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• Condiciones In situ

Permiten establecer las condiciones geostáticas del suelo natural, representandocondiciones de frontera y caraderísticas de los materiales fundamentales para el diseño.Se determinó la humedad natural y el peso unitario.

Estas pruebas junto con las de clasificación, permiten establecer una primeraaproximación del comportamiento mecánico de los materiales encontrados.

• Resistencia al corte

Los valores de resistencia al corte han sido establecidos con base en los ensayos decompresión inconfinada y de corte directo adelantados sobre las muestras inalteradas quefueron recuperadas durante el proceso de exploración, adicionalmente, estos resultadoshan sido integrados con los valores obtenidos del ensayo de veleta de campo.

En aquellos materiales en donde no fue factible la recuperación de muestras inalteradas ola ejecución del ensayo de veleta de campo, debido a la presencia de materialesgranulares o a la consistencia media a muy firme de los estratos cohesivos, se procedió ala ejecución del ensayo de penetración estándar (SPT) con el fin de correlacionarlo conparámetros de resistencia al corte no drenado. Estos parámetros, fueron establecidos conbase en el valor promedio de la correlación del SPT (Ensayo de Penetración Estándar)propuesta por Sfroud and Butler (1974).

En el anexo B de ensayos de laboratorio, se presentan los resultados de los ensayos delaboratorio efectuados.

6. PERFIL ESTRATIGRÁFICO PROMEDIO

A partir de la descripción visual de los materiales que conforman el subsuelo, los ensayosde campo ejecutados y los resultados de los ensayos de laboratorio, se procedió a ladescripción de los materiales que conforman el perfil estratigráfico, para lo cual se hanconsignado las propiedades geomecánicas de los estratos encontrados con laprofundidad.

De la perforación realizada y los resultados de los ensayos de campo y laboratorioejecutados, se identificaron dos (2) tipos principales de materiales en el subsuelo, loscuales se describen a continuación:

Material 1. Arenas limosas, mezclas de arena y limo mal gradadas (SM).

Entre los 1,0 y 2,Omde profundidad se encuentran materiales de relleno con presencia deladrillos y recebo, caracterizado por una humedad natural de 14,74%, un porcentaje definos de 36,4%, de arenas del 47,9% y de gravas 15,7%. Resistencia al ensayo depenetración estándar de 17 golpes/pie.

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Material 2. Arcillas orgánicas de plasticidad media a (OH).

De los 2,0 a 2,5m se presentan limos arcillosos con rastros de materia orgánica, ya partirde los 4,Om un limo arcilloso de color gris verdoso. Este material se caracteriza por unahumedad natural variable entre 100 y 140%. Límite Líquido entre 149,0 y 181,0% Y límiteplástico de 75%. Resistencia al ensayo de penetración estándar variable entre 1 y 4golpes/pi®.

El nivel freático fue detectado a una profundidad promedio de 1,30m.

7. ANÁLISIS GEOTÉCNICO

7.1. Sistema de Cimentación

Como sistema de cimentación para el box, dadas las características de resistencia,compresibilidad del subsuelo, así como el reducido espacio para la construcción de laestructura y la funcionalidad de la misma, se optó por analizar una alternativa decimentación consistente en una placa de concreto reforzado apoyada directamente sobreel terreno natural.

Se presentan a continuación las hipótesis y la metodología de análisis adoptadas para larealización de los análisis de estabilidad y deformación correspondientes.

7.1.1. Análisis de Estabilidad

La determinación de la capacidad portante última y de seguridad se realizó empleando lateoría de capacidad portante propuesta por Terzaghi (1947), empleando los factores decorrección por forma y profundidad del cimiento, propuestos por Meyerhof (1974) yHansen (1976).

El análisis se realizó para ancho de placa de 5,Omy una profundidad de apoyo de 5,Om.Los parámetros de resistencia empleados se presentan en la siguiente tabla:

Tabla No. 2. Parámetros de Resistencia empleados en el análisis de capacidad parlante

Se encontró que la capacidad portante de seguridad de la placa es de 7,60 tlm2 para lageometría descrita, teniendo en cuenta el aporte generado por el alivio de la excavación.Los resultados de los análisis se presentan en el Anexo A de memorias de cálculo delpresente informe.

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7.1.2. Análisis de Deformación

Los análisis de asentamientos probables para el esfuerzo transmitido por el box peatonal,fueron realizados mediante expresiones de la teoría elástica y la teoría de laconsolidación.

Los módulos de elasticidad de los materiales para el análisis de asentamientos han sidoestablecidos con base en las correlaciones propuestas por Bowles (1982) y el U.S.Department of the Navy (1982). En la siguiente tabla, se presentan los parámetrosempleados para este análisis.

Tabla No. 3. Parámetros de Rigidez empleados en el análisis de deformación

Con base en lo anterior se encontró que los asentamientos esperados en la placa decimentación para el esfuerzo neto transmitido por la estructura son del orden de 1,10cm,no obstante teniendo en cuenta la tendencia del terreno debido a los procesos delevantamiento de fondo, los asentamientos pueden considerarse mínimos.

Se realizó también un análisis de la posible expansión del fondo de la excavación a cortodado el alivio de esfuerzos producido por la misma. Se encontró que el rebote elásticoprobable en el centro de la excavación es máximo de 7,Ocm.

7.1.3. Coeficiente de Reacción de la Subrasante Ks

Con base en los resultados obtenidos en los análisis de asentamientos y considerando lapresión de contacto transmitida al sistema de cimentación, se ha calculado el coeficientede reacción vertical (Kv) requerido para la ejecución de los análisis y diseños estructuralesdel proyecto, obteniendo como resultado un valor de 320 tlm3

.

7.2. Excavaciones Box Peatonal

De acuerdo con el análisis de la información existente e investigación del subsuelo, seprocedió a establecer un modelo geotécnico con la geometría presentada en la figuraNO.1j que representa las condiciones de sblelo presentes alrededor de la estructura delbox en el terreno. Para la modelación del comportamiento de la estructura y los análisisde los esfuerzos y deformaciones durante las etapas de construcción, se empleó laherramienta PLAXIS V.8 con un modelo de deformación plana.

Haciendo uso de las facilidades computacionales de la citada herramienta, fue elaboradoun modelo discretizado mediante elementos de 15 nodos. El cálculo fue efectuadomodelando las etapas constructivas mediante la eliminación de clusters, simulando lasetapas de excavación y apuntalamiento en forma independiente pero sucesiva. Con base

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en lo anterior,fueron extraídas las gráficas resultantes de esfuerzos y deformacionessobre la pantalla mediante un elemento tipo diafragma.

En la modelación de las pantallas se emplearon elementos tipo vigas en concretoreforzado con módulo de elasticidad de 200.000 Mpa y una relación de Poisson de 0,15de acuerdo con el inciso C.8.5.5 de la Nonna Sismo Resistente NSR-98.

7.2.1. Análisis Geotécnicos Excavaciones

Las etapas de construcción fueron modeladas empleando el modelo Mohr-Coulomb delprograma Plaxis. Las etapas modeladas se presentan a continuación:

1. Construcción de las pantallaS pre-excavadas a una profundidad de 7,50m,construcción de las vigas superiores máximo cada 5,Om y excavación a 5,Om deprofundidad. Se asume que las vigas serán fundidas con las pantallas. En esta etapase asumió una sobrecarga de 1,40 tlm2•

Para la ejecución de los análisis a continuación se ha trabajado con un espesor depantalla de O,40m, no obstante, este deberá tomarse como un valor de referencia, enrazón a que el espesor final de las pantallas será evaluado y definido por el Ingenierodel área estructural.

En las figuras Nos. 4, 5 Y6 se presenta el esquema de los desplazamientos totales enla zona alrededor de la estructura, los diagramas de momento flector y esfuerzocortante, así como los diagramas de esfuerzos efectivos en las pantallas.

Figura No. 4. Excavación con pantallas instaladas y puntal superior.

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Figura No. 6.: Excavación con pantallas instaladas y puntal superior. Diagrama de cortante,diafTBlTla de momentos y desplazamientos horizontales en la Pantalla.

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Figura No. 5.: Diagama de esfuerzos efectivos en las pantallas

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En la siguiente tabla se presenta el resumen de los resultados de la etapa No 1.

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Momento máximo en las pantallas 203,04 kN*m/mFuerza Cortante máxima en las pantallas 109,04 kN*m

Desplazamiento horizontal máximo en las pantallas 0,040 mFactor de seguridad 1,50

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Tabla No. 4. Resultados de la modelación de la etapa No 1

2. Construcción de la placa de fondo. Los resultados de los análisis se presentan acontinuación en las figuras Nos. 7, 8 Y 9.

Figura No. 7.: Excavación con pantallas instaladas con puntal superior e inferior.

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Figura No. 9. Excavación con pantallas instaladas con puntal superior e inferior. Diagramas deesfuerzo corlante, de momento f/ector y desplazamientos horizontales en /as pantallas

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En la tabla a continuación se presenta el resumen de los resultados de la etapa No 2.

- - - "- .- - - - - ~--~~ ~.'- -._- ~ -Momento máximo.en las pantallas 202,97 kN*m/m

Fuerza Cortante máxima en las pantallas 109,00 kN*mDesplazamiento horizontal máximo en las pantallas 0,040 m

Factor de seQuridad 1,80

Tabla No. 5. Resultados de la modelaci6n de la etapa No 2

3. Colocación de placa superior y sobrecarga en el box. Se considera la colocación de laplaca superior y posterior sobrecarga de la misma (1,40 tlm2). Los resultados de losanálisis se presentan a continuación en las figuras Nos. 10 Y 11.

Figura No. 10.: Excavación con pantallas instaladas con puntal superior e inferior y sobrecalya.

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Figura No. 11.: Excavación con pantallas instaladas, puntal superior e inferior y sobrecarga.Dia(Tamas de esfuerzo cortante, momento tIector y desplazamientos horizontales en /as pantallas.

En la siguiente tabla se presenta el resumen de los resultados de la etapa No 3 .

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Momento máximo en las pantallas 221,56 kN*m/mFuerza Cortante máxima en las pantallas 118,05 kN*m

Desplazamiento horizontal máximo en ·Ias pantallas 0,040 mFactor de seguridad 1,86

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Tabla No. 6. Resultados de la modelaci6n de la etapa No 3

Los diagramas de deformaciones corresponden a deformaciones totales acumuladas poresta razón en los diagramas no se hacen evidentes las restricciones impuestas como sonlos puntales y las placas.

7.2.2. Excavaciones para rampas de acceso al box peatonal

Para las excavaciones requeridas en los tramos de las rampas de acceso en donde no esposible contar con un puntal superior de carácter permanente, se han planteado dosposibles alternativas para la ejecución del proceso constructivo.

La altemativa No. 1 en la cual se no se considera la construcción de un puntal superior enninguna de las etapas constructivas, razón por la cual la estabilidad de la excavación selogrará exclusivamente a partir de la profundidad de enterramiento de las pantallas

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preexcavadas, alternativa que se ha considerado dada la dificultad constructiva quepuede representar el colocar un puntal superior de carácter temporal.

No obstante, con el fin de ampliar las opciones constructivas y teniendo en cuenta que laposibilidad de utilizar dicho puntal temporal genera una marcada optimización de laprofundidad de enterramiento de las pantallas, se ha considerado una alternativa No. 2,en donde en los análisis se ha contemplado la construcción de un puntal temporal desdela etapa NO.1de la excavación con el fin de evitar profundizar las pantallas, el cual unavez terminado el proceso de excavación y de construcción de la placa de fondo deberádemolerse.

Así las cosas a continuación se presentan los resultados de las modelaciones para cadauna de las alternativas planteadas, sin embargo, la definición del proceso constructivo hautilizar así como el dimensionamiento de los elementos estructurales deberá serfinalmente definido por el especialista del área de estructuras.

Alternativa 1: Para este análisis se considera que en las excavaciones para las rampasde acceso a los box peatonales no se construyen los puntales superiores, razón por lacual los muros pantalla se deben preexcavar a una profundidad mayor a 7,50m. Deacuerdo con los análisis realizados se recomienda preexcavar la pantalla a unaprofundidad de 11,Omen estos tramos críticos.

A continuación se presentan los resultados de la modelación para la condición más críticade la rampa de acceso que corresponde a una profundidad de excavación de 5,Om.

1. Construcción de las pantallas pre-excavadas a una prOfundidad de 11,Om. En lasfiguras Nos. 12, 13 Y 14 se presentan los resultados de la modelación para estáetapa, los valores de deformación, diagrama de esfuerzos y diagrama de momentos alo largo del muro pantalla.

Figura No. 12. Excavación a 5,Om con pantallas instaladas.

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Figura No. 13": Diagrama de esfuerzos efectivos en las pantaflas

Figura No. 14.: Excavación a 5,Om con pantallas instaladas. Diagrama de esfuerzo cortante,diagrama de momentos, desplazamientos horizontales en el Muro Pantalla

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Los resultados arrojados del modelo se presentan en la siguiente tabla .

. .M.omento máximo .enlaspahtallas30,05 kN*m

1,24

56,38 kN*m/m

....... Fuerza Cortante máxima entas pantaUa.sDesplazamiento·horizontal·máximo-enlaspántalIas 0,06 m

Tabla No. 7. Resultados de la modelación de la etapa 1 para las pantallas de las rampas deacceso.

2. Construcción de la placa de fondo. En las figuras Nos. 15, 16 Y 17 se presentan losresultados de la modelación para está etapa, los valores de deformación, diagrama deesfuerzos cortantes y diagrama de momentos a lo largo del muro pantalla .

•

Figura No. 15.: Excavación a 5, Om con pantallas jnsta/adas y placa jnferior .

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Figura No. 18.: Diagrama de esfuerzos efectivos en las pantallas

Figura No. 17. Excavación a11, Om con pantallas instaladas y placa inferior. Diagrama de esfuerzocortante. diagrama de momentos, desplazamientos horizontales en el Muro Pantalla

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Los resultados arrojados del modelo se presentan en la tabla a continuación:

Momento máximo en las pantallas

2,14

76,38 kN*m/mFuerza Cortante máxima en las pantallas 50,05 kN*m

Desplazamiento horizontal máximo en las pantallas 0,06 mFactDr de seguridad

Tabla No. 8. Resultados de la modelación de la etapa 2 para las pantallas de las rampas deacceso.

Alternativa 2: Para esta alternativa se ha contemplado la construcción de un puntaltemporal desde la etapa NO.1 de la excavación con el fin de evitar profundizar laspantallas, el cual una vez terminado el proceso de excavación y de construcción de laplaca de fondo deberá demolerse.

Así las cosas, a continuación se presentan los resultados de la etapa final en donde ya seha adelantado la totalidad de la excavación contando con el puntal superior (etapa 1) y seha construido la placa de fondo (etapa 2), para posteriormente proceder a la demolicióndel puntal superior inicial, figuras Nos. 18 y 19.

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Figura No. 18.: Diagrama de esfuerzos efectivos.

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Figura No. 19. Excavación a 5,Om con pan taHas instaladas,. placa inferior y demolición del puntalsuperior. Desplazamientos horizontales, diagrama de esfuerzo cortante y momentos.

Los resultados arrojados del modelo se presentan en la tabla a continuación:

Momentomáxihlo<énlaspantállas 114,97 kN*m/ml···· F.uerzaCortantemáxirnaenlas pantallas 103,83 kN*m··Oesplazal11ientohorizóntalmáximoen.laspantallas 0,031 m

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Tabla No. 9. Resultados de la modelación de la alternativa No. 2 para las pantallas de las rampasde acceso con demolición del puntal superior.

7.2.3. Diagramas de esfuerzos efectivos

Los diagramas de esfuerzos efectivos relacionados en las figuras Nos. 5, 8, 13, 16 Y 18corresponden a las etapas constructivas principales, las cuales regirán directamente elestablecimiento del espesor de las pantallas para la estructura.

Estos diagramas están orientados a brindar las herramientas necesarias para que losEspecialistas del área estructural establezcan el dimensionamiento definitivo de loselementos estructurales que hacen parte del box.

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