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ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA OBRAS DE TERRAPLENES DE ACCESO Y CIMENTACION DE SUBESTRUCTURA DE LA OBRA
DE CRUCE EN LA VIA DE ACCESO ENTRE CARAMELO 3 Y CARAMELO 3H
CONSULTOR
BOGOT, D.C., JUNIO DE 2015
CONSULTORA PARA LA ELABORACIN DE LOS ESTUDIOS Y DISEO DE LA OBRA DE CRUCE QUEBRADA SECA CON LA VA CARAMELO EN
EL MUNICIPIO DE AGUACHICA, CESAR.
ALTERNATIVAS DE ESTABILIZACION Y CIMENTACION
1
TABLA DE CONTENIDO
ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA OBRAS DE TERRAPLENES DE ACCESO Y CIMENTACION DE SUBESTRUCTURA DE LA OBRA DE CRUCE EN LA VIA DE ACCESO ENTRE CARAMELO 3 Y CARAMELO 3H ........................................................ 3
1. INTRODUCCION ................................................................................................... 3 2. ALTERNATIVAS PARA OBRAS DE TERRAPLENES DE ACCESO Y ESTABILIZACION MARGEN DEL CAO. ...................................................................... 3 3. ALTERNATIVAS DE CIMENTACION SUBESTRUCTURA ..................................... 7 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 12
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EL MUNICIPIO DE AGUACHICA, CESAR.
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LISTADO DE FIGURAS
FIGURA 1- 1. ALTERNATIVA 1 ................................................................................................ 4 FIGURA 1- 2. ALTERNATIVA 2 ................................................................................................ 5 FIGURA 1- 3. ALTERNATIVA 3 ................................................................................................ 6
CONSULTORA PARA LA ELABORACIN DE LOS ESTUDIOS Y DISEO DE LA OBRA DE CRUCE QUEBRADA SECA CON LA VA CARAMELO EN
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ALTERNATIVAS DE ESTABILIZACION Y CIMENTACION
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ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA OBRAS DE TERRAPLENES DE ACCESO Y CIMENTACION DE
SUBESTRUCTURA DE LA OBRA DE CRUCE EN LA VIA DE ACCESO ENTRE CARAMELO 3 Y CARAMELO 3H
1. INTRODUCCION A continuacin se presenta a manera conceptual las alternativas de obras para
terraplenes de acceso y estabilizacin del margen del cao y alternativas de cimentacin
para subestructura en la va de acceso a la altura del cruce con la Quebrada Seca, en
donde se observa que el alineamiento de la va es paralelo en un longitud de 40 m a dos
corrientes de agua, por lo que se hace necesario revisar tres (3) alternativas para la
estabilizacin geotcnica de la va de acceso a la locacin Caramelo 3H.
2. ALTERNATIVAS PARA OBRAS DE TERRAPLENES DE ACCESO Y ESTABILIZACION MARGEN DEL CAO.
Se proponen para el estudio de la va de acceso tres (3) alternativas que se definen a
continuacin:
- Alternativa 1. Muro de gaviones
Consiste en la construccin de dos muros de gavin de 3 m de altura cada uno,
los cuales estarn cimentados a 1.0 m por debajo del nivel actual del terreno, de
acuerdo con el estudio de suelos a esta profundidad se encuentra una arena
arcillosa de compacidad media (Nstp = 11 golpes/pie). El objetivo de los muros es
el de confinar el relleno que servir de acceso hasta el sitio de cruce con la
quebrada Seca, en donde se proyecta la instalacin de un puente.
La longitud del muro 1 (costado derecho en direccin a Caramelo 3H) es de 16 m
y la del muro 2 (costado izquierdo) es de 58 m, la razn de este ltimo muro es
proteger en su totalidad la va en la margen derecha de la quebrada Seca, la cual
presenta en pocas de lluvias crecientes importantes. En la corona de los muros el
ancho de va que se alcanza es de 4.5 m.
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Como medida de proteccin adicional se propone la instalacin de colchoneta reno
en los sitios donde se observa que las lneas de corriente de la quebrada producen
socavacin, la cual puede influir desfavorablemente en la estabilidad de la va de
acceso. En la Figura 4-1 se ilustra la seccin A-A con la implantacin de las obras
propuestas para la alternativa 1.
Figura 1- 1. Alternativa 1
PRESUPUESTO PRELIMINAR
tem Descripcin Unidad Cantidad Valor unitario Valor total
1 Excavacin mecnica m3 377 $ 14,000 $ 5,278,000
2 Muro de gavin 2x1x1 m3 370 $ 250,000 $ 92,500,000
3 Colchoneta reno 4x2x0.3 m3 56 $ 300,000 $ 16,650,000
4 Geotextil NT 1600 m2 553 $ 7,200 $ 3,982,680
5 Relleno con material granular m3 490 $ 42,000 $ 20,584,200
Costo total $ 138,994,880
- Alternativa 2. Pantalla de pilotes
Para esta alternativa se consider la instalacin de pantallas de pilotes hincados
de dimetro =18 pulgadas (0.45 m) y longitud 4.0 m, de los cuales 2.0 m
quedaran empotrados en la arena arcillosa de compacidad media, la separacin
entre pilotes en cada pantalla ser de 1.5 m, para sostener el material de relleno
entre pilotes se propone la instalacin de malla electrosoldada y geotextil no tejido
NT 2000.
X X
X
X
X
X X
X X
X
X
X
X X
XX
X X
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XX
X X X X X X X X X
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XX
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XX
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XX
XX
XX
XX
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X
70.00
80.00
0.00 40.00
XX
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X X X XX
X
X
X
X
X
X
X
X
X X XX X X
X X X X X X X
X
X
X
X X X X X X X XX
X
XX X
XX X
X XX X
X XX X
10.00 20.00 30.00
75.00
SECCION A-A'
70.00
80.00
75.00
CO
TA
(M
SN
M)
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De igual manera que en la alternativa 1 se recomienda la instalacin de la
colchoneta reno en las mrgenes de la quebrada. En la Figura 4-2 se muestra el
esquema conceptual de la obra.
Figura 1- 2. Alternativa 2
PRESUPUESTO PRELIMINAR
tem Descripcin Unidad Cantidad Valor
unitario Valor total
1 Pilotes metlicos dimetro 0.18 m y longitud 4 m ml 215 $ 205,000 $ 44,075,000
2 Instalacin de pilotes ml 215 $ 55,000 $ 11,825,000
3 Malla electrosoldada de 15 cm x 15 cm m2 170 $ 10,800 $ 1,838,160
4 Geotextil NT 1800 m2 170 $ 9,800 $ 1,667,960
5 Relleno con material granular m3 464 $ 42,000 $ 19,488,000
6 Colchoneta reno 4x2x0.3 m3 56 $ 300,000 $ 16,650,000
7 Geotextil NT 1600 m2 213 $ 7,200 $ 1,531,800
Costo total $ 97,075,920
- Alternativa 3. Muro reforzado con geotextil
La alternativa 3 consiste en la construccin de un muro reforzado con geotextil de
3.0 m de altura y 40 m de longitud, cimentado a 1.0 m de profundidad, la base del
muro ser de 5.0 m y en la parte superior se contar con 4.0 m de ancho para la
va de acceso. El muro est conformado por capas de geotextil tejido T3000
espaciadas 0.50 m en la vertical, el objetivo del muro con geotextil es el confinar
0.00 40.00
XX
XX
X
X X X XX
X
X
X
X
X
X
X
X
X X XX X X
X X X X X X X
X
X
X
X X X X X X X XX
X
X XX X
X XX X
X X XX X
X
10.00 20.00 30.0070.00
80.00
75.00
70.00
80.00
75.00
CO
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(M
SN
M)
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ALTERNATIVAS DE ESTABILIZACION Y CIMENTACION
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los materiales de relleno de la va. En la Figura 4-3 se presenta el esquema
conceptual de la alternativa 3.
De igual manera que en la alternativa 1 se recomienda la instalacin de la
colchoneta reno en las mrgenes de la quebrada.
Figura 1- 3. Alternativa 3
PRESUPUESTO PRELIMINAR
tem Descripcin Unidad Cantidad Valor unitario Valor total
1 Instalacin de geotextil T 3000 m2 3468 $ 10,800 $ 37,458,720
2 Relleno con material granular m2 900 $ 42,000 $ 37,818,900
3 Colchoneta reno 4x2x0.3 m3 56 $ 300,000 $ 16,650,000
4 Geotextil NT 1600 m2 213 $ 7,200 $ 1,531,800
Costo total $ 93,459,420
20.00 30.000.00 40.00
XX
XX
X
X X X XX
X
X
X
X
X
X
X
X
X X XX X X
X X X X X X X
X
X
X
X X X X X X X XX
X
X XX X
X XX X
X XX X X
X
10.00
SECCION A-A'
70.00
80.00
75.00
70.00
80.00
75.00
CO
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(M
SN
M)
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ALTERNATIVAS DE ESTABILIZACION Y CIMENTACION
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3. ALTERNATIVAS DE CIMENTACION SUBESTRUCTURA
Se proponen tres (3) alternativas que se definen a continuacin:
- Alternativa 1. Cimentacin profunda a 7.0 metros de profundidad
Se recomend cimentar con cimentacin profunda conformada principalmente por zapatas hasta 2.0 metros de profundidad y apoyadas sobre pilotes de 16 o 18 pulgadas de dimetro y 5.0 metros de longitud. El sistema de cimentacin profunda que se sugiere es el de pilotes. Los pilotes pueden ser hincados pre-excavados. Se recomienda en este caso pre-excavados. Los pilote deben quedar desplantados al menos a 7.00 metros para que queden enterrados
en una grava arcillosa mal gradada color gris caf, de consistencia dura, de tal manera que
se obtengan capacidad de carga aceptables y superen la cota mxima de socavacin
planteada en el estudio Hidrolgico e Hidrulico. La separacin mnima entre ejes de pilotes
es de 3.0 veces su dimetro. El nmero de pilotes depender de su dimetro que se
relaciona con la capacidad de carga y deber ser el suficiente para resistir las cargas
provenientes de la estructura.
A continuacin se presenta un presupuesto preliminar del costo total de puente con la
alternativa de cimentacin propuesta.
PRESUPUESTO PRELIMINAR
tem Descripcin Unidad Cantidad Valor Unitario Valor Total
1 Excavaciones varias en material comn bajo agua
m3 108.24 $ 37,620.00 $ 4,071,988.80
2 Relleno con material del sitio compactado mecnicamente
m3 86.59 $ 16,804.70 $ 1,455,152.58
3 Relleno para estructuras m3 31.73 $ 73,774.80 $ 2,340,726.85
4 Base concreto pobre e=0.05m m2 54.12 $ 19,890.20 $ 1,076,457.62
5 Concreto resistencia 21 Mpa m3 63.46 $ 431,484.90 $ 27,380,305.81
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Pilote de concreto fundido in situ (D=18'', L=5m, 24un Incluye Perforacin, Bentonita, Concreto, Acero de refuerzo)
ml 120 $ 400,000.00 $ 48,000,000.00
7
Placa o losa Concreto resistencia 3000 psi (Metaldeck-Puentes) (e=0.1m, MD2'' cal 22)
m2 60 $ 182,544.34 $ 10,952,660.40
8 Acero de refuerzo fy=420 Mpa kg 6288.82 $ 8,495.30 $ 53,425,441.09
9 Fabricacin, montaje y transporte de la estructura metlica
kg 7241.86 $ 18,106.00 $ 131,121,117.16
11 Apoyo elastmero un 4 $ 446,570.30 $ 1,786,281.20
12 Barandas metlicas tubo galvanizado 4''
ml 30 $ 264,682.00 $ 7,940,460.00
Total Costo directo $ 289,550,591.53
AIU (25%) $ 72,387,647.88
Total Costo $ 361,938,239.41
- Alternativa 2. Cimentacin superficial a 2.0 metros de profundidad.
Se puede fundar la estructura con una zapata o zarpa de cimentacin a 2.0 metros de profundidad de profundidad por debajo del nivel actual del terreno, quedando apoyadas en suelo compuesto por arenas o gravas arcillosas, color caf y consistencia densa.
Se determin, mediante el software LoadCap versin 8.0.0 de GeoStru, que la capacidad admisible para la cimentacin propuesta (zapatas de cimentacin), puede tomarse para B = 2.00 m de qa = 165.14 KN/m. Para ste valor de capacidades portantes se obtienen asentamientos inmediatos y asentamientos por consolidacin menores a una pulgada.
Este tipo de cimentacin se puede utilizar con la limitante que el nivel de socavacin es de
3.50 metros en el evento ms extremo para un periodo de retorno de 10 aos. Debido a lo
anterior si se cimienta a esta profundidad cuando este evento ocurra la estructura
colapsar, por lo cual y teniendo en cuenta que no se sabe cundo ocurrir dicho evento,
tcnicamente no se recomienda este tipo de cimentacin.
A continuacin se presenta un presupuesto preliminar del costo total de puente con la
alternativa de cimentacin propuesta.
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PRESUPUESTO PRELIMINAR
tem Descripcin Unidad Cantidad Valor Unitario Valor Total
1 Excavaciones varias en material comn bajo agua
m3 108.24 $ 37,620.00 $ 4,071,988.80
2 Relleno con material del sitio compactado mecnicamente
m3 86.59 $ 16,804.70 $ 1,455,152.58
3 Relleno para estructuras m3 31.73 $ 73,774.80 $ 2,340,726.85
4 Base concreto pobre e=0.05m m2 54.12 $ 19,890.20 $ 1,076,457.62
5 Concreto resistencia 21 Mpa m3 63.46 $ 431,484.90 $ 27,380,305.81
6
Placa o losa Concreto resistencia 3000 psi (Metaldeck-Puentes) (e=0.1m, MD2'' cal 22)
m2 60 $ 182,544.34 $ 10,952,660.40
7 Acero de refuerzo fy=420 Mpa kg 4252.66 $ 8,495.30 $ 36,127,651.04
8 Fabricacin, montaje y transporte de la estructura metlica
kg 7241.86 $ 18,106.00 $ 131,121,117.16
10 Apoyo elastmero un 4 $ 446,570.30 $ 1,786,281.20
11 Barandas metlicas tubo galvanizado 4''
ml 30 $ 264,682.00 $ 7,940,460.00
Total Costo directo $ 224,252,801.48
AIU (25%) $ 56,063,200.37
Total Costo $ 280,316,001.85
- Alternativa 3. Cimentacin superficial a 3.50 metros de profundidad.
Se puede fundar la estructura con una zapata o zarpa de cimentacin a 3.50 metros de profundidad, quedando apoyadas en suelo compuesto por gravas arcillosas o arcillas, color caf y gris claro, consistencia muy densa y dura.
Se determin, mediante el software LoadCap versin 8.0.0 de GeoStru, que la capacidad admisible para la cimentacin propuesta (zapatas de cimentacin), puede tomarse para B = 2.00 m de qa = 254.63 KN/m. Para ste valor de capacidades portantes se obtienen asentamientos inmediatos y asentamientos por consolidacin menores a una pulgada.
Este tipo de cimentacin se puede utilizar con la limitante que el nivel fretico est
superficial y en el perfil de suelos se encuentran estratos granulares, lo cual para la
construccin representara una dificultad y durante el proceso de excavacin se tiene que
tener especial cuidado en la contencin con dichos estratos granulares y se debe
implementar un sistema de bombeo eficiente que garantice el completo desalojo del agua.
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Por lo anterior tcnicamente se recomienda este tipo de cimentacin porque se cumple con
la profundidad mnima de socavacin recomendada en el estudio de hidrologa e hidrulica.
A continuacin se presenta un presupuesto preliminar del costo total de puente con la
alternativa de cimentacin propuesta.
PRESUPUESTO PRELIMINAR
tem Descripcin Unidad Cantidad Valor Unitario Valor Total
1 Excavaciones varias en material comn bajo agua
m3 231 $ 37,620.00 $ 8,690,220.00
2 Relleno con material del sitio compactado mecnicamente
m3 184.80 $ 16,804.70 $ 3,105,508.56
3 Base concreto pobre e=0.05m m2 54.12 $ 19,890.20 $ 1,076,457.62
4 Concreto resistencia 21 Mpa m3 90.84 $ 431,484.90 $ 39,196,088.32
6
Placa o losa Concreto resistencia 3000 psi (Metaldeck-Puentes) (e=0.1m, MD2'' cal 22)
m2 60 $ 182,544.34 $ 10,952,660.40
7 Acero de refuerzo fy=420 Mpa kg 5792.06 $ 8,495.30 $ 49,205,314.50
8 Fabricacin, montaje y transporte de la estructura metlica
kg 7241.86 $ 18,106.00 $ 131,121,117.16
10 Apoyo elastmero un 4 $ 446,570.30 $ 1,786,281.20
11 Barandas metlicas tubo galvanizado 4''
ml 30 $ 264,682.00 $ 7,940,460.00
Total Costo directo $ 253,074,107.76
AIU (25%) $ 63,268,526.94
Total Costo $ 316,342,634.70
- Alternativa 4. Cimentacin superficial a 2.00 metros de profundidad y pozo
de cimentacin a 3.50m.
Se puede fundar la estructura con una zapata o zarpa de cimentacin a 2.00 metros de profundidad y apoyada sobre un pozo de cimentacin hasta los 3.50 metros de profundidad por debajo del nivel actual del terreno, quedando apoyadas en suelo compuesto por gravas arcillosas o arcillas, color caf y gris claro, consistencia muy densa y dura.
Se determin, mediante el software LoadCap versin 8.0.0 de GeoStru, que la capacidad admisible para la cimentacin propuesta (zapatas de cimentacin), puede tomarse para
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ALTERNATIVAS DE ESTABILIZACION Y CIMENTACION
11
B = 2.00 m de qa = 254.63 KN/m. Para ste valor de capacidades portantes se obtienen asentamientos inmediatos y asentamientos por consolidacin menores a una pulgada.
Este tipo de cimentacin se puede utilizar con la limitante que el nivel fretico est
superficial y en el perfil de suelos se encuentran estratos granulares, lo cual para la
construccin representara una dificultad y durante el proceso de excavacin se tiene que
tener especial cuidado en la contencin con dichos estratos granulares y se debe
implementar un sistema de bombeo eficiente que garantice el completo desalojo del agua.
Por lo anterior tcnicamente se recomienda este tipo de cimentacin porque se cumple con
la profundidad mnima de socavacin recomendada en el estudio de hidrologa e hidrulica.
A continuacin se presenta un presupuesto preliminar del costo total de puente con la
alternativa de cimentacin propuesta.
PRESUPUESTO PRELIMINAR
tem Descripcin Unidad Cantidad Valor Unitario Valor Total
1 Excavaciones varias en material comn bajo agua
m3 189.42 $ 37,620.00 $ 7,125,980.40
2 Relleno con material del sitio compactado mecnicamente
m3 118.32 $ 16,804.70 $ 1,988,332.10
3 Pozo de cimentacin (concreto ciclpeo para bases 2500psi 40% rajn)
m3 67.65 $ 336,086.30 $ 22,736,238.20
4 Concreto resistencia 21 Mpa m3 63.46 $ 431,484.90 $ 27,380,305.81
5
Placa o losa Concreto resistencia 3000 psi (Metaldeck-Puentes) (e=0.1m, MD2'' cal 22)
m2 60 $ 182,544.34 $ 10,952,660.40
6 Acero de refuerzo fy=420 Mpa kg 4252.66 $ 8,495.30 $ 36,127,651.04
7 Fabricacin, montaje y transporte de la estructura metlica
kg 7241.86 $ 18,106.00 $ 131,121,117.16
8 Apoyo elastmero un 4 $ 446,570.30 $ 1,786,281.20
9 Barandas metlicas tubo galvanizado 4''
ml 30 $ 264,682.00 $ 7,940,460.00
Total Costo directo $ 247,159,026.32
AIU (25%) $ 61,789,756.58
Total Costo $ 308,948,782.89
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ALTERNATIVAS DE ESTABILIZACION Y CIMENTACION
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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para la alternativa de obras de terraplenes de acceso se recomienda la alternativa
3 que consiste en un muro reforzado con geotextil, y se selecciona porque es la
alternativa de menor costo y menor tiempo de ejecucin en obra y no requiere el
uso de equipo especial.
Para la cimentacin de la subestructura del puente se recomienda la alternativa 4,
se selecciona por ser la segunda ms econmica y se est cimentando la
estructura hasta una profundidad de 3.50m para garantizar la estabilidad en caso
de que exista la probabilidad de que se alcance la socavacin a dicha profundidad
en un periodo menor a 10 aos.
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