Muro K11 18

GOBERNACIÓN DE BOYACÁ

CONTRATO No. 1896 de 2010

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA CONSTRUCCION DE LA VÍA AQUITANIA – TOTA, EN EL SECTOR PR10 AL PR20 (TOTA), DEPARTAMENTO DE BOYACÁ

Playa Blanca (Municipio de Tota)

DISEÑO MURO K11.7

EDICIÓN 0

UT LAGO TOTA

NOVIEMBRE DE 2011

UT LAGO TOTA Diseño Muro K11.7

Calle 66 No. 59 – 31 Trr. 10 Of. 706 – Bogotá D.C. Tels. 758 5731 -310 551 5040 – 311 513 2995

Email: [email protected]

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CUADRO CONTROL CAMBIOS

VERSION FECHA DESCRIPCION SOLICITA MEDIANTE

DOCUMENTO




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TABLA DE CONTENIDO

1 EVALUACIÓN GEOTÉCNICA DE ESTABILIDAD DEL MURO K11.7 TOTA ....... 4

1.1 ESCENARIO 1 – Condición Actual SIN Sismo .............................................. 4

1.2 ESCENARIO 2 – Condición Actual CON Sismo ............................................ 8

1.3 DIMENSIONES FINALES ............................................................................ 10

2 MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCUTRAL DISEÑO DE CAISSONS φ= 1.300 m 11

3 MÉTODO CONSTRUCTIVO .............................................................................. 14

4 ANEXOS ............................................................................................................. 15

4.1 Memoria de Cálculo del Muro en concreto Reforzado ................................. 15

4.2 Planos .......................................................................................................... 15




4

1 EVALUACIÓN GEOTÉCNICA DE ESTABILIDAD DEL MURO K11.7 TOTA

El estudio de suelos y la caracterización de suelos efectuados por la Firma Ingeniería y Geología Ltda – IGL en la zona del muro del K11.7 de la Vía Aquitania – Tota, sector PR10 – Tota, incluyendo la sobrcarga por efecto de tráfico, son la información base para realizar la modelación del talud en la abscisa referida, con el software PCStable, en los siguientes escenarios:

• Escenario 1 – Condición Actual SIN Sismo

• Escenario 2 – Condición Actual CON sismo (Aa = 0.2)

1.1 ESCENARIO 1 – Condición Actual SIN Sismo

Se realizó la modelación de la condición actual, con base en la estratigrafía y clasificación de suelos efectuada por el Estudio de Suelos ejecutado por la firma Ingeniería y Geología – IGL, obteniendo el resultado que se presenta en la Figura No. 1 (en esta figura, el muro se incluye solo como referencia).




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Figura No. 1 – Condición Actual – Zona de Falla Crítica (FS 0.79)

0 4 8 12 16 20 24 28 32 3610

14

18

22

26

30

34

K11.7 TOTA H 7.0 m - SIN SISMO

1

2

2

2

2

3

2

2

3

3

4

4

4

5

5

5

W1

W1

W1

1

Ten Most Critical. H:TOTA-02.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:09am

b cdef

ghij

Most Critical Surface. H:TOTA-02.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:09am

# FS a 0.79 b 0.81 c 0.82 d 0.82 e 0.82 f 0.83 g 0.83 h 0.85 i 0.89 j 0.93

PCSTABL5 FSmin=0.79 X-Axis (m)PCSTABL5 FSmin=0.79 X-Axis (m)

Soil Total Saturated Cohesion Friction Pore Pressure Piez.Type Unit Wt. Unit Wt. Intercept Angle Pressure Constant SurfaceNo. Label (KN/m3) (KN/m3) (KPa) (deg) Param. (KPa) No.

1 A 21.2 21.2 5 22 0

2 B 19.7 19.7 10 23 0

3 C 20 20 20 25 0

4 D 20.8 20.8 10 33 0

5 E 21.3 21.3 10 36 0

0

0

0

9.8 W1

9.8 W1

La modelación de la condición actual, muestra que el talud presenta un factor de seguridad crítico de 0.79 en condición estática, lo cual se evidenció con la ocurrencia del deslizamiento. Se revisó entonces el factor de seguridad para varias posibles zonas de falla, incluyendo la ubicación del muro proyectado con sus dimensiones para mejor referencia, encontrando los resultados que se presentan en la Figura No. 2.




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Figura No. 2 – Condición Actual – Zonas de Falla Probable y Factor de Seguridad

0 4 8 12 16 20 24 28 32 3610

14

18

22

26

30

34

Elev.

(m)

K11.7 TOTA H 7.0 m

1

2

2

2

2

3

2

2

3

3

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4

4

5

5

5

W1

W1

W1

1

Ten Most Critical. H:TOTA-01B.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:50am

b cdef

g

h

ij

Most Critical Surface. H:TOTA-01B.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:50am

# FS a 0.95 b 0.98 c 1.15 d 1.19 e 1.34 f 1.72 g 2.09 h 2.43 i 2.81 j 2.98



1 A 21.2 21.2 5 22 0 0

2 B 19.7 19.7 10 23 0 0

3 C 20 20 20 25 0 0

4 D 20.8 20.8 10 33 0

5 E 21.3 21.3 10 36 0

5.00

10.00

3.00

3.50

9.8 W1

9.8 W1

Como criterio para la selección del tipo de fundación de la obra se seleccionó un factor de seguridad de 2.0, de acuerdo con la figura No. 2, y el cual estaría localizado hacia el tercio superior de los caisson proyectados. Nótese que el muro se localizaría sobre la zona de falla con factor de seguridad 2.0, lo que sugiere la necesidad de aumentar su altura, o reducir la separación entre caisson.

Se adoptó el segundo criterio, por lo cual se propone una distancia entre las paredes externas de los caisson de 1.5 diámetros, es decir: 1.5 x 1.3 = 1.95 m, lo cual debe

FS 1.72

FS 2.43

FS 2.00

FS 1.34




7

generar un efecto de bulbo de presión entre caisson adyacentes, suficiente para sostener la masa de suelo entre ellos, evitándose la construcción de una prolongación del muro o de una pantalla adicional.

Los caisson deberán estar empotrados en un estrato competente por lo menos a 1/3 de su altura, es decir aproximadamente 3.5 metros –y esto es muy importante– con la finalidad de que dicho estrato se comporte como un empotramiento y los caisson operen como un elemento de contención lateral, utilizando el bulbo de presiones entre ellos como elemento adicional de contención transversal.

El muro de contención como tal (parte superior) actuará como elemento de contención del deslizamiento actual, el cual presenta un factor de seguridad menor a 1.

Como conclusiones de la evaluación estática del muro se tiene que:

• La condición actual sin obras presenta un factor de seguridad de 0.79, lo cual se refleja en el deslizamiento activo.

• Se proyecta la obra con un factor de seguridad global de 2.0 de acuerdo con

las posibles zonas de falla mostradas en la Figura No. 2.

• Se proyecta un muro de altura 5.0 m para contener la masa superior del deslizamiento.

• Se propone la implementación de caissons separados 1.5 diámetros (1.95 m)

con finalidad de apoyar el muro de contención y contener la zona de falla con factor de seguridad inferior a 2.0.

• Se empotran los caisson 1/3 de su altura (3.5 m aproximadamente) entre un

estrato competente, para contribuir a que estos trabajen conteniendo lateralmente las zonas de falla con factor de seguridad menor a 2.0.




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1.2 ESCENARIO 2 – Condición Actual CON Sismo

Se realizó la modelación de la condición actual, con base en la estratigrafía, clasificación de suelos y aceleración (Aa = 0.20) recomendada por el Estudio de Suelos realizado por la firma Ingeniería y Geología – IGL, obteniendo el resultado que se presenta en la Figura No. 3.

Figura No. 3 – Condición Actual – Zona de Falla Crítica CON Sismo (FS 0.60)

0 4 8 12 16 20 24 28 32 3610

14

18

22

26

30

34

Y-Axis

(m)

K11.7 TOTA H 7.0 m - CON SISMO

1

2

2

2

2

3

2

2

3

3

4

4

4

5

5

5

W1

W1

W1

1

Ten Most Critical. H:TOTA-02S.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:23am

bcde fgh i j

Most Critical Surface. H:TOTA-02S.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:23am

# FS a 0.60 b 0.61 c 0.61 d 0.61 e 0.62 f 0.62 g 0.63 h 0.64 i 0.64 j 0.67



1 A 21.2 21.2 5 22 0

2 B 19.7 19.7 10 23 0

3 C 20 20 20 25 0

4 D 20.8 20.8 10 33 0

5 E 21.3 21.3 10 36 0

0

0

0

9.8 W1

9.8 W1




9

En la modelación de la condición actual con sismo, el talud presenta un factor de seguridad crítico de 0.60. Nuevamente se revisó el factor de seguridad de las posibles zonas de falla con sismo, incluyendo la ubicación del muro proyectado con sus dimensiones como referencia, encontrando los resultados que se presentan en la Figura No. 4.

Figura No. 4 – Condición Actual – Zonas de Falla Probable con Sismo y Factor de Seguridad

0 4 8 12 16 20 24 28 32 3610

14

18

22

26

30

34

Elev.

(m) 1

2

2

2

2

3

2

2

3

3

4

4

4

5

5

5

W1

W1

W1

1

Ten Most Critical. H:TOTA-02S.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:44am

b cdef

g

h

ij

Most Critical Surface. H:TOTA-02S.PLT By: TOTA K11.7 01-03-12 11:44am

# FS a 0.64 b 0.71 c 0.71 d 0.73 e 0.76 f 0.95 g 1.01 h 1.35 i 1.40 j 1.45



1 A 21.2 21.2 5 22 0

2 B 19.7 19.7 10 23 0

3 C 20 20 20 25 0

4 D 20.8 20.8 10 33 0

5 E 21.3 21.3 10 36 0

K11.7 TOTA H 7.0 m - CON SISMO

5.00

10.00

3.00

3.50

0

0

0

9.8 W1

9.8 W1

FS 1.20 FS 0.95

FS 1.35




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La Figura No. 4, muestra que para el mismo nivel a 1/3 de la parte superior del caisson, el factor de seguridad con sismo es de 1.2, y aproximadamente a ½ de la altura del caisson es de 1.45. En ambos casos, los factores de seguridad son bajos y existe la posibilidad de que se presente una falla, lo que indica que la profundidad de la pantalla de contención debería ser mayor o la separación entre caisson menor. Se escogió la segunda opción, manteniendo la separación de 1.5 diámetros (1.5 x 1.3 = 1.95 m.) mencionada para la evaluación estática.

Tanto para el caso estático como para el caso con sismo, el muro siempre estará localizado sobre una zona de falla con factor de seguridad inferior a 1.2, lo cual implica que su apoyo necesariamente se haga sobre los caisson propuestos. Los caisson además de soportar el muro, deben contener la masa de suelo existente por debajo del muro que presente factores de seguridad menores a 1.5, allí, la separación de 1.5 diámetros permitirá con el efecto del bulbo de presiones contener el suelo entre ellos.

1.3 DIMENSIONES FINALES

• Muro en concreto reforzado de 5.0 m de atura

• Caisson de 1.30 m de diámetro externo, separados 1.95 metros entre paredes.

• Profundidad de los caisson 10.0 m, empotrando un tercio de su longitud en el suelo tipo E.




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2 MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCUTRAL DISEÑO DE CAISSONS φ= 1.300 m

Frame Station OutputCase CaseType V2 V3 T M2 M3

Text m Text Text Ton Ton Ton Ton-m Ton-m Ton-m

15 1 COMB3 Combination -143.64 -6.99 -36.73 0.00 151.43 24.31

15 1 COMB4 Combination -143.64 -6.99 -36.73 0.00 153.43 24.31

16 0 COMB3 Combination -143.64 -3.04 1.45 0.00 153.43 24.31

16 0 COMB4 Combination -143.64 -3.04 1.45 0.00 153.43 24.31

********* Cuantía mínima *********

COLUMNA Caisson UNCOL 2.5 Diámetro = 1.30 m d’ = .05 m F’c = 21 Mpa f y = 420 MPa Pu = 1436 kN Mux = 1513 kN*m Muy = 243 kN*m Pmáx =1436 kN ýPn = 1436.16 kN ý Mn = 1513 kN*m ro = .01 As total = 132.73 cm2 Coloco 27 No 8




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CUANTÍA VOLUMÉTRICA Caissons Ø = 1.30 m

Según la sección A.7.24.4.1 Requisitos para columnas y cumpliendo el ordinal (d), Refuerzo transversal de confinamiento en las zonas de formación de articulaciones plásticas.

El núcleo de las columnas y de los pilotes de viga cabezal sobre pilotes, debe confinarse por medio del refuerzo transversal de confinamiento, en las zonas donde se pueden presentar articulaciones plásticas, las cuales generalmente están localizadas en la parte superior e inferior de las columnas y pilotes.

DATOS GENERALES

Geometría Materiales

Ø = 1.30 m f’c = 210 kg/cm²

Ø nucleo = 1.20m Fyh = 4200 kg/cm²

L = 0.30 m γ CON = 2.4 ton/m³

Ag = Área bruta de la sección = π x 130 2/4 = 13273 cm²

Ac = Área núcleo de la sección = π x 120 2/4 = 11309 cm²

Fyh = Resistencia nominal a la fluencia del refuerzo de estribo de espiral, en kg/cm²

Sobre el ordinal © de la sección A,7.24.4.1 el espaciamiento máximo del refuerzo transversal de confinamiento en las regiones indicadas en los numerales 1 y 2 del presente ordinal, no debe ser mayor que el menor de la dimensión mínima de la sección del elemento 0 10 cm.

Espaciamiento libre de estribos – a máx. = 7.5 cm

uantías:




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ρ1 = 0.45 . (Ag / Ac – 1) x f’c / fyh = 0.0024

ρ2 = 0.12 . f’c / fyh = 0.0060

ρdiseño = 0.0060

Separación de los estribos

Teórica = 9.4 cm

Definitiva = 7.5 cm




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3 MÉTODO CONSTRUCTIVO

• Excavar de manera intercalada hasta 1,0 metro de profundidad para alojar los caisson.

• Fundir el anillo constructivo de diámetro interno 1,30 metros, con espesor de 0,10 metros, es decir el anillo constructivo tendrá un diámetro externo de 1,50 m.

• Excavar bajo el anillo construido 1,0 metro de profundidad, y hacer que este descienda hasta la nueva profundidad de excavación.

• Fundir un nuevo anillo sobre el que descendió, con la misma configuración del primero.

• Realizar sucesivamente el proceso descrito, hasta completar la longitud prevista (altura 10 metros.) para cada caisson.

• Una vez se finalice completamente la construcción de los anillos externos, se podrá colocar la armadura principal del caisson, y se realizará el llenado de ésta, con las especificaciones de concreto previstas para vaciar en altura, o con bomba hidráulica, para evitar su segregación.

• Repetir los pasos indicados anteriormente, para fabricar y fundir ahora los caisson intermedios.

• Efectuar los empalmes entre los hierros del caisson y los hierros del muro e iniciar la construcción de éste.

• En toda la longitud del muro se deberá implementar un filtro, de acuerdo con el detalle y especificaciones presentados en el diseño estructural.

FABIÁN TAFUR SÁNCHEZ Coordinador de Estudios Ingeniero Civil – Magíster en Ingeniería M.P. 25202 – 65068 CND

ALBERTO FANDIÑO Geólogo - Geotecnista M.P. 1013 CPG

WILLIAM RUBIANO Especialista Estructural M.P. 25202 – 24771 CND




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4 ANEXOS

4.1 Memoria de Cálculo del Muro en concreto Reforzado

4.2 Planos

Detalles de Localización

Estrucutral




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Anexo 1 - MEMORIAS DE CÁLCULO DEL MURO EN CONCRETO REFORZADO




17

Anexo 2 - PLANOS

Documents

Muro K11 18