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• Damian Castro Salas

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Tipo de Documento: FORMATO Código: F-IGR-45 Versión Versión 3 Fecha Aprobación: 2005-01-17

Pág i/42

CONTROL DE CAMBIOS ENTREGA DE ENTIDAD INFORMES CODENSA Original INGENIERIA Y GEORIESGOS IGR SAS Copia No 1

Unidades 1 1

Copia No 2 Copia No 3 Copia No 4 CAMBIOS REALIZADOS Versión

Cambios realizados respecto a la versión anterior

Fecha

APROBACIÓN CAMBIOS Versión 1

Realizó JASM

Revisó EERG

Aprobó EERG

Observaciones

Fecha 29-05-13

ASESORIA PARA DISEÑOS CIVILES DE SUBESTACIONES AT/AT, AT/MT Y MT/MT “DIAGNOSTICO GEOTÈCNICO SUBESTACIÓN SAN PEDRO DE UBALÁ CUNDINAMARCA”

TABLA DE CONTENIDO Pág. 1  INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1-1  2  GENERALIDADES ..................................................................................................... 2-1  2.1  LOCALIZACIÓN GENERAL.................................................................................... 2-1  2.2  CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROYECTO........................................... 2-1  2.3  RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE ................................................ 2-4  3  CARACTERISTICAS GEOLOGICAS Y GEOTECNICAS GENERALES .................. 3-1  4  CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA ........................................................................ 4-1  4.1  EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO .......................................................................... 4-1  4.1.1  SONDEOS MECÁNICOS ............................................................................................ 4-1  4.1.2  PRUEBAS DE CAMPO ............................................................................................... 4-4  4.2  ENSAYOS DE LABORATORIO .............................................................................. 4-4  5  INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA. ....................................................................... 5-1  5.1  REGISTRO DE INCLINÓMETROS.......................................................................... 5-2  6  CARACTERIZACIÓN GEOMECANICA .................................................................... 6-1  6.1  VARIACIÓN DE PROPIEDADES GEOTÉCNICAS ................................................. 6-1  6.1.1  HUMEDAD NATURAL Y LÍMITES DE CONSISTENCIA ..................................................... 6-1  6.1.2  CARACTERÍSTICAS GRANULOMÉTRICAS: .................................................................. 6-2  6.1.3  RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN .............................................................................. 6-3  6.1.4  VARIACIÓN DEL N DE CAMPO CON LA PROFUNDIDAD ................................................. 6-3  6.1.5  PERFIL GEOTÉCNICO PROMEDIO ............................................................................. 6-4  6.1.6  PARÁMETROS GEOMECÁNICOS DEL SUELO .............................................................. 6-7  7  CONCEPTOS DEL ESTUDIO Y RECOMENDACIONES .......................................... 7-1 

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LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 4-1 Profundidad de las perforaciones ejecutadas .................................................. 4-2  Tabla 4-2 Tipo y cantidad de ensayos de laboratorio realizados ..................................... 4-4  Tabla 4-3 Tipo y cantidad de ensayos de laboratorio realizados ..................................... 4-4  Tabla 6-1 Valores de cohesión y ángulo de fricción obtenidos a partir del ensayo de campo y laboratorio .......................................................................................................... 6-9 

LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 2-1 Localización general del estudio. .................................................................... 2-1  Figura 2-2 Localización casa de control actual y proyectada. .......................................... 2-2  Figura 2-3 Vista de los pilotes y placa de cimentación propuesta. ................................... 2-3  Figura 3-1 Vista general de la zona aledaña al sitio de estudio. ...................................... 3-1  Figura 3-2 Vista de un flujo antiguo de media ladera. ...................................................... 3-2  Figura 3-3 Vista de un flujo antiguo de media ladera. ...................................................... 3-3  Figura 3-4 Aspecto de las viviendas ubicadas en el costado sur o parte baja de la Subestación. ..................................................................................................................... 3-3  Figura 4-1 Planta general de localización de los sondeos en el área de estudio. ............ 4-2  Figura 5-1 Planta general de localización de los sondeos en el área de estudio. ............ 5-1  Figura 5-2 Desplazamientos horizontales acumulados referidos al 24/04/2013. Inclinómetro I1. ................................................................................................................. 5-3  Figura 5-3 Desplazamientos horizontales acumulados referidos al 24/04/2013. Inclinómetro I2. ................................................................................................................. 5-4  Figura 5-4 Desplazamientos horizontales acumulados referidos al 24/04/2013. Inclinómetro I3. ................................................................................................................. 5-5  Figura 5-5 Velocidad de desplazamiento Inclinómetro I. .................................................. 5-7  Figura 5-6 Velocidad de desplazamiento Inclinómetro 2. ................................................. 5-8  Figura 5-7 Velocidad de desplazamiento Inclinómetro 3. ................................................. 5-9  Figura 6-1 Clasificación en la carta de plasticidad de Casagrande. ................................. 6-1  Figura 6-2 Variación de la humedad natural y los límites de consistencia en función de la profundidad. ...................................................................................................................... 6-2 

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Figura 6-3 Variación del contenido de gravas, arenas y finos en función de la profundidad. .......................................................................................................................................... 6-2  Figura 6-4 Variación de la resistencia a la compresión con la profundidad. .................... 6-3  Figura 6-5 Variación del Ncampo con la profundidad...................................................... 6-4  Figura 6-6 Sección Geotécnica ........................................................................................ 6-6  Figura 6-7 Grafica de evaluación de c y  a partir de los valores de N obtenidos en el ensayo de penetración estándar SPT, para el material M2.............................................. 6-8  Figura 6-8 Grafica de evaluación de c y  a partir de los valores de N obtenidos en el ensayo de penetración estándar SPT, para el material M3.............................................. 6-9  Figura 7-1 Localización pilotes, recebo y placa de cimentación. ...................................... 7-2  Figura 7-2 Localización pilotes en planta ......................................................................... 7-2 

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INTRODUCCIÓN

El presente informe contiene las actividades que se ejecutaron desde el punto de vista geotécnico, para verificar si los diseños civiles de la Casa de Control recomendados por AC&JM son una solución adecuada que se ajusta a las condiciones actuales del fenómeno presentado en el sitio de estudio, en el cual se tiene la presencia de un movimiento de inestabilidad. Para lograr con concepto de la situación presentada en la Subestación San Pedro de Ubalá, inicialmente se llevó a cabo un programa de exploración geotécnica compuesto por perforaciones mecánicas hasta de 10m de profundidad, ensayos de campo y de laboratorio, con el fin de establecer las características de los materiales presentes en el movimiento. Por otro lado, se instalaron tres inclinómetro distribuidos en el área de estudio con el fin de establecer la ubicación de la superficie de falla generada por el movimiento y de igual manera establecer la velocidad y desplazamiento de la masa deslizada. Finalmente, se presentan recomendaciones sobre los diseños propuestos de la estructura de cimentación de la Casa de Control, según el resultado del monitoreo y la exploración geotécnica llevada a cabo.

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1-1

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2 2.1

GENERALIDADES LOCALIZACIÓN GENERAL

El municipio de Ubalá Cundinamarca está ubicado a 126 Km de Bogotá, a una altura de 1949 msnm y temperatura promedio de 18ºC. La Subestación San Pedro se localiza hacia el costado Este del municipio a unos 20Km. El área de la Subestación se localiza aproximadamente entre el par de coordenadas planas 1015217.883N, 1065160.025E y 1015171,38N, 1065159,49 con una altura promedio de 2000msnm. En la Figura 2-1 se presenta la localización general del sitio de estudio.

Sitio de estudio

Figura 2-1 Localización general del estudio. Las estructuras existentes en la Subestación corresponden al patio 115Kv, a la casa de control y a una bodega de almacenamiento. En la Figura 2-2, se presenta la localización detallada de la Subestación y de las obras existentes. 2.2

CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROYECTO

El proyecto consiste en presentar un concepto que desde el punto de vista geotécnico y estructural, que permita determinar la conveniencia de los diseños civiles presentados por la firma AC&JM, concernientes a la cimentación propuesta para la casa de control, la cual se pretende reubicar dentro de la misma zona de la subestación. De acuerdo con la información suministrada, las estructuras de la subestación se construyeron hace aproximadamente 20 años, y tiempo después se iniciaron a evidenciar daños estructurales, como asentamientos, fisuras, grietas, deflexiones en los muros, pisos, cubierta y en todo los elementos de concreto como vigas y columnas.

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2-1

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La casa de control presenta daños severos, encontrando muros en mampostería sueltos alejado de vigas y columnas ligeramente inclinados, columnas inclinadas y fisuradas, vigas falladas en la zona de máximo esfuerzo cortante (cerca de las columnas) y los pisos con grietas de hasta 30cm. Dentro de la recomendación de diseñó que presento la firma AC&JM se tiene la construcción de una placa de cimentación en concreto reforzado y aligerado, pilotes preexcavados de 10m de longitud y de 0.8m de diámetro en concreto, vigas y columnas y mampostería en general. En la Figura 2-2 se presenta la nueva localización de la casa de control.

Sitio propuesto para la casa de control y torre metálica

Casa de control existente Figura 2-2 Localización casa de control actual y proyectada. En la Figura 2-3 se presenta una sección de corte de los pilotes y placa de cimentación recomendada por los diseñadores y los materiales encontrados en el subsuelo. En las fotografías 2-1 y 2-2, se presenta el estado actual de la superestructura de la Casa de control, donde se observa el deterioro de los elementos estructurales.

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2-2

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Figura 2-3 Vista de los pilotes y placa de cimentación propuesta.

Fotografía 2-1. Aspecto de la casa de control. Deterioro de la mampostería y elementos estructurales.

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Fotografía 2-2. Inclinación de muros y columnas hasta 10cm.

2-3

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2.3

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE

Dentro de la información secundaria existente de la zona de estudio, CODENSA suministro los siguientes informes y estudios, los cuales fueron de gran utilidad para generar el presente informe, esta información consta de: 1. Ingeniería para el diagnóstico del estado de las instalaciones de la Subestación San Pedro de Ubalá, generado por la Unión Temporal AC&JM en septiembre de 2010. 2. Informe de ingeniería civil de detalle para las labores en la subestación San Pedro de Ubalá, en marzo de 2011. 3. Desplazamientos de puntos de control topográfico, zonas inestables. 4. Registros de perforación de campo. 5. Plano de topografía y de localización de obras.

Estos documentos suministrados por CODENSA fueron de vital ayuda para entender el fenómeno presentado en el sitio de estudio, y para determinar las características más importantes del subsuelo.

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CARACTERISTICAS GEOLOGICAS Y GEOTECNICAS GENERALES

Los daños presentados en la estructura de la casa de control se deben a que la S/E se localiza sobre un depósito de un deslizamiento antiguo de la ladera localizada en el costado norte de la zona de estudio. Superficialmente se tiene la presencia de materiales finos de arcilla y limos de baja plasticidad poco consolidados y susceptibles a sufrir procesos de reptación, con menor contenido de arenas y fragmentos de lutita de color negro. A mayor profundidad (de 5 a 6m) se tiene la presencia de residual de lutita color negra meteorizada y fracturada seguida de roca de lutita competente de color negro ubicada a los 10m. En la región del embalse el Guavio se encuentran rocas sedimentarias, con intercalaciones de roca ígneas y metamórficas. Los depósitos sedimentarios se constituyen de areniscas, arcillolitas y limolitas con fragmentos de lutita meteorizada. De igual manera abundan depósitos de sedimentos coluviales y aluviales de arcillas, arenas, limos y algunas cenizas volcánicas. En la zona se destaca la presencia de grandes montañas con sinclinales y anticlinales cuyos flancos tienen una pendiente variable y algunos valles con abundante cobertura vegetal. Se tiene la presencia de procesos naturales sobre las laderas compuesto por movimientos tipo deslizamientos rotacionales y translacionales los cuales están directamente relacionados con la presencia de agua superficial y sub-superficial producto de las abundantes precipitaciones. En la Figura 3-1, se presenta una vista general del sitio del proyecto. Se observa que se tiene la presencia de rastros de flujos, deslizamientos y movimientos reptacionales.

Flujos

Subestación

Deslizamiento

Figura 3-1 Vista general de la zona aledaña al sitio de estudio. INGENIERIA Y GEORIESGOS IGR SAS

3-1

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En la zona perimetral de la subestación se llevó a cabo un recorrido con el fin de determinar la dimensión del fenómeno de remoción en masa y establecer su afectación sobre la comunidad en general. Del reconocimiento de campo, se encontró que hacia la parte superior de la ladera (costado Norte de la Subestación) se tienen rastros de movimientos tipo flujos y reptación, los cuales están íntimamente relacionados con la fuerte pendiente del terreno y con la presencia abundante de agua de escorrentía y sub-superficial. Aunque se presenta abundante cobertura vegetal en toda la zona, el material superficial se encuentra poco consolidado y saturado, lo que conlleva a la disminución de la resistencia al corte del material. Hacia el costado sur de la S/E, se tiene la presencia de viviendas afectadas por el movimiento del terreno, las cuales se encuentran en mal estado y en riesgo de colapsar, según lo indica la comunidad el movimiento se desencadeno tiempo después de entrar en funcionamiento el embalse el Guavio y desde entonces ha tenido una tendencia de avance progresivo. Aunque se han llevado a cabo en varias ocasiones actividades de mantenimiento a las viviendas y vías, el proceso de inestabilidad a continuado afectándolas. Se observa la acumulación abundante de material deslizado en algunos puntos, conformando la base de pequeños deslizamientos. Hacia los costados de la subestación, se presentan flujos de lutita y suelo residual suelto y saturado, cuerpos de agua y arboles ligeramente inclinados, los cuales son indicativos de la actividad inestable de la zona. En las siguientes figuras se presentan, los aspectos más importantes de la zona, donde se presenta lo enunciado en los párrafos anteriores.

Figura 3-2 Vista de un flujo antiguo de media ladera.

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3-2

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Figura 3-3 Vista de un flujo antiguo de media ladera.

Figura 3-4 Aspecto de las viviendas ubicadas en el costado sur o parte baja de la Subestación.

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3-3

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CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA

Como ya se había enunciado anteriormente, el área de la subestación esta propensa a la generación de fenómenos de remoción en masa como los deslizamientos, debido a la litología de la zona, a la presencia de agua y a las fuertes pendientes de las laderas. La filtración de agua dentro de los depósitos de material residual de lutita y suelos residuales de arcilla y limos, provoca el movimiento entre un estrato y otro adyacente con aumentos de volumen, procesos de meteorización química y física, disminución de resistencia al corte y generación de superficies de falla. Por lo dicho anteriormente es importante determinar las características generales y las propiedades mecánicas del suelo en el sitio del proyecto, por lo tanto se realizaron actividades de exploración del subsuelo que consistieron principalmente en la ejecución de sondeos con equipo mecánico, con recuperación de muestras alteradas tipo cuchara partida e inalteradas tipo Shelby, así como ensayos de campo (SPT y Cono) y de laboratorio. En este capítulo se presenta el tipo de exploración geotécnica del subsuelo realizada, los tipos de ensayos de campo y laboratorio ejecutados, y el análisis de la información obtenida. Se presenta una descripción de las propiedades principales de los diferentes materiales encontrados en cada punto de exploración, y con base en esto, se define el perfil geotécnico representativo del sitio de estudio, así como las condiciones y parámetros geomecánicos que serán utilizados para plantear las recomendaciones de cimentación. 4.1

EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO

Teniendo en cuenta las características geológicas del sitio y el tipo de estructura proyectada, se programó la ejecución de sondeos mecánicos distribuidos convenientemente en el área de estudio. Lo anterior con el objeto de obtener la información geotécnica necesaria para conocer la distribución lateral y en profundidad de los diferentes tipos de materiales que componen los depósitos existentes, y recuperar muestras para realizar los ensayos de laboratorio necesarios. Además, se realizaron ensayos de campo de penetración estándar (SPT) y de cono dinámico, y pruebas de laboratorio para clasificación y para obtener parámetros de resistencia que permitan conocer el comportamiento de los materiales existentes. Las perforaciones se ubicaron a lo largo y ancho del sitio de estudio según el criterio del geotecnista y la distribución de las estructuras existentes. 4.1.1

Sondeos Mecánicos

En total se realizaron tres (3) sondeos mecánicos de 10m de profundidad, para un total de 30m de perforación tal como se muestra en la Tabla 4-1. En cada punto se realizaron ensayos de penetración estándar (SPT) y se tomaron muestras alteradas tipo cuchara partida, las cuales fueron utilizadas para hacer descripción visual y ensayos de clasificación. Los sondeos se limitaron a la profundidad indicada debido a la presencia de materiales que generan rechazo en el ensayo de penetración estándar e impide el avance del equipo por el tamaño y la dureza de los bloques de lutita encontrados.

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4-1

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Por otro lado se tuvo en cuenta, los registros de perforación de 7 sondeos de hasta 10m de profundidad, llevados a cabo por JHF Perforaciones en el año 2012, los cuales fueron suministrados por CODENSA. De esta información se tuvo en cuenta la descripción de los materiales, el Ncampo del ensayo de SPT y profundidad del nivel freático, para determinar el perfil estratigráfico y los parámetros geotécnicos del suelo.

Tabla 4-1 Profundidad de las perforaciones ejecutadas

Sondeo

Profundidad

Tipo de perforación

S-1

10

Mecánica

S-2

10

Mecánica

S-3

10

Mecánica

Total

30

La localización general de los sondeos realizados en el área de estudio se presenta en la Figura 4-1.

Figura 4-1 Planta general de localización de los sondeos en el área de estudio.

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4-2

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A continuación, se presenta un registro fotográfico de los trabajos de exploración, muestras y del sitio en general. En el Anexo A, se presentan los registros gráficos de perforación de los sondeos realizados.

Fotografía 4-1. Ejecución del ensayo de Penetración Estándar SPT en el sondeo mecánico Nº1.

Fotografía 4-2. Muestra tipo shelby de material arcilloso de consistencia media y humedad baja.

Fotografía 4-3. Ejecución del sondeo mecánico Nº3.

Fotografía 4-4. Fragmentos de roca de lutita encontrada a los 10m

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4-3

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4.1.2

Pruebas de Campo

Durante la ejecución de los sondeos se realizaron ensayos in situ de penetración estándar (SPT) y ensayos de penetración dinámica Súper Pesado para establecer de forma aproximada la variación de resistencia del suelo y recuperar muestras alteradas de los diferentes materiales encontrados para definir cambios estratigráficos. En la se relaciona la cantidad de ensayos de campo ejecutados cada uno de los tres sondeos ejecutados. Tabla 4-2 Tipo y cantidad de ensayos de laboratorio realizados

Sondeo Nº 1 2 3

4.2

Cantidad de ensayos tipo SPT 4 4 4

Cantidad de ensayos tipo Cono 12 10 13

ENSAYOS DE LABORATORIO

Para determinar las propiedades de los materiales encontrados, se realizaron ensayos de caracterización física como humedad natural, peso unitario, límites de Atterberg, lavado sobre tamiz No 200 y gradación en los materiales cohesivos. Además ensayos de resistencia y deformabilidad como corte directo y compresión inconfinada. En la Tabla 4-3 se relaciona la cantidad de ensayos ejecutados. Tabla 4-3 Tipo y cantidad de ensayos de laboratorio realizados

TIPO DE ENSAYO

S1

S2

S3

TOTAL

Humedad Natural

3

3

3

9

Límites de Consistencia

3

4

3

10

Lavado Tamiz No. 200

1

2

2

5

Granulometría

0

0

1

1

Peso Unitario

2

2

2

6

Peso especifico

1

1

1

3

Compresión Inconfinada

1

1

0

2

Corte Directo

1

1

1

3

Consolidación Rápida

0

1

0

1

Expansión Libre en Consolidometro

1

0

0

1

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INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA.

Con el fin de establecer la rata y dirección del movimiento de los depósitos que hacen parte de la zona inestable del área de estudio, en el mes de Abril se proyectó la construcción de 3 inclinómetros de 10m de profundidad. Al instalar la tubería inclinometrica no fue posible llegar hasta los 10m, ya que las paredes de las perforaciones se derrumbaban después de los 7m donde se encuentra el depósito residual de Lutita meteorizada. Finalmente las profundidades a las cuales alcanzó la tubería fueron de 9, 9.5 y 7m para el inclinómetro I1, I2 y I3, respectivamente. Con la instalación de estos instrumentos de monitoreo lo que se busca es establecer el desplazamiento y velocidad del material deslizado a diferentes profundidades, además de la localización de la superficie potencial de falla. Hasta el momento se han programado y ejecutado la realización de dos (2) campañas de lectura de los inclinómetros construidos. La primera campaña se llevó a cabo el día 24 de Abril y la segunda el día 21 de Mayo. La información registrada se organizó mediante el uso de hojas de cálculo tipo Excel de manera que se puedan establecer registros continuos las veces sea necesario sin tener inconvenientes. A continuación, se presenta una breve descripción de las novedades encontradas durante las primeras campañas de registro de la instrumentación citada anteriormente. En la figura 5-1, se muestra la convención que se utiliza para interpretar las lecturas del inclinómetro, el eje A. -A se localiza a lo largo del eje del movimiento y el eje B. –B transversal al sentido del deslizamiento. -A

I3 B

-B

I2 A

I1

Figura 5-1 Planta general de localización de los sondeos en el área de estudio.

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5-1

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5.1

REGISTRO DE INCLINÓMETROS

En total se cuenta con tres inclinómetros instalados en el área de estudio. Para la primera campaña desarrollada el 24 de Abril las lecturas se realizaron sin ningún inconveniente; esta lectura se tomara como dato base para determinar el desplazamiento tanto relativo, como acumulado de la masa inestable. Para el inclinómetro I1 de 9.0m de profundidad, ubicado en una de las esquinas de la casa de control donde el movimiento es importante, en el sentido A (En dirección del movimiento o de la pendiente del terreno), se tiene que hasta la fecha en los primeros 2m de profundidad se presentan movimientos de hasta 0.6mm, cerca de los 4m se tiene un movimiento de 0.21mm en el sentido –A y finalmente de los 5.50m en adelante el desplazamiento alcanza los 0.24mm. De los 10m en adelante se considera el movimiento como nulo. En el sentido transversal al movimiento de la masa inestable la tendencia es hacia -B, (hacia el flanco izquierdo del movimiento), donde el desplazamiento máximo alcanza los 0.6mm a los 7m. De forma clara se puede observar que entre los 3 y 6m de profundidad se presentan los máximos desplazamientos y se tiene la presencia de varias superficies de falla. En esta profundidad es donde se encuentra el cambio de estrato de material de arcilla a residual de lutita meteorizada. En la Figura 5-2, se presenta el gráfico que muestra los desplazamientos acumulados desde el 24 de Abril hasta el 21 de Mayo de 2013 para el I1.

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5-2

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Figura 5-2 Desplazamientos horizontales acumulados referidos al 24/04/2013. Inclinómetro I1.

Para el inclinómetro I2 de 9.5m de profundidad, ubicado sobre el sitio donde se pretende reubicar la Casa de Control (donde se presume que no hay movimiento), en el sentido A (En dirección del movimiento o de la pendiente), se tiene que hasta la fecha a lo largo de toda la profundidad del inclinómetro el movimiento es de hasta 0.5mm. En el sentido de B, (hacia el flanco derecho del movimiento), el desplazamiento máximo alcanza los 1.1mm a los 9m. La tendencia del desplazamiento es de aumento con la profundidad. En este caso no es clara la presencia de una superficie de falla. En la Figura 5-3, se presenta el gráfico que muestra los desplazamientos acumulados desde el 24 de Abril hasta el 21 de Mayo de 2013 para el I2.

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5-3

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Figura 5-3 Desplazamientos horizontales acumulados referidos al 24/04/2013. Inclinómetro I2.

Finalmente, en el inclinómetro I3 de 7m, en el sentido A en el primer metro de profundidad el desplazamiento alcanza los 0.9mm, del primer metro en adelante la tendencia de movimiento es de disminución hasta los 7m. Por otro lado en sentido B, la tendencia de movimiento es hacia B los primeros 5m obteniendo un desplazamiento hasta de 0.6mm. De manera general se concluye que en los primeros 6m de profundidad, el material está en movimiento continuo, aunque el desplazamiento es bajo a lo largo del tiempo se tendrían movimientos de varios centímetros, En la Figura 5-4, se presenta el gráfico que muestra los desplazamientos acumulados.

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5-4

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Figura 5-4 Desplazamientos horizontales acumulados referidos al 24/04/2013. Inclinómetro I3.

En la Fotografía 5-1 y 5-2, se aprecian las actividades de instalación de la tubería de los inclinómetros construidos. En las Fotografía 5-3 y 5-4, se observa el personal encargado del registro de las lecturas inclinómetricas. En el Anexo B, se presentan los datos tomados en campo y la tabla de cálculo de los desplazamientos en los tres Inclinómetros.

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Fotografía 5-1 Instalación de la tubería del inclinómetro I1.

Fotografía 5-2 Unión de la tubería del inclinómetro I1.

Fotografía 5-3 Aspecto de la caja de protección y colocación de la guía y sonda de lectura.

Fotografía 5-4 Manejo del cable y torpedo en la tubería inclinometrica.

Por otro lado se determinó la rata de movimiento de la masa inestable, encontrando que en el sentido A los primeros 4m la velocidad es de 0.02mm/día. Después de los 4m se reduce la velocidad a 0.01mm/día. En el sentido de B la velocidad presenta distintos valores con aumentos y disminuciones, pero en general llega hasta los 0.02mm/día. En la figura 5-5, se presenta el perfil de velocidad con la profundidad para el inclinómetro 1. INGENIERIA Y GEORIESGOS IGR SAS

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Figura 5-5 Velocidad de desplazamiento Inclinómetro I.

Para el inclinómetro 2, en la Figura 5-6 se muestra el perfil de velocidad, donde se obtiene que en el sentido A, la tasa de movimiento presenta una tendencia de aumento entre 0.01 y 0.015mm/día. Para el costado B, la velocidad varía entre 0.02 y 0.04mm/día.

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5-7

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Figura 5-6 Velocidad de desplazamiento Inclinómetro 2.

Para el inclinómetro 3, en la Figura 5-7 se muestra el perfil de velocidad, donde se obtiene que en el sentido A, la velocidad de movimiento es mayor cerca de la superficie y disminuye con la profundidad. La máxima velocidad se presenta al primer metro con un valor de 0.034mm/día. En el sentido de B, la velocidad llega hacer 0.013mm/ en el primer metro y disminuye hasta los 5m.

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5-8

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Figura 5-7 Velocidad de desplazamiento Inclinómetro 3.

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5-9

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6

CARACTERIZACIÓN GEOMECANICA

6.1

VARIACIÓN DE PROPIEDADES GEOTÉCNICAS

A continuación se presenta una descripción detallada de las propiedades geotécnicas encontradas en la exploración del subsuelo, para los materiales existentes en el sitio de estudio. La zona de estudio de analiza teniendo en cuenta una sección geotécnica representativa del área estudiada. 6.1.1

Humedad natural y límites de consistencia

El contenido de humedad presenta tendencia a disminuir levemente con la profundidad, el valor de la humedad es ligeramente mayor en los primeros metros, en donde se presenta la capa de cobertura vegetal y el material limoso algo orgánico hasta el primer metro de profundidad donde el suelo presenta una humedad hasta del 35 %, el límite líquido es del 51% y el límite plástico del 28% aproximadamente. De los 2.5 a los 5m, la humedad disminuye y luego aumenta nuevamente entre un rango de 16 al 30% correspondiente al segundo material que se compone de arcilla. Este material cohesivo presenta que el Límite líquido se encuentra entre 35% y el 44% y el límite plástico entre el 22.5% y el 28%. Finalmente, después de los 6m donde se tiene el material de Lutita la humedad en promedio es del 20%, limite liquido de 45% y limite plástico de 22.5%. La clasificación de del material que compone el perfil de suelo a diferentes profundidades, básicamente es de arcilla y limo de baja plasticidad y baja compresibilidad según la carta de plasticidad de Casagrande, el cual es el material más abundante en el sitio de estudio. Los resultados de la carta de plasticidad se presentan gráficamente en la Figura 6-1. En la Figura 6-2 se aprecia la gráfica de variación del contenido de humedad, limite líquido y limite plástico en función de la profundidad, para los sondeos realizados.

CARTA DE PLASTICIDAD - SONDEOS 100,0

Indice Plasticidad IP

90,0

CH

80,0 70,0 60,0

CL

50,0 40,0 30,0

MH

20,0 10,0

ML

0,0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Limite Liquido LL

Figura 6-1 Clasificación en la carta de plasticidad de Casagrande.

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6-1

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Sondeos mecánicos LL-LP-Wn (%) 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 1 2

Profundidad (m)

3 4 5 6 7 8 9 10 Limite Liquido

Limite Plastico

Humedad Natural

Figura 6-2 Variación de la humedad natural y los límites de consistencia en función de la profundidad.

6.1.2

Características Granulométricas:

Por la localización y profundidad de las perforaciones se realiza un análisis de los resultados de la granulometría para los materiales presentes en el sitio, de manera general en la figura siguiente se presenta los contenidos de gravas, arenas y finos para la totalidad del área de estudio. Sondeos Mecánicos Granulometria (%)

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

1

2

Profundidad (m)

3

4

5

6

7

8

9

10 % GRAVAS

%ARENAS

%FINOS

Figura 6-3 Variación del contenido de gravas, arenas y finos en función de la profundidad.

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6-2

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Se observa que prevalece el contenido de material fino de arcilla y limo desde los ceros a los 10m con valores que van desde el 26% al 89%. Para el caso de las gravas estas aumentan y disminuyen con la profundidad con un valor promedio de 17%, y finalmente las arenas aumentan con la profundidad desde un 11% a los 0.8m hasta un 43% a los 6.30m, después de los 6m disminuye al 14%. 6.1.3

Resistencia a la compresión

Para el sitio de estudio se realizaron varios ensayos de laboratorio de compresión inconfinada en los materiales finos. Mediante el uso de correlaciones con el ensayo de campo SPT, se determinó los valores aproximados de compresión inconfinada de los materiales a los cuales no fue posible la extracción de muestras para ensayos de laboratorio. Para arcillas se utilizó la siguiente ecuación: _ qu(T/m2)=0.88Ncorregido En la Figura 6-4, se puede apreciar las variaciones de la resistencia a la compresión para los diferentes estratos del área de estudio, de donde se concluye que el valor máximo de resistencia alcanza las 37Ton/ m2 y se presenta a los 8m. La tendencia es de aumento con la profundidad relacionado con el grado de consolidación y meteorización. qu (Ton/m2) 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

1

2

Profundidad (m)

3

4

5

6

7

8

9

10 qu vs PROFUNDIDAD

Figura 6-4 Variación de la resistencia a la compresión con la profundidad.

6.1.4

Variación del N de campo con la profundidad

En la Figura 6-5, se puede apreciar las variaciones del N de campo (Golpes/pie) con la profundidad para la zona de estudio, en donde la tendencia es de aumento de manera logarítmica con valores desde 5 a 48 Golpes/pie. Es evidente que a mayor profundidad se presentan los materiales más competentes debido a su alto grado de consolidación y menor proceso de meteorización.

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6-3

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Figura 6-5 Variación del Ncampo con la profundidad.

6.1.5

Perfil Geotécnico Promedio

De acuerdo a los resultados obtenidos en la exploración del subsuelo, los ensayos de laboratorio y las observaciones de campo, se identifican 4 estratos y/o materiales con características diferentes en el sitio de estudio: Material 1. Limo café oscuro: Este material más superficial está compuesto por limos de color café oscuro de plasticidad baja a alta y consistencia de blanda. Se tiene la presencia de gravas de lutita, arenisca y arena de grano fino en la matriz. Corresponde a material residual de origen sedimentario. Tienen un espesor promedio de 1.1 m. Las propiedades físicas y mecánicas de este material son:    

Humedad natural (wn): 26%-36%, promedio 31.28% Limite Liquido (LL): 43% Limite Plástico (LP): 26% Composición granulométrica: Gravas: 14.6% Arenas: 11.44% Finos: 74%.

 

Peso unitario total (t): 1.73 Ton/m3 – 2.1 Ton/m3, promedio 1.95 Ton/m3. Resistencia a la compresión: 1.93 Ton/m2

Material 2. Arcilla de color gris y café: Se compone de un estrato de arcilla de baja plasticidad de consistencia media a firme de color café y gris con algunas gravas de lutita con varias oxidaciones y arena de grano fino. El espesor en promedio es de 5m. Las propiedades físicas y mecánicas de este material son:

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6-4

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   

Humedad natural (wn): 16.6% - 30%, promedio 24.7% Limite Liquido (LL): 35.8% - 43.9%, promedio 40.2% Limite Plástico (LP): 22.5% - 28.3%, promedio 25.6% Composición granulométrica: Gravas: 1.47% - 33.41%, promedio 17.4% Arenas: 9.47% - 15.74%, promedio 12.6% Finos: 50% - 89%, promedio 70%.

  

Peso unitario total (t): 2.0 Ton/m3 Peso unitario seco (d): 1.58 Ton/m3 Número de penetración estándar: 8 golpes/pie – 16 golpes/pie, promedio 12 golpes/pie Resistencia a la compresión inconfinada (qu): 10.5 Ton/m2

  Material 3. Depósito Residual de Lutita: Este depósito se compone de material residual de Lutita meteorizada, fracturada y diaclasada de color negro de consistencia media a dura con presencia de arena fina. Las propiedades físicas y mecánicas de este material son:    

Humedad natural (wn): 17.4% - 20.7%, promedio 18.45% Limite Liquido (LL): promedio 45.84% Limite Plástico (LP): promedio 22.55% Composición granulométrica: Gravas: 6.3% - 30.4%, promedio 18% Arenas: 14% - 43.7%, promedio 32.5% Finos: 25.9% - 79.6%, promedio 49.6%.

   

Peso unitario total (t): 1.97 Ton/m3 – 2.08 Ton/m3, promedio 2.02 Ton/m3. Peso unitario seco (d): 1.66 Ton/m3 – 1.76 Ton/m3, promedio 1.7 Ton/m3. Número de penetración estándar: 20 golpes/pie – 43 golpes/pie, promedio 33 golpes/pie Resistencia a la compresión inconfinada (qu): 17.6 Ton/m2 – 37 Ton/m2, promedio 29 Ton/m2.

Material 4. Roca de Lutita: Este estrato se compone de roca de lutita color negra muy dura: De acuerdo a las observaciones de campo, a los resultados de los ensayos de campo y laboratorio y a las apreciaciones hechas por parte del especialista en geotecnia se generó un perfil geotécnico promedio casi paralelos a la dirección del movimiento de la masa deslizada. En el Anexo C, se presenta los resultados de laboratorio de los ensayos programados y la tabla resumen. La sección geotécnica que se estableció se presenta en la Figura 6-6.

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6-5

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Sección geotécnica:

Figura 6-6 Sección Geotécnica

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6-6

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6.1.6

Parámetros Geomecánicos del Suelo

La determinación de los parámetros geomecánicos del suelo (cohesión c’ y ángulo de fricción ’) se realizó a partir de los resultados obtenidos en el ensayo de penetración estándar (SPT) de campo, de cono dinámico, compresión inconfinada y corte directo en laboratorio. Se determinó la equivalencia del cono dinámico con el ensayo SPT, para de esta manera corregir los datos como valores de SPT únicamente, teniendo en cuenta el confinamiento y la energía promedio aplicada, de acuerdo con la siguiente expresión:

N i'  C N * N * 1 * 2 * 3 * 4 En donde:

N’i

: Número de golpes corregido para un esfuerzo de confinamiento de 1 kg/cm2 y un determinado nivel de transmisión de energía

CN

: Factor de ajuste para tener en cuenta el nivel de confinamiento. El valor de CN Se evaluó de la siguiente manera:  '  C N 1 1.41 log  v   10   '  C N 1  0.92 log  v   10 

Para ’v < 1 Ton/m² Para ’v > 1 Ton/m²

C N  2

1

: Factor de corrección por caída del martillo. Se obtiene como la relación entre la energía impartida por el martillo a la parte superior del sistema de varillas y la energía teórica en caída libre. Las eficiencias medias son diferentes en cada país así, para Japón la eficiencia es del 72%, para USA del 60% y para Colombia del orden de 45%.

2

: Factor de corrección por longitud del sistema de varillas. Como las longitudes de varillaje fueron inferiores a 4.00 m, el factor de corrección varia de 0.75 a 1.0.

3

: Factor de corrección por presencia de revestimiento interno. Debido a que no se utilizó revestimiento, el factor de corrección es 1.0.

4

: Factor de corrección por diámetro de la perforación. Los diámetros de las perforaciones fueron inferiores a 12 cm, por lo cual el factor de corrección es 1.0

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6-7

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Para estimar los valores de ángulo de fricción equivalente (equiv), se utilizó la siguiente expresión:

 equiv  15  20.N 'i (Kishida) Con el valor de equiv se calcularon los parámetros de c’ y ’ para cada material, siguiendo la metodología propuesta por González A. J. (1999) que consiste en graficar puntos (v’, ) en planos Mohr-Coulomb, donde los coeficientes obtenidos en una regresión lineal, corresponden a los parámetros geomecánicos efectivos buscados. El esfuerzo efectivo vertical v’, se calcula como la diferencia entre el esfuerzo geoestático total y la presión de poros, y el esfuerzo cortante a la profundidad del ensayo, , se obtiene como el producto del esfuerzo efectivo vertical por la tangente del ángulo de fricción equivalente equiv. En el Anexo D, se presenta la tabla de corrección de los valores del Ncampo determinados en el ensayo de SPT. En las Figura 6-7 y Figura 6-8, se muestran las curvas de variacióntvs sv’ para los materiales M2 y M3 a partir del ensayo de campo SPT.

eq vs ´ Material 2 6,00

equivalente (Ton/m²)

5,00 4,00 3,00 2,00

y = 0,4711x + 0,1869 R² = 0,8977

1,00

Series1

Lineal (Series1)

0,00 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

´ (Ton/m²)

Figura 6-7 Grafica de evaluación de c y  a partir de los valores de N obtenidos en el ensayo de penetración estándar SPT, para el material M2.

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6-8

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eq vs ´ Material 3 12,00 y = 0,5035x + 1,2307 R² = 0,8928

equivalente (Ton/m²)

10,00 8,00 6,00 4,00 2,00

Series1

Lineal (Series1)

0,00 0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

´ (Ton/m²)

Figura 6-8 Grafica de evaluación de c y  a partir de los valores de N obtenidos en el ensayo de penetración estándar SPT, para el material M3. En las curvas realizadas para este material se aprecia un buen grado de correlación de la tendencia lineal, con un coeficiente de correlación del 90%. En la Tabla 6-1, se presentan los valores promedio de c y  obtenidos para cada material encontrados en la Subestación, mediante el ensayo de penetración estándar SPT, compresión inconfinada y corte directo Tabla 6-1 Valores de cohesión y ángulo de fricción obtenidos a partir del ensayo de campo y laboratorio

DESCRIPCIÓN Limo de color café oscuro de plasticidad baja a alta y consistencia de blanda.

Material 1

Arcilla de baja plasticidad de Material 2 consistencia media a firme de color café y gris con algunas gravas de lutita con varias oxidaciones y arena de grano fino Residual de Lutita meteorizada, Material 3 fracturada y diaclasada de color negro

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Peso Unitario. (Ton/m2) 1.77

 (⁰)

C (CU) (Ton/m2)

Ensayo

13.4

2.4

CD

1.98

0

19.3

CI

2.0

25.2

2.02 1.98 2

24.56 25.6 25.6

SPT

1.82 0 2.1

SPT CD CD

6-9

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Según las propiedades de resistencia y deformabilidad determinadas para los materiales existentes en la zona que componen el perfil estratigráfico, se concluye que para cualquier tipo de cimentación superficial propuesta, no se presentarán problemas de capacidad portante y los asentamientos serian mínimos teniendo en cuenta que las cargas del proyecto son relativamente bajas. Sin embargo como se tiene la presencia de suelos inestables la estructura propuesta debe ser diseñada, para que se desplace de igual manera forma que la masa deslizada.

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6-10

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7

CONCEPTOS DEL ESTUDIO Y RECOMENDACIONES

Con base en los resultados de ensayos de campo y laboratorio, de los recorridos de campo, de la información suministrada por CODENSA y del monitoreo que se ha ejecutado hasta el momento, en el sitio de estudio se tiene la presencia de un movimiento tipo reptación, involucrando el material que compone los primeros 6m del perfil estratigráfico presente en la zona. Este material consiste básicamente en limos y arcillas de plasticidad baja a alta, de consistencia baja a media, con presencia de arena fina y fragmentos de lutita meteorizada y fracturada. Según la topografía suministrada y lo observado en campo, se puede evidenciar que la longitud y ancho de la masa inestable son de unos 800 y 200m respectivamente; por lo tanto el volumen de material desplazado es significativo, y cualquier obra que se plantee realizar no controlaría el avance del movimiento. Las lecturas del monitoreo geotécnico de los inclinómetros instalados indican que en los primeros 6m de profundidad el desplazamiento de la masa inestable ha sido del orden de 1mm en un periodo de 27 días; si se mantuviera la tendencia de movimiento en un año se tendría valores de desplazamiento de 1.5cm y para 10 años de alrededor de 15cm. Por otro lado, la velocidad del desplazamiento alcanza un valor hasta de 0.04mm/día. Si la taza de movimiento mantuviera el mismo comportamiento, en un año se tendría alrededor de 1.5cm de desplazamiento. Lo anterior indica que el movimiento es lento, pero se mantiene con el tiempo. Teniendo en cuenta lo dicho anteriormente, el diseño de la cimentación recomendada por la Unión Temporal AC&JM, que consiste en pilotes pre-excavados de concreto de 10m de longitud y 0.80m de diámetro, empotrados alrededor de 4m en material competente (de los 6 a 10m), y una placa aligerada en concreto, no presentarían un comportamiento adecuado para el tipo de fenómeno existente en la zona. Debido a las dimensiones, espesor y velocidad de la masa inestable, los pilotes estarían sujetos a grandes esfuerzos cortantes y empujes laterales, que con el transcurso del tiempo ocasionarían la falla de los elementos estructurales. Al producirse grandes esfuerzos y deformaciones en la cimentación, ocasionarían que la superestructura se vea afectada con la aparición de grietas y fisuras en el piso, muros de mampostería y cubierta, debido a momentos y cortantes actuantes transmitidos por la cimentación. Para minimizar los problemas producidos por el fenómeno de remoción en masa, se debe pensar en la implementación de obras cuyo fin no sea contrarrestar o luchar con el movimiento sino por el contrario, se acople a las condiciones presentadas en el terreno. Se recomienda el diseño y construcción de pilotes en concreto pre-excavados de máximo 4m de longitud, y diámetro entre 20 y 30cm, dejándolos hundidos 1m por debajo del nivel del terreno. Luego se debe excavar desde la superficie actual del terreno el primer metro de profundidad en el área proyectada para la reubicación de la casa de control, retirando el material existente y colocando una capa de recebo de 0.3m de espesor compactado en capas no mayores de 0.2m al 95% del proctor modificado. Sobre el recebo compactado y nivelado, se apoyará la placa aligerada de cimentación la cual debe ser de 0.7m de espesor para facilitar la unión pilote placa y para el manejo de los cables necesarios de las instalaciones eléctricas. Durante el diseño estructural y construcción de las obras, se debe garantizar que la estructura sea bastante rígida y presente un comportamiento monolítico y uniforme de todos los elementos estructurales.

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7-1

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Lo que se busca con la cimentación recomendada es que toda la estructura se comporte como un cuerpo rígido flotando sobre la masa en movimiento, los pilotes cumplirían la función de evitar asentamientos diferenciales y la transmisión de cargas, y la placa de cimentación servirá para que la superestructura quede aislada del movimiento. En la Figura 7-1, se presenta esquemáticamente la solución planteada para la cimentación.

Masa deslizada

Placa de cimentación

Relleno de Recebo

Pilote

Figura 7-1 Localización pilotes, recebo y placa de cimentación. Debido a que se reduce el diámetro y la longitud de los pilotes, se debe aumentar el número de los 8 considerados inicialmente a 15 pilotes; la distribución de los pilotes considerados inicialmente se debe mantener y los adicionales se deben ubicar de acuerdo como se muestra en la Figura 7-2 o como lo considere el diseñador estructural.

Pilotes Propuestos

Figura 7-2 Localización pilotes en planta

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7-2

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Como recomendación del especialista en estructuras, se debe diseñar y construir las placas de cimentación para la casa de control y para la torre metálica de manera independiente, ya que ambas estructuras presentarán un comportamiento diferente por el tipo y magnitud de las cargas a soportar. Las placas deberán estar separadas por una junta de dilatación. Debe considerarse en cada caso que el centro de gravedad de las cargas coincida con el centro del área de cada placa para evitar asentamientos diferenciales debidos a las obras.

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7-3

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ANEXO A

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7-4

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ANEXO B

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7-5

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ANEXO C

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7-6

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ANEXO D

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7-7