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Instituto de Desarroltn Urbano-6. Centro de Documentación

-CONSORCIO TRONCAL 10

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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a

DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.LA VIALIDAD LIMITADA

IDSJllIIIO DE DESARROllO URBaDO

!JºcUmEnTO DE UCITACIGD

1. INTRODUCCiÓN

El Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) adjudicó al Consorcio Troncal 10 los estudios y

diseños para la adaptación de la Carrera 10 al sistema de Transporte Masivo

Transmilenio. Dentro de los estudios contratados se encuentran los diseños

geotécnicos para cimentaciones, las cuales incluyen las de estructuras para las

estaciones sencillas e intermedias así como las del Portal Suroriental, localizado en el

barrio Veinte de Julio, los pasos deprimidos de la Calle 31 Sur en los cruces con las

Carreras 7a A y 5a, el Puente Peatonal de la Calle 31 Sur con Carrera 10, la

Intersección de la Carrera 10 con Calle Sexta, y la Estación del Museo Nacional.

En el caso del presente documento se describen y presentan los diseños geotécnicos

para la construcción de la cimentación de las obras mencionadas anteriormente; estos

diseños incluyen la utilización de pilotes y zapatas, dependiendo de la magnitud de las

cargas esperadas para los cimientos y, en el caso de la estación del Museo Nacional,

de pantallas para la contención de las paredes de la excavación, la cual tiene una altura

total de 8.0 m aproximadamente.

2. LOCALIZACiÓN DE LAS OBRAS

2.1. ESTACIONES SENCILLAS E INTERMEDIAS

En el caso de la Troncal de la Carrera 10 se tendrán estaciones Sencillas en los

siguientes sitios a lo largo de la Carrera 10:

- Calle 27 Sur

- Avenida 10 de Mayo (Calle 22 sur)

Contrato GE-INT -017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la3

No. IDU-129-2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01

Instituto de Desarrollo Urban'". Centro de Documentación

CONSORCIO TRONCAL 1o(g5 it ~(~~,!~T~~

LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34. inSTITUTODfDESARROLLOURBAno

D~EUmEB'D DEUCIlACIOD

- Calle 11 Sur

- Calle 2a Sur

- Calle Sexta

- Calle 13

- Calle 19

- Calle 24

Las estaciones Intermedias se tendrán en los siguientes cruces viales;

- Avenida 10 de Mayo, Costado Nororiental

- Calle Sexta, Costado Suroriental

Estas estaciones tendrán operación interna de buses alimentadores y acceso por medio

de túneles desde las estaciones sencillas.

2.2. PORTAL SURORIENTAL

El Portal Suroriental se localizará en el actual predio de la fábrica de tubos Moore,

limitado por las Carreras 3a y 5a y por las Calles 30 A Sur y 32 Sur; la topografía del sitio

es variable entre ondulada y escarpada, determinada en varios puntos del área por la

presencia de rellenos de escombros que pueden alcanzar alturas de hasta 6.0 m.

Desde el punto de vista de los suelos éstos hacen parte de la formación Bogotá,

compuesta por arcillolitas de consistencia media a dura, caso en el cual se presenta

fracturada; estos materiales presentan intercalaciones con areniscas friables. En

algunos sitios se encontraron bloques redondeados pertenecientes a depósitos de

ladera.

De acuerdo con los requerimientos del proyecto, el Portal tendrá operación interna de

buses Alimentadores y Articulados, en plataformas independientes para cada uno deContrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la

4No.IDU-129-2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01

CONSORCIO TRONCAL 10

~ dí' ~(~~~~:,~~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.,"S1I1U1O Uf DESARROllO URBADO

ogcuffiEnlO DE UCITAClOO

esos tipos de vehículos; así mismo, y también para cada tipo de automotor, se

destinarán zonas de parqueo. También habrá un sector para trabajos de mantenimiento

de la flota de Transmilenio que tendrá su base en el Portal, e instalaciones

administrativas en el costado suroriental del mismo.

2.3. PASOS DEPRIMIDOS Y PANTALLAS EN LA CALLE 31 SUR

Esta vía, entre las Carreras 10 Y 5a servirá como vía de acceso al Portal Suroriental y

tendrá dos pasos deprimidos, uno en la carrera 5a y otro en la carrera 7a A, por los que

se permitirá la circulación de los buses Articulados del sistema Transmilenio en sentido

oriente - occidente y viceversa; se prevé, para los pasos deprimidos, la construcción de

Box - Culverts en los que la rasante de la Calle 31 Sur estará a un nivel de 7.0 m por

debajo de la cota actual del terreno en los cruces.

La construcción de las calzadas exclusivas del sistema en la Calle 31 Sur implica la

excavación de un corredor final deprimido en alturas de hasta 6.0 m con respecto al

nivel de terreno actual, por lo que se requiere implantar un sistema de pantallas

ancladas para contener la vía actual y la franja del costado norte, que servirá para

imponer la estructura del pavimento de la Calzada Norte de la vía.

A lo largo del corredor las calzadas mixtas de la Calle 31 Sur tendrán, en general, una

cota superior con respecto a las de Transmilenio y conectarán la carrera 10 con la

carrera 5a.

2.4. PUENTE PEATONAL DE LA CALLE 31 SUR CON CARRERA 10

Se trata de un puente metálico de dos tramos: el primero cruzará la carrera 10a paralelo

a la Calle 31 Sur, al norte de ésta, y el segundo cruzará la Calle 31 Sur conectando los

costados noroccidental y suroccidental de la intersección.

Contrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la5


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LA VIALIDAD LIMITADA 28 A LA CALLE 34.IRSlITUJO IH DEsaRROllO URBAIUJ

OQcumfUJO DEUC/JAClWJ

De acuerdo con la configuración de la obra, el puente requerirá de la construcción de

apoyos en el costado nororiental, en el separador central de la carrera 10a, en el

costado noroccidental, y en el costado suroccidental, en los que la altura promedio de la

rasante de paso de la estructura estará a unos 6.0 m de altura sobre la vía.

2.5. INTERSECCiÓN DE LA CALLE SEXTA

En este sitio se tendrá una excavación de cerca de 10.0 m en el sitio de mayor

profundidad, la cual servirá para permitir el paso a desnivel de los buses articulados del

sistema con respecto a la rasante actual del cruce, el cual tendrá por encima una

plataforma de circulación peatonal conectada a la estación Intermedia de la Calle Sexta;

la intersección permitirá el tránsito de buses articulados desde la Carrera 10 hacia la

Calle Sexta y Viceversa.

Desde el punto de vista de los suelos en la zona se tienen espesores apreciables de

suelos granulares de origen aluvial, los cuales tienen intercalaciones de estratos

arcillosos e incluso de horizontes de material orgánico, básicamente de maderas

oxidadas que pueden encontrarse a profundidades variables entre 12.0 m y 18.0 m

aproximadamente.

2.6. ESTACiÓN DEL MUSEO NACIONAL

Esta obra constará de una excavación que en la parte más profunda alcanzará los 7.0

m aproximadamente por debajo del nivel actual del terreno. Entre otras construcciones,

la estación estará ubicada cerca de Bavaria, la iglesia de San Diego, el hotel

Tequendama y el Museo Nacional, por lo que se espera que la obra tenga una

ocupación importante de pasajeros. Varias de estas construcciones tienen sótanos

destinados al parqueo de vehículos o al almacenamiento de distintos elementos.


NO.IDU-129-2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01

Instituto de Desarrollo uroallu).\ Centro de Documentación .t~""Y ..-.



28 A LA CALLE 34. InSlIlUIQ Di DEsaRROLLOURURIO!í~CUlllfln DIIE\:IGnacIo.

Desde el punto de vista geológico la zona se caracteriza por la presencia de suelos


~LA VIALIDAD LIMITADA

cohesivos depositados sobre talus y coluviones, los cuales están conformados por

grandes bloques de roca y matrices arcillosas y limosas; el sector recibe aguas de

escorrentía de las vías ubicadas en el costado oriental de la carrera 10a y el nivel

freático suele ser elevado.

2.7. TÚNEL PEATONAL DE LA AVENIDA PRIMERO DE MAYO

Se trata de una estructura que se construirá a manera de Box - Culvert entre la

estación sencilla de la Avenida Primero de Mayo y la estación Intermedia del mismo

nombre; la construcción implica la intervención de la calzada oriental de la Carrera 10

en el costado nororiental de la intersección mediante una excavación de unos 5.0 m de

profundidad aproximadamente.

2.8. TÚNEL PEATONAL DE LA CALLE SEXTA

Esta estructura permitirá la entrada de peatones desde la estación sencilla de la Calle

Sexta a la estación Intermedia, por lo que deberá construirse atravesando la calzada

oriental de la Carrera 10; la profundidad de la excavación requerida será de unos 5.0 m

aproximadamente, previéndose que el túnel se construya a manera de Box - Culvert.

2.9. TÚNEL PEATONAL CALLE 24

Se trata de una obra propuesta a manera de Box - Culvert para facilitar el intercambio

de pasajeros entre las Troncales de la Carrera 10 Y de la Calle 26, y requerirá una

excavación de entre 4.0 m y 5.0 m dependiendo del alineamiento vertical. Esta obra

atravesará ambas calzadas de la Carrera 10 en la zona de la intersección.

3. METODOLOGíA


No.IDU-129-2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01


~(jf CIVrLTECtlL,' J 1\"(";f: NlI':R():'i rr» .••.



LA VIALIDAD LIMITADA 28 A LA CALLE 34.

Inicialmente se efectuó una recopilación de información preliminar, básicamente

relacionada con aspectos geológicos, referentes a los suelos y formaciones rocosas

que tienen influencia directa en el comportamiento de las fundaciones a lo largo de todo

el corredor; dentro de la información que se revisó se encuentran los siguientes

documentos:

Estudio de Microzonificación Sísmica de Santafé de Bogotá. Ingeominas -

Universidad de los Andes. 1997.

Decreto 074 de 2001, "Por el cual se complementa y modifica El Código de

Construcción de Bogotá Distrito Capital y se identifican los limites de la

Microzonificación Sísmica y se adoptan los espectros de diseño".

Mapa Geológico de la Sabana de Bogotá. Caro y García. 1990.

Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes. INV. 1995.

Norma Sismorresistente NSR98. ACIS. 1998.

Estudios y Diseños para el Reforzamiento Estructural de la Plaza de Mercado del

20 de Julio. Consorcio 20 de Julio 2003. Marzo de 2004.

Estudios y Diseños para la Construcción de los Patios de Parque del Sistema

Transmilenio de la Calle Sexta con Avenida Caracas. Unión Temporal

Parqueaderos. Abril de 2004.

Con base en lo anterior y en la visita de inspección realizada a los sitios en estudio

dentro del proyecto de la Troncal de la Carrera 10a, se efectuó una programación de

actividades de exploración geotécnica de campo, buscando cumplir con las

profundidades de exploración exigidas por la Norma NSR98 y del Código de Puentes,

en función de la importancia y grado de complejidad de cada estructura. Esta

programación permitió establecer lo siguiente:

En cada uno de los sitios de estaciones sencillas se efectuaron dos

perforaciones, una a 5.0 m y otra a 10m de profundidad.



tnsHiuto de DesarrOllO urbano

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~ df ~(~~~~~!~S.LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

. [n~:~:~:C'." "C~CW' ~ ••r'·~,:·:!'En la estación intermedia de la Calle Sexta se realizaron sondeos .ai..;

C~S~:,~.~':'._:L·~."." ~"'L:_:I:."~:,,."{Iprofundidades variables entre 20.0 y 30.0 m, considerando que la obra requerirá

excavaciones para su imposición.

En la estación intermedia de la Avenida 1o de Mayo se efectuaron perforaciones

a profundidades variables entre 15.0 y 20.0 m.

En el Portal Suroriental se realizaron ocho perforaciones, con profundidades

variables entre 15.0 m y 35.0 m.

En la Calle 31 Sur se programaron dos perforaciones, una en cada una de las

ubicaciones de los pasos deprimidos previstos en los diseños. Las profundidades

de exploración variaron entre 20.0 m y 25.0 m.

En el puente peatonal de la Calle 31 Sur con Carrera 10 se efectuaron tres

perforaciones en los costados nororiental, noroccidental y en el separador

central, en todos los casos al norte de la intersección. Se programaron

profundidades de exploración de 20.0 m.

En la zona de la Intersección de la Calle Sexta con Carrera 10a se efectuaron

seis perforaciones con profundidades entre 20.0 m y 40.0 m, distribuidas

alrededor del área circular de diseño.

En la Estación del Museo Nacional se ejecutaron tres perforaciones de entre 30.0

m y 35.0 m de profundidad ubicadas a lo largo de la franja de excavación

prevista para la ubicación de la obra. No se logró alcanzar el basamento rocoso.

En los trabajos de campo se realizaron pruebas de resistencia a la penetración estándar

(SPT) con pesa de 140 libras (62.4 kg) tanto en suelos finos como en horizontes

granulares. Además de lo anterior se registró la posición del nivel freático en los

sondeos en que éste fue encontrado.

Durante las perforaciones se recuperaron muestras inalteradas y remoldeadas para

propósitos de clasificación y de determinación de parámetros de resistencia en

laboratorio, básicamente de resistencia a la compresión inconfinada, y deformación, por

medio de pruebas de consolidación rápida con un ciclo de carga y descarga. En losContrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la

9No. IDU-129-2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01

CONSORCIO TRONCAL 10cgs dE ~,~~,~~:,T~~LA VIALIDAD LIMITADA

Instituto de Desarrollo Urb~ái, Centro de Documentación

ESTUDIOS y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a


28 A LA CALLE 34.

casos en que se detectaron estratos de roca se practicaron ensayos de carg~l~~ML~rry·mlLo•.mnm:o09CUmU¡11J lit U&lTílC!OD

de resistencia a la compresión inconfinada. Los parámetros de resistencia en

laboratorio fueron complementados con valores obtenidos, por correlación, a partir de

los resultados de las pruebas de penetración estándar (SPT) tanto en suelos finos como

en estratos granulares.

Estos ensayos permiten establecer, de acuerdo con el tipo de suelo detectado, bien sea

la resistencia al corte no drenada de suelos finos (cu) o el ángulo de fricción (ljJ) de

estratos arenosos que pudieron ser detectados en cada una de las perforaciones

practicadas.

Una vez determinados los parámetros de resistencia y deformación se procedió a

evaluar las alternativas de cimentación adecuadas para cada una de las estructuras

previstas en el proyecto. Se consideraron cimientos superficiales y caissons o pilotes

dependiendo del tipo de estructura y del tipo de terreno de fundación.

4. ESTIMACiÓN DE PARÁMETROS DE RESISTENCIA

Es posible emplear los resultados de las pruebas de resistencia a la penetración

estándar (SPT) para estimar el valor de la resistencia no drenada de los suelos

encontrados en cada uno de los sitios de localización de las estaciones sencillas e

intermedias.

En el caso de los suelos finos se empleó la correlación de Stroud (1974) para estimar la

resistencia no drenada, mediante la expresión:

Cu (kPa) = 3.5 N



13-


~(¡f ClVIl ..TEC

J~(;f:Ntt:UOS l.TP,\.




, .Este valor no depende de la sobrecarga geostática sobre la profundidad a t~:8y~t~,e.~:LSr~C

realizaron las pruebas de SPT; en el caso de los suelos granulares se empleó la

expresión de Kulhawy y Mayne para estimar en ángulo de fricción en función del

número de golpes en campo y de la sobrecarga geostática:

0.34

Aquí, (J es el ángulo de fricción, Nf es el número de golpes por pie obtenidos en campo,

cr'v es el esfuerzo efectivo a la profundidad de ensayo, y Pa es la presión atmosférica,

cuyo valor es de 98.3 kN/m2 en la ciudad de Bogotá. El valor del esfuerzo efectivo

vertical cr'v corresponde a la expresión general cr'v (kPa) = y'H, donde y' es el peso

unitario efectivo para el suelo, en kN/m3, y H es la profundidad de ensayo, en metros.

Los pesos unitarios se asignaron con base en los resultados de los ensayos de

compresión inconfinada (qu), en el caso de suelos cohesivos, y según la resistencia a la

penetración estándar N, acudiendo a la Tabla 3-3 del texto "Foundation Analysis and

Design", de Joseph Bowles que relaciona los resultados de la prueba con la densidad

del suelo; en los casos en que no hay inconfinadas en suelos cohesivos pero se tienen

ensayos de penetración estándar se utilizó la Tabla 3-4 del texto mencionado para

estimar el peso unitario del suelo. Las tablas mencionadas se incluyen en el Apéndice A

del presente documento.

Los valores de resistencia no drenada y del ángulo de fricción en suelos granulares

estimados en la forma descrita se presentan en el Apéndice A del presente documento;

de acuerdo con los resultados obtenidos, los valores de resistencia no drenada varían

entre 7.0 KPa y 353.5 KPa, mientras que los ángulos de fricción hallados por

correlación en suelos granulares se encuentran entre 240 y 590.




~ dt ~!~~~T~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

5. , , IIIt~lIlIlTn In n;!:~R'lrlln mmnnoPARAMETROS DE RESISTENCIA Y DEFORMACION ~~19.~~1I¡;¡YÍlC!3n

PRUEBAS DE LABORATORIO

Estos parámetros proceden de ensayos de resistencia a la compresión inconfinada

practicados sobre muestras inalteradas de suelos cohesivos; se realizaron además

pruebas de corte directo en suelos cohesivos y en muestras de roca, éstas últimas

recuperadas del Portal, y consolidaciones de un ciclo de carga y descarga para

establecer parámetros de compresibilidad de los suelos examinados. las

consolidaciones se efectuaron sobre testigos recuperados de los sitios para la estación

del Museo Nacional, para el Portal Suroriental y para la Carrera 10a con Calle 31 Sur.

De acuerdo con los resultados de estas pruebas, para la totalidad de los sitios

estudiados se detectaron valores de resistencia a la compresión inconfinada variables

entre 14.0 KPa y 1,055 KPa, los cuales representan una resistencia no drenada Cu

entre 7.0 KPa y 527.5 KPa. Estos resultados se aplicaron esencialmente a suelos finos

que, de acuerdo con el sistema USCS, clasifican como Cl, CH, Cl - Ml, Ml Y MH.

El resumen de resultados de los ensayos de resistencia a la compresión inconfinada se

incluye en el Apéndice A al final del presente estudio. los resultados anteriores

muestran que se mantiene la tendencia indicada anteriormente para la prueba de

penetración estándar, en la cual los suelos de la zona sur del proyecto son los que

exhiben las mayores resistencias.

6. ESTACIONES

6.1. CAPACIDAD PORTANTE EN ESTACIONES SENCILLAS



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~ dt ~(~~J!!~T~SLA VIALDAD LIMrrADA



28 A LA CALLE 34.

tnSl\lIllO tu :lm?:!O~tn\Im¡q!lllEn virtud del tipo de estructura previsto para las estaciones sencillas dEfbcP.EBy~ctQ\!~CIOD

consistentes en vagones metálicos, se propone la adopción de una cimentación

superficial para estas obras.

En varios casos se encontraron suelos granulares o rellenos extendidos sobre estratos

de suelos blandos, de tal suerte que fue necesario efectuar el diseño de la cimentación

considerando la posibilidad de punzonamiento de las capas de menor capacidad; en

otros sitios a lo largo del corredor se detectaron espesores apreciables de suelos

arcillosos y limosos sobre los cuales construirán los cimientos propuestos.

Desde el punto de vista constructivo se prevé la excavación de una zanja independiente

para cada una de las zapatas sobre las que se implantarán las estaciones, efectuando

desde el fondo de cada una de ellas un mejoramiento en material granular, con un

espesor de 40.0 cm, capa sobre la cual se construirá el cimiento requerido, cuya cota

de fondo se encontrará a unos 60.0 cm de profundidad por debajo del nivel actual del

terreno en cada uno de los casos. En los casos en que la capa de mejoramiento se

desplantará directamente sobre los suelos finos naturales el esfuerzo admisible

aplicado por la cimentación corresponde a:

eN~ =_u_c+qNVadm FS q

En la expresión anterior e, es la resistencia no drenada, Nc es el factor de capacidad

portante por resistencia del suelo, el cual tiene un valor de 5.14 para resistencia no

drenada, q es el valor de la presión de sobrecarga en el fondo de la excavación, a 1.0 m

de profundidad, y Nq es el factor de capacidad portante por sobrecarga que, para un

ángulo de fricción de 00 tiene un valor de 1.0. El valor de la presión de sobrecarga q en

todos los casos es de 17 kPa (1.7 Um2), el cual obedece a un peso unitario asumido de

17 KN/m3 y a una profundidad de cimentación de 1.0 m.



Instituto de Desarrollo ur?an~"-.Centro de DocumentaclOIl


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28 A LA CALLE 34.

mSTIlUlOUFr.~l:;,mmltO URsnno

Para los sitios en que los cimientos de implantarán sobre suelos granularé'~CsélempleeCIOD

la expresión:

O.5yBNy()" = qN +---'-adm q FS

Para esta expresión en valor de Nq y el de Ny dependen del ángulo de fricción del suelo

sobre y bajo el nivel de cimentación, respectivamente; en este caso B es el lado corto

del cimiento y Ny es el factor de capacidad portante por peso del suelo bajo el cimiento.

En el caso de los cimientos que se encontrarán sometidos a condición de diseño contra

punzonamiento el esfuerzo admisible se calcula por medio de:

[2YrH? (1+ 2DJK tan do ]

N B H ps r-~ e N r Haadm = FS +q q + FS - y r r

En la expresión anterior Yr es el peso unitario del relleno granular por encima de los

suelos naturales, H, es la altura de relleno medida desde el fondo del mismo hasta el

nivel de cimentación, y D es la profundidad de cimentación; Kps es el coeficiente de

corte por punzonamiento que depende de la relación de capacidad portante Rbc, del

parámetro de cortante por punzan amiento Cps, del ángulo de fricción del relleno, y de la

resistencia no drenada de diseño Cu del suelo blando por debajo de la capa granular. El

valor de la relación de capacidad portante Rbcse calcula como:

Con este resultado se obtiene, para el ángulo de fricción del relleno, el factor Cps

mediante la Figura N° 1:Contrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la


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28 A LA CALLE 34..~~,~,no,:, n, ~,n~RRr:lO ~p.5nno

DU~UillthIU Ul UClTiiCIDD

Figura No. 1: Determinación del factor Cps

1.0

.¡I·..

••

·.J·,..•·,"i0'°0.0 0..2 0.4 0.8 Df8

BEARJNG CAPACITY RAl)O RbeLe

Una vez determinado el valor del parámetro de resistencia al corte por punzonamiento

Cps, se emplea la Figura N° 2 para hallar el valor del coeficiente Kps:


No. IDU·129·2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01


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mSlIlUlO Illllrli~mWLí3I186nnlJ

DOCUffilnlO Di ucnnCIODFigura No. 2: Valor del coeficiente Kps (cjl=400)

UNDRAlNED CLAY SHEAR STRENG.1H eu. KSF'28.0 0.1 0.2 0.3 O... 0.5 0.6 '3.'

••••ffi 15ÜlEwo(J

10

0.6

0.5o..•.

o.~

o o S '\o 15 2.0 2.S 34 35

UNORAlNEO CLAY SHEAR STRENGTH e". K.p~

Toda vez que para el ángulo de fricción mínimo detectado, variable entre 25° y 27°, no

se cuenta con figuras para el cálculo de Kps, de decidió reducir el valor del parámetro

Cps y emplear la figura correspondiente a 40°. Bajo estas condiciones, el valor del

coeficiente Kps varió entre 0.5 y 4.5. En todos los casos anteriores el factor de

seguridad adoptado es de 3.0.

Con base en lo anterior se obtuvieron los siguientes valores de presión vertical

admisible para el diseño de cimentaciones superficiales por sitio estudiado:



Instituto de Desarrollo ur~.anol(U" Centro de DocumentaclOn t

-CONSORCIO TRONCAL 10~ dr S(!~~!~T~S




28 A LA CALLE 34.

InSlIllllOm IIfsnm:mo ummr.oTabla No. 1: Capacidad Portante de Cimientos Supeñiciales en Estacione91CUmtl1lUJl UCllaCIOD

Cu q <I> cradmEstación

(tlm2)

Nc(tlm2

)Nq 8 Ny Hr D Cps Kps

(0) (tlm2)

Calle 27 S 16.4 5.14 1.7 O 1.0 - - - - - - 26.71

1° de Mayo 8.2 5.14 1.7 O 1.0 - - - - - - 15.75

Calle 11 S - - 1.7 25.1 10.81 1.5 11.08 - - - - 23.09

Calle 2a S 9.4 5.14 4.25 27.3 1.0 1.5 15.08 1.50 1.0 0.40 4.5 27.02

Calle 1a 9.2 5.14 3.06 27.0 1.0 1.5 15.08 0.80 1.0 0.30 2.0 19.21

Calle Sexta 4.4 5.14 1.7 O 1.0 - - - - - - 9.23

Calle 13 3.85 5.14 3.23 27.3 1.0 1.5 15.08 0.9 1.0 0.5 4.5 12.8

Calle 19 3.50 5.14 2.55 25 1.0 1.5 11.08 0.50 1.0 0.45 3.8 9.37

Calle 24 15.6 5.14 2.21 25 1.0 1.5 11.08 0.30 1.0 0.15 0.5 28.5

Las cotas de inicio de las perforaciones efectuadas y las de cimentación de cada una de

las estaciones se presentan a continuación:

Tabla No. 2: Cotas de Peño raciones y de Cimentación

Cota Inicio Cota de

Estación Perforaciones Cimentación

(m.s.n.m.) (m.s.n.m.)

Calle 27 S 2586.1 - 2585.8 2584.8

1° de Mayo 2589.0 - 2588.8 2587.8

Calle 11 S 2580.4 - 2580.9 2579.4

Calle 2a S 2579.7 - 2580.0 2578.7

Calle 1a 2582.2 - 2582.4 2581.2

Calle Sexta 2582.0 - 2582.6 2581.0

Calle 13 2594.5 - 2594.5 2593.5

Calle 19 2599.0 - 2599.4 2598.0

Calle 24 2597.2 - 2596.4 2595.4

Las memorias de cálculo de estas presiones de contacto se anexan al presente

documento.




~~ CIVILTEC

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28 A LA CALLE 34.LA VIALDAD LIMITADA.. • •nn••"OQllO URM!lO

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OOCU\l1tIlIU OL ucnaCIUD6.2. CAPACIDAD PORTANTE EN ESTACIONES INTERMEDIAS

En este caso, de acuerdo con el tipo de estructura que se propone colocar, es

necesaria la construcción de cimientos profundos, básicamente pilotes preexcavados de

forma circular, con aporte de resistencia tanto por punta como por fricción. Para el

cálculo de los pilotes desde el punto de vista de la capacidad de soporte se fijó una

longitud con base en el perfil estratigráfico y la profundidad de inicio según los diseños

estructurales, y se incrementó el diámetro hasta alcanzar la carga admisible mínima,

considerando que por columna se tendrá un total de cuatro pilotes.

De acuerdo con el proyecto estructural para las estaciones Intermedias, las cargas

tipificadas esperadas por columna y las cotas de inicio de los pilotes, en cada una de

las estaciones intermedias, son las siguientes:

Tabla No. 3: Intermedia Av. 10 de Mayo: Cargas por Columna y Cotas de Inicio de Pilotes

Carga por Columna 160 t 160 t 80.0 t

Carga mínima por Pilote 40.0 t 40.0 t 20.0 t

Cota de Inicio Pilotes 2,588 m.s.n.m. 2,584.2 m.s.n.m. 2,588 m.s.n.m.

Tabla No. 4: Intermedia Calle Sexta: Cargas por Columna y Cotas de Inicio de Pilotes

Carga por Columna 400.0 t 160.0 t

Carga mínima por Pilote 100.0 t 40.0 t

Cota de Inicio Pilotes 2,580 m.s.n.m. 2,580.0 m.s.n.m.

Este valor es aproximado y puede tener algunas variaciones con el ajuste del proyecto.

Para cada una de las estaciones se seleccionó un perfil estratigráfico para el cálculo de

la resistencia por fricción y por punta del pilote; este perfil coincide en ambos casos con

uno de los detectados en la exploración geotécnica directa en campo. En el caso de la

estación intermedia de la Calle Sexta se analizaron dos perfiles, seleccionándose como

de diseño el que arrojó el pilote de menor capacidad de carga.



\ Instituto de Desarrollo Urbanof~~Centro de DocumentaclOflL l


~ df ~!~!~:,T~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34, InSlIlUTODED[Snr.nn~t3 UR3Rt---------------------------------IHw.!Hl,H-l:F.-Hl," IIHlcn~clOn

Los perfiles de análisis para cada una de las estaciones intermedias son los siguientes,

medidos desde el nivel del terreno en que se inició el sondeo:

Estación Intermedia Avenida 1° de Mayo:

0.0 - 0.40: Placa de Concreto y Carpeta Asfáltica

0.40 - 1.10: Gravas Limosas (GM)

1.10 - 5.40:

5.40 - 8.60:

8.60 - 9.40:

9.40 -11.70:

11.70 - 13.40:

13.40 - 14.20:

14.20 - 21.00:

Arcilla de Baja Compresibilidad (Cl)

Arcilla de Alta Compresibilidad (CH)


Arena Limosa (SM)


Arcilla de Alta Compresibilidad (CH)


Estación Intermedia Calle Sexta:

0.00 - 0.50:

0.50 - 9.20:

9.20 - 11.20:

11.20 -13.20:

13.20 -15.20:

15.20 - 19.00:

19.00 - 21.50:

21.50 - 25.00:

25.00 - 30.00:

Arena Limosa (SM)

Limo de Alta Compresibilidad (MH)

Arena Arcillosa (SC)


Limo de Alta Compresibilidad (MH)

Arena Limosa (SM)

Grava Limosa (GM)


Grava Limosa (GM)

Los parámetros de resistencia estimados para cada uno de los estratos, así como los

empleados en el cálculo de los pilotes para cada una de las estaciones se presentan en

los Apéndices A y B al final del presente documento.

Dentro del perfil estratigráfico de análisis considerado en cada caso se asignaron los

parámetros de resistencia determinados bien sea a través de las pruebas de campo o




~ df ~(~~!:,T~SLA VIALIDAD LIMITADA


DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE28 A LA CALLE 34. InSlIlUlO DI !l(S~nRllllO U1mnlll)

nO&H"T·S·" W:I1Í1CIllDui _UIi _ •••

con base en los resultados de los ensayos de laboratorio; en los casos en los cuales se

tienen resultados de distintas pruebas para un solo parámetro se escogió el menor valor

de todos los estimados, para cada uno de los estratos estudiados.

Para el caso de suelos arcillosos y limosos la resistencia lateral se estimó mediante la

expresión (t):

En esta fórmula ex es el factor de adherencia entre el suelo y el concreto para pilas

preexcavadas y cuyo valor recomendado por Bowles es de 0.30, e, es la resistencia no

drenada del estrato respectivo, S es la superficie lateral del pilote a lo largo de la capa

de suelo, D es el diámetro del pilote y h es el espesor de la capa de suelo.

La resistencia por fuste a través de suelos granulares se estimó con base en la

expresión:

PIgranulares = 7rDhcr~prom (1-sená ) tan 8 = 7rDhcr~promKo tan 8

En este caso cr'vprom es el esfuerzo efectivo vertical promedio en el estrato de arena,

calculado como el promedio de los valores en el tope y en el fondo de la capa, tjJ es el

ángulo de fricción de la capa granular, Ko = (1-sentjJ) es el coeficiente de presión en

reposo del suelo, y () es el ángulo de fricción suelo - concreto que, de acuerdo con

Bowles, es de 24°.

La carga total por fuste para el pilote es, en consecuencia, la suma de las resistencias a

lo largo de las capas de suelo que se encuentran a lo largo del pilote:

Plus!e = :i:(Plblandos)i +:t(PIgranulares)}i=1 }=1




~



28 A LA CALLE 34.LA VIALIlAD LIMrr ADA

En esta expresión general n es el número de estratos de suelo arcillosos y limosos a lo

largo del pilote, y m el de capas de suelos granulares en dicha long itud. inSTITUTO DEn~SnRPCLLO mmmlO

GUGU~¡¡hlll ulllCHiiGlOD

El cálculo de la capacidad portante por punta para soporte en un estrato arcilloso o

limoso se efectuó mediante la expresión:

En este caso el valor del factor de capacidad portante Nc es de 5.7, q'es el esfuerzo

vertical efectivo a la profundidad en que se encuentra la punta, y N*q es el factor de

capacidad portante ponderado en función del ángulo de fricción de cada uno de los

estratos encontrados a lo largo de la longitud del pilote; para cada estrato se estimó el

valor de Nq mediante la expresión:

Aquí, i es el número del estrato por encima de la punta y rA su ángulo de fricción; en el

caso de suelos limosos y arcillosos el valor de rA es de Oy Nq es igual a 1.0; así, el valor

del factor de capacidad de soporte ponderado N*q se halló mediante:

En esta expresión S es el número de estratos de suelo por encima de la punta, h¡es el

espesor de cada estrato, y Lp es la longitud total del pilote.



Instituto de Desarrollo ur.~a~4\ Centro de üocurnentacron


~;Ji.. CIVILTEC~ IN(;f.NJt~R()S 1.1')),\.




punta se calculó por medio de la expresión:

En los casos en que la punta se apoya en estratos de suelo granular la capacidad pormSTlTUlODEDEsn~RnllO ~RllnnD

uocumEUlO lit ucnncmu

El parámetro Ny es el coeficiente de capacidad portante por peso del suelo bajo la

punta y se calcula como:

De esta forma, la capacidad portante por punta tanto para soporte en suelos finos como

granulares se estimó como (t):

En esta fórmula Ap es el área por punta del pilote; así las cosas, la capacidad portante

máxima del pilote Pultes:

Para efectos de diseño, la carga admisible por pilote Padmes Pult/3,donde 3 es el factor

de seguridad de la cimentación (FS).

La longitud y diámetro de pilotes recomendados para cada una de las estaciones se

presentan a continuación:

Tabla No. 5: Cargas Verticales Admisibles en Pilotes para las Estaciones Intermedias

Nivel Cota Diámetro Longitud Pfuste Ppunta Pult PadmEstación

Freático Inicio (m) (m) (t) (t) (t) (t)



Instituto de Desarrollo ur.~a~:5" Centro de DocumentaclOo


~



28 A LA CALLE 34.LA VIALDAD LIMITADA

(m) (m)Av. 1° de Mayo 11.1 2,588 0.60 10.5 74.66 50.94 12i9rB111lIll2j:;1·í.'8·1lÍlb

Av. 1° de Mayo 11.1 2,584 0.60 10.5 58.41 78.95 137.~¡;l mt!45~91~1¡i

Av. 1° de Mayo 11.1 2,588 0.40 10.0 48.78 13.92 62.70 20.90

Calle Sexta 0.00 2,580 0.40 12.0 28.56 99.61 128.17 42.72

Calle Sexta 0.00 2,580 0.60 12.0 42.84 265.06 307.8 102.63

~RIl~!I0clOn

En el caso de la estación intermedia de la Calle Sexta el nivel de inicio de los pilotes se

encuentra unos 4.0 m por debajo de la cota actual del terreno, toda vez que la obra

prevé dicha profundidad de excavación para alcanzar los niveles más bajos. Los

cálculos de capacidad portante de los pilotes se incluyen en el Apéndice B al final del

documento.

6.3. CAPACIDAD LATERAL DE PILOTES EN ESTACIONES INTERMEDIAS

El cálculo de la capacidad de carga lateral de los pilotes propuestos se efectuó por

medio de la metodología propuesta por Meyerhof, basada en la resistencia a la falla de

los suelos y en la rigidez del cimiento.

Para cada una de las estaciones intermedias se estableció un perfil de resistencia del

suelo en función de la profundidad alcanzada por el pilote; toda vez que se tiene un

valor de resistencia no drenada para cada uno de los estratos de suelo cohesivo es

posible hallar un valor de Cu ponderado, para facilitar el cálculo de la resistencia lateral.

Los perfiles de resistencia para diseño en cada una de las estaciones son los

siguientes:

Tabla No. 6: Peñil de Resistencia en la Estación Intermedia de la Av. 1° de Mayo

Profundidad Cu (JAv. 1° de Mayo

(m) (tlm2) (0)



.Instituto de Desarrollo Urbano G\.Centro de Documentación ~

...- .•.


~ it ~,!~,!!:,T~ELA VIALDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

0.00-1.10 2.0 -

1.10 - 5.40 17.35 -

5.40 - 8.60 12.60 IUS1l11llU Ut Ikolllll"ULL ,

nn""M~l!ln Rf 111:\1'8.60 - 9.40 29.15

UU~· ••••

9.40 -10.00 - 41

Tabla No. 7: Perfil de Resistencia en la Estación Intermedia de la Calle Sexta

Profundidad Cu t/J

(m) (tlm2) (0)

0.00-1.00 2.05 40

1.00- 5.20 2.65 52Calle Sexta

5.20-7.20 6.10 52

7.20 - 9.20 6.10 53

9.20 -11.20 22.0 53

11.20 - 12.0 - 53

Para el caso de la estación de la avenida Primero de Mayo se halló un valor ponderado

de las resistencias no drenadas y, en el caso de la Calle Sexta, de la resistencia no

drenada y del ángulo de fricción, escogiéndose para análisis el parámetro que arroje las

menores resistencias.

La ponderación de las resistencias no drenadas se hizo mediante:

s¿(cJA

c·=~·-u L

p

En esta fórmula c*u es la resistencia no drenada ponderada y los valores (cu)¡ los

correspondientes a cada uno de los estratos; S es el número de estratos y h¡ es el

espesor de cada uno de ellos; en el caso del ángulo de fricción:Contrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la

24NO.IDU-129-2005 Troncal de la Carrera 10", Edición 01


~ dt ~(!~,~!:,T~SLA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

mSTlTUlO DEOESlmROlLO~Rn~¡¡OOOCUffiEmu ct ucn~C!OD

Aquí, (!l¡ es el ángulo de fricción ponderado y tA es el ángulo de fricción de cada estrato

a lo largo del pilote. Los valores ponderados obtenidos para cada una de las estaciones

son los siguientes:

Tabla No. 8: Parámetros de Resistencia Ponderados

Cu tjJEstación

(tlm2) (0)

Av. 1° de Mayo 14.94 0.00

Calle Sexta 7.28 51.4

Con base en lo anterior se decidió utilizar los parámetros de resistencia no drenada

ponderados para el cálculo de la capacidad lateral de los pilotes; para el diámetro de

pilote de diseño, de 0.60 m, el valor del momento de inercia se calcula como:

10'"41=-

4

El valor de la inercia de la sección transversal del pilote es de 6.36x10-3 m; se asume

que el módulo de elasticidad del concreto es el dado por la ecuación:

Para una resistencia de 210 kg/cm2 el módulo de elasticidad del concreto es de

1.90x106 t/m2. para efectos del cálculo de la rigidez del pilote se estima el valor del

módulo de elasticidad con base en la expresión:Contrato GE-INT-017 "Informe Final de Diseño Geotécnico de Fundaciones para la


Instituto de Desarrollo Urbano. \Centro de Documentación -z8


~



28 A LA CALLE 34.LA VIALIlAD LIMITADA

Es= 750cuInSlIlI\TO Uf n~SDq!lOLLO 9RBnno

OOGUmUilO lit ucnnCIODEl valor de Cu que se emplea en esta ecuación es el ponderado del perfil de resistencia,

hallado en la forma ya descrita; con lo anterior la rigidez del pilote corresponde a:

En el cálculo de la rigides del pilote L es la longitud total del mismo; de acuerdo con

Meyerhof, para suelos cohesivos, es necesario hallar la longitud equivalente del

cimiento mediante la expresión:

Le = 1.50LK~·12

Con base en lo anterior es posible calcular la carga lateral máxima en los pilotes

utilizando la fórmula:

El parámetro Kcr es un coeficiente de presión pasiva que depende la relación UD

(longitud/diámetro) y puede obtenerse de la Figura 9.46 del texto "Principios de

Ingeniería de Cimentaciones" de Braja Das (2001 );el valor de PIes igual 0.6cu. Para las

dos estaciones intermedias el valor de la carga lateral máxima resulta ser siempre

inferior a O.4PIDL,y sus resultados se presentan continuación:

Tabla No. 9: Carga Lateral Admisible en Pilotes

Longitud Módulo LongitudEstación Kr UD Kcr Qult Qadm

del del Equivalente



Instituto de Desarrollo Urbano~,,\.Centro de Documentación C-L


~




Pilote L Suelo Le

(m) Es (m)(tlm2

)

Av. 1° de mSTIlUHm OESAR1WLLUMayo 10.5 13,013 7.64x10·5 5.04 8.4 5.2 93.9¡OGU~fnfIl1¡¡f3¡;n~

(D = 0.60 m)

Av. 1° de

Mayo 10.5 13,013 1.51x10·5 4.15 12.6 6.0 59.52 19.84

(D = 0.40 m)

Calle Sexta2.93x10·412.0 1,988 6.78 11.3 5.6 66.35 22.12

(D = 0.60 m)

Calle Sexta5.79x10·512.0 1,988 5.58 13.95 6.3 40.94 13.65

(D = 0.40 m)

U~Bnnocmn

En el caso de la estación intermedia de la Calle Sexta el nivel de inicio del pilote está a

unos 4.0 m de profundidad por debajo de la cota actual de terreno en virtud de que es

necesario efectuar una excavación de dicha altura para la imposición de la estructura de

la obra.

6.4. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS

6.4.1. ESTACIONES SENCILLAS

Los asentamientos totales bajo los cimientos superficiales en las estaciones sencillas,

S, están conformados por los asentamientos elásticos Sel y por los asentamientos por

consolidación, Se, con lo cual:

S = Sel+ Se

Los asentamientos elásticos Selpueden calcularse mediante la expresión:



~CONSORCIO TRONCAL 10~ dr ~!:Y,~!~T~~




28 A LA CALLE 34.

InSlIlUlO Of. OfSARROLlOUROnnODDCUffilnlO DEUCnnCIOD

El parámetro a tiene un valor mínimo de 1.0, el cual corresponde a cimentaciones

s = qB(1_v2Lel E P

s

rectangulares, mientras q es el esfuerzo aplicado que, para efectos del cálculo, es igual

a la presión admisible para cada uno de los sitios estudiados.

El asentamiento por consolidación Sc se calcula por medio de la siguiente expresión,

válida para suelos preconsolidados:

e H 0"' + ~O"S - _,_c 1 v prom

C - og ,l+eo o"v

El parámetro C, es el coeficiente de recompresión, He es el espesor de la capa de

arcilla, eo ella relación de vacíos inicial, y cr'v es el esfuerzo efectivo inicial en el terreno

a la profundidad de cálculo. En todos los casos el esfuerzo final total es inferior a las

presiones de preconcolidación encontradas mediante las pruebas de consolidación; el

incremento de esfuerzos ~crprom ocasionado por el cimiento en la capa compresible se

estima por medio de la expresión:

~O" = ql,

le es un factor de influencia para el cálculo de incrementos de esfuerzo por debajo del

centro del cimiento, y cuyo valor corresponde a:




~~ CIVILTEC~ J!\:(óF.:'IiJI;ROS i.TP,\.



28 A LA CALLE 34.LA VIALDAD LIMITADA

En la expresión anterior los valores m y n obedecen a las siguientes fórmulas:

Lm¡=-

B mSlITUTO DE DEsnnROLLO UHonraD

OQCUrI\ERlO DE UC\lflC13D

El parámetro z es la profundidad de cálculo.

El espesor de capa He se estimó considerando una profundidad de cálculo tal que se

obtuviera un incremento de esfuerzos máximo del 10% de la presión aplicada por el

cimiento; el esfuerzo promedio en esa capa, ~O"prom, se estimó por medio de la

expresión:

1~(J" prom = (; (~(J"s + 4~(J" m + ~(J"i)

En este caso ~(J"s es el incremento de esfuerzos en la parte alta de la capa, ~(J" m en el

incremento en la mitad de la capa, y So, es el incremento en el fondo, y corresponde al

10% del valor de Sa ,como máximo.

Para los casos en que no se obtuvieron parámetros de consolidación en laboratorio el

cálculo de los asentamientos totales empleando el valor del módulo drenado, Ed, en la

expresión:





28 A LA CALLE 34. IRSIIWTOUf OEsnnn~LLDU~Bnno

Docur.mno U~UClTiíCIOD

El valor del módulo drenado Edse estimó como la tercera parte del módulo Es, es decir,

Ed= Es/3.


~~ CIVILTEC~ r s o es r e ao s 1."1"1),\.


Con lo anterior, los asentamientos inmediatos y por consolidación son los siguientes:

Tabla No. 10: Asentamientos en Estaciones Sencillas

EstaciónEs 8 O'adm s, Se S

(tlm2)eo C,

(m) (tlm2) (cm) (cm) (cm)

Calle 27 S 12,300 1.50 26.71 2.021 0.035 0.286 2.63 2.913

1° de Mayo 6,150 1.50 15.75 2.522 0.105 0.337 4.92 5.257

Calle 28 S 2,350* 1.50 27.02 - - 1.513 - 1.513

Calle 18 2,300* 1.50 19.21 - - 1.099 - 1.099

Calle Sexta 3,300 1.50 9.23 0.644 0.035 0.368 2.43 2.798

Calle 13 963* 1.50 12.8 - - 1.750 - 1.750

Calle 19 2,625 1.50 9.37 1.999 0.046 0.470 1.77 2.240

Calle 24 3,900* 1.50 28.5 - - 0.962 - 0.962'Módulo no drenado

En el caso de la Estación Sencilla de la Calle 11 Sur, que quedará soportada en

granulares, el asentamiento Se se calculó por medio de la metodología de

Schmertmann:

Aquí, q es la sobrecarga en el nivel de cimentación, Iz es un factor de influencia, I'lz es

el espesor de cada estrato por debajo del cimiento, y Es es el módulo de cada capa de

suelo. El factor C1 es una corrección por empotramiento del cimiento, y C2 tiene en

cuenta el flujo plástico del suelo en el tiempo; estos factores se calculan como:

C1 = 1 - 0.5 log(q/(cradm-q)




~ df ~,!~',!!~T~~LA VIALIlAD LIMITADA

Instituto de Desarrollo Urba~j \.,Centro de Documentación

ESTUDIOS y DISEÑOS DE LA TROÑCAL CARRERA 10a


28 A LA CALLE 34.InS¡¡¡Ui6 2: ::t~~~~~LOURonno

DocumEnTO IIE UClTüCIDDC2 = 1 + 0.2 log (tiempo en años/O.1)

El módulo de elasticidad del suelos se calculó con la expresión Es (tlm2)=76.6Nf, en que

Nf es el número de golpes en campo; con esta expresión, para 31 golpes/pie, arroja un

módulo del terreno de 2,375 t/m2. El valor del factor de influencia Iz es de 0.20 a una

profundidad cero bajo el cimiento, de 0.50 para z = 8 bajo el cimiento, y es cero a z =

48.

Con base en la información anterior se estimó un asentamiento total Se de 2.00 cm,

para un ancho mínimo de cimiento de 1.50 m; los cálculos de los asentamientos para

todas las estaciones sencillas se incluyen en el Apéndice C al final de este documento.



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