos Fsbm Tabla 12.1. Factor de seguridad mínimo admisible.. (NSR10) En la siguiente grafica se puede identificar la localización en planta de las secciones que se les realizara el análisis de estabilidad y así identificar la sección critica. Figura 13.1. Vista en planta de secciones para análisis de estabilidad..

(61) 53 Las secciones A, B y C se analizaron en el SLIDE en condiciones estáticas y seudoestaticas, para conocer el factor de seguridad que presentan inicialmente. Figura 13.1. Análisis estabilidad sección A en condición estática.. Figura 13.2. Análisis estabilidad sección B en condición estática..

(62) 54. Figura 13.3. Análisis estabilidad sección C en condición estática.. Figura 13.4. Análisis estabilidad sección A en condición Seudo-estática..

(63) 55 Figura 13.5. Análisis estabilidad sección B en condición Seudo-estática.. Figura 13.6. Análisis estabilidad sección C en condición Seudo-estática.. En la siguiente tabla se presentan los factores de seguridad obtenidos en cada sección en condiciones estáticas y seudo-estaticas, esto con el fin de verificar si cumplen con los factores mínimos admisibles por la norma NSR10..

(64) 56 Tabla 12.1. Factor de seguridad obtenido. SECCION FACTOR DE SEGURIDAD CONDICION ESTATICA A 0.505 B 0.709 C 1.056. FACTOR DE SEGURIDAD CONDICION ESUDO-ESTATICA 0.278 0.392 0.517. Luego de analizar la tabla anterior se observa la necesidad de implementar una obra de estabilización en la zona de la sección A y C, ya que los factores de seguridad se encuentran por debajo de los valores mínimos admisibles lo que representa una condición de equilibrio desfavorable en la zona de la vía, en la sección B el factor de seguridad mínimo se presenta en una zona alejada de la vía, por lo tanto, no representa riesgo en el uso de esta. Con la implementación de la obra de estabilización se puede aprovechar más el espacio y lograra una ampliación de la vía en los puntos más críticos, por ejemplo, en la sección A se observa un acho de vía menor a 6m, también se le puede dar un mejoramiento a las pendientes de los taludes, para disminuir la probabilidad de deslizamientos..