Informe Geotécnico Cualamaná, Fusagasugá

ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA EL
MULTIFAMILIAR CUALAMANÁ - FUSAGASUGÁ.
INFORME LOSA DE CIMENTACIÓN
ENERO, 2020
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Cra 42 No. 22A-03 Bogotá D.C.,
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ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN
Elaborado por:
JAVIER ANTONIO MILLÁN
(ESPECIALISTA EN GEOTECNIA)
Firma:
Fecha:
Enero de 2020
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SECCIÓN MODIFICADA
FECHA DE
MODIFICACIÓN
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Versión Original
Enero de 2020
OBSERVACIONES
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TABLA DE CONTENIDO
1
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 5
2
GENERALIDADES .............................................................................................................. 6
3
2.1
Localización del proyecto.............................................................................................. 6
2.2
Descripción Proyecto .................................................................................................... 6
GEOLOGÍA y GEOMORFOLOGÍA ...................................................................................... 8
3.1
Geología General ......................................................................................................... 8
4
CONDICIONES SÍSMICAS.................................................................................................. 9
5
PLAN DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO ..................................................................... 10
5.1
Investigación geotécnica............................................................................................. 10
5.2
Ensayos de laboratorio. .............................................................................................. 11
5.3
Perfil Geotécnico ........................................................................................................ 11
5.3.1
6
7
Condiciones de agua ........................................................................................... 12
ANÁLISIS GEOTÉCNICOS ............................................................................................... 13
6.1
Tipo de cimentación.................................................................................................... 13
6.2
Implantación de los edificios ....................................................................................... 13
6.3
Evaluación de Capacidad de la Cimentación Existente .............................................. 17
6.4
Calculo de Asentamientos .......................................................................................... 18
6.5
Módulo de reacción vertical Cimientos Superficiales .................................................. 18
6.6
Coeficientes Empujes de tierras ................................................................................. 19
6.7
Recomendaciones para pavimentos ........................................................................... 19
conclusiones y recomendación .......................................................................................... 21
7.1
Perfil geotécnico ......................................................................................................... 21
7.2
Implantación de Edificios ............................................................................................ 21
7.3
Sistema de Cimentación, Capacidad y Asentamientos ............................................... 21
7.4
Rellenos ..................................................................................................................... 21
8
LIMITACIONES ................................................................................................................. 22
9
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 22
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LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 2-1 Localización General sitio de estudio. Fuente Google Earth ................................ 6
Ilustración 2-2Esquema vista en planta del proyecto (vista primer piso) ..................................... 7
Ilustración 3-1Marco Geológico general del municipio de Fusagasugá, en gris la unidad de
terraza y en amarillo la formación lodolitas de Fusagasugá. ....................................................... 8
Ilustración 5-1Localización de los sondeos en el área de estudio. Tomado IGR 2020. ............. 10
Ilustración 6-1 Levantamiento topográfico del lote (enero de 2020) .......................................... 13
Ilustración 6-2 Implantación de las dos torres ........................................................................... 14
Ilustración 6-3 Perfil Torre A ..................................................................................................... 15
Ilustración 6-4 Perfil Torre B ..................................................................................................... 16
Ilustración 6-5 Implantación y Aislamiento recomendado del edificio. ....................................... 16
LISTA DE TABLAS
Tabla 4-1 Resumen condiciones Sísmicas ................................................................................. 9
Tabla 5-1 Localización y profundidad de sondeos .................................................................... 10
Tabla 5-2 Resumen ensayos de laboratorio realizados para el área de estudio. ....................... 11
Tabla 6-1 Módulo de Reacción Vertical Cimientos Superficiales ............................................... 19
Tabla 7-4 Alternativa de diseño de la estructura de pavimento ................................................. 20
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1 INTRODUCCIÓN
El presente informe corresponde a una actualización del tipo y niveles de la cimentación, del
estudio geotécnico realizado por la firma INGENIERIA Y GEORIESGOS en agosto de 2019,
para el proyecto Multifamiliar Cualamaná, ubicado en el Suroeste del municipio, hacia las
afueras de la cabecera municipal de Fusagasugá, sobre la carrera 71C en la calle 23.
Dentro del estudio se presenta la localización, generalidades del proyecto, geología de la zona,
características estructurales, caracterización geotecnia del sitio con base a los resultados
obtenidos de la campaña de exploración directa e indirecta, la definición del perfil geotécnico,
condiciones sísmicas del área de estudio, los análisis geotécnicos incluyendo la determinación y
diseño del tipo de cimentación con evaluación de asentamientos.
Por último, se presentan las conclusiones y recomendaciones que se deben tener en cuenta
para el diseño y construcción de las diferentes estructuras proyectadas en el sitio de estudio.
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2 GENERALIDADES
2.1 Localización del proyecto
El predio de estudio se encuentra ubicado en el Suroeste del municipio, hacia las afueras de la
cabecera municipal de Fusagasugá, sobre la carrera 71C en la calle 23. A continuación, se
presenta la localización en detalle del sitio del proyecto (Figura 1-2).
Localización
del Proyecto
Ilustración 2-1 Localización General sitio de estudio. Fuente Google Earth
2.2 Descripción Proyecto
Las características generales del proyecto son:
•
•
•
•
Sistema Estructural: Sistema compuesto por muros en concreto y mampostería
estructural.
Materiales: Estructura portante en mampostería + muros en concreto + estructura de
cimentación en concreto.
Grupo de Uso: Estructuras de ocupación normal (vivienda de interés social)
Cargas Aproximadas: 9t/m2 (dato aproximado utilizado para análisis geotécnicos).
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•
•
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Numero de Edificios: 2
Número de pisos: 8 por bloque
Altura entrepiso: 2.45m libre
Edificio
8 pisos
Parqueaderos
Ilustración 2-2Esquema vista en planta del proyecto (vista primer piso)
De acuerdo con la información suministrada por el cliente, se tiene prevista la construcción de
dos torres de apartamentos de iguales características, conformados por ocho pisos, con una
altura libre de 2.4 m, y un total de 32 apartamentos por torre para un total de 64 apartamentos.
Teniendo en cuenta lo anterior, esta edificación se clasifica como de Categoría Media, bajo los
lineamientos del Título H de la norma de diseño sismo resistente NSR-10.
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3 GEOLOGÍA Y GEOMORFOLOGÍA
3.1 Geología General
El municipio de Fusagasugá está ubicado en la cordillera oriental donde se encuentran
aflorando rocas de la formación Lodolitas de Fusagasugá (Pgf) caracterizada por ser una
secuencia alternante de lodolitas y arenisca feldespática y líticas que han sido cubiertas por
depósitos cuaternarios de origen fluvial, fluvio torrencial y coluviones recientes1.
Específicamente en el sitio de estudio afloran los depósitos cuaternarios, estos describen como
depósitos de terraza alta (Qta) compuestos por cantos y bloques redondeados de areniscas con
características fluvioglaciares.
Ilustración 3-1Marco Geológico general del municipio de Fusagasugá, en gris la unidad de terraza y en amarillo la formación lodolitas de
Fusagasugá.
Fuente: Plancha Geológica 246 INGEOMINAS- ESC 1:100.000. 2001
1
Memoria explicativa Plancha 246 INGEOMINAS. 2001
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4 CONDICIONES SÍSMICAS
Con base al Reglamento de Construcción Sismo Resistente (Asociación Colombiana de
Ingeniería, 2010) Titulo A se determinaron las condiciones símicas del municipio de
Fusagasugá, este se encuentra en una zona de amenaza sísmica INTERMEDIA con un valor
de aceleración pico efectiva 𝐴𝑎 de 0.2 y la velocidad pico efectiva 𝐴𝑣 de 0.2. Se presenta en la
tabla 4-1 el resumen de los parámetros sísmicos de diseño.
Tabla 4-1 Resumen condiciones Sísmicas
Sitio
Amenaza
Aa
Av
Tipo de Suelo
Fa
Fv
Coeficiente de
importancia
Fusagasugá
Intermedia
0.2
0.2
C*
1.2
1.6
Grupo I–1.0
* Nota: Tipo de suelo establecido con base en la exploración del subsuelo
Para análisis pseudo-estaticos se debe tomar un coeficiente de aceleración kh= 0.192g.
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5 PLAN DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
5.1 Investigación geotécnica
La exploración se llevó a cabo mediante la ejecución de exploración directa por medio de
sondeos mecánicos, y ensayos in situ (ensayo de penetración estándar (SPT)), y exploración
indirecta con líneas sísmicas. La investigación del subsuelo fue llevada a cabo por la firma
INGENIERIA Y GEORIESGOS IGR.
La campaña de exploración realizada por IGR se ejecutó en diferentes años desde el 2012
actualizando la profundidad de exploración e implementando nuevas técnicas como las líneas
sísmicas.
En
la
Ilustración 5-1Localización de los sondeos en el área de estudio. Tomado IGR 2020.
Tabla 5-1 se presenta la profundidad definitiva para cada uno de los sondeos realizados.
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Ilustración 5-1Localización de los sondeos en el área de estudio. Tomado IGR 2020.
Tabla 5-1 Localización y profundidad de sondeos
Sondeo
Año
Tipo
S-1
S-2
S-3
S-1
S-2
S-4
S-5
LS-Inicio
LS-Fin
2012
2012
2012
2014
2014
2016
2019
2019
2019*
Apique
Apique
Apique
S. Mecánico
S. Mecánico
Apique
S. Mecánico
Línea sísmica
Línea sísmica
Profundidad
(m)
1.3
1.1
1.4
6.0
7.5
1.6
8.1
23.0
23.0
Coordenada
Este
963369
963382
963382
963361
963381
963380
963373
963358
963405
Coordenada
Norte
970563
970567
970544
970562
970579
970540
970551
970580
970527
5.2 Ensayos de laboratorio.
La cantidad, tipo y distribución de los ensayos se determinó en función de conocer las
características de los materiales presentes en el sitio. A continuación, se presenta la Tabla 5-2
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resumen de tipo de ensayo realizado y las respectivas cantidades. Los ensayos fueron
practicados por la firma INGENIERIA Y GEORIESGOS.
Tabla 5-2 Resumen ensayos de laboratorio realizados para el área de estudio.
Ensayo
Contenido de agua
Límites de Atterberg
Granulometría
Lavado T200
Peso unitario
Cantidad
18
14
9
2
3
5.3 Perfil Geotécnico
El perfil geotécnico del lote está compuesto por 3 materiales, el primero corresponde a un limo
orgánico de 0.4m, seguido de una arcilla arenosa habana de consistencia dura hasta los 4m y
por último aparece el depósito más grueso conformado por cantos, bloques y gravas de
arenisca en matriz arcillo arenosa. A continuación, se presentan las propiedades físicas y
mecánicas de los materiales.
Material 1. Limo negro orgánico MO
• Humedad Natural (Wn): 19%.
• Peso Unitario Total (t): 1.84 t/m3.
Material 2. Arcilla arenosa dura (CL):
•
•
•
•
•
•
•
Humedad Natural (Wn): 13%.
Limite Líquido (LL): 51%.
Limite Plástico (LP): 19%.
Composición Granulométrica promedio: Gravas: 42%, Arenas: 14% y
Finos: 44%.
Peso Unitario Total (t): promedio 1.93 t/m3.
Resistencia a la Penetración Estándar Ncampo: promedio 31 golpes/pie.
Resistencia al corte, no drenada Cu: 13.55 t/m2.
Material 3. Deposito Fluvioglaciar: Cantos, bloques y gravas de arenisca en matriz arcillo
arenosa:
•
•
•
•
•
•
Humedad Natural (Wn): promedio 19%.
Limite Líquido (LL): promedio 35%. (de la matriz).
Limite Plástico (LP): promedio 14%. (de la matriz).
Composición Granulométrica promedio: Gravas: 82%, Arenas: 11% y Finos: 7%.
Peso Unitario Total (t): promedio 2.6 t/m3.
Resistencia a la Penetración Estándar Ncampo: 60 golpes/pie a rechazo.
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Angulo de fricción interna ɸ = 34°.
Datos tomados textualmente del informe de IGR agosto de 2019.
5.3.1 Condiciones de agua
De acuerdo con la exploración geotécnica, el nivel freático esta a 6m tomado de los ensayos
geofísicos, de acuerdo al estudio de IGR los niveles consignados en los registros de campo
corresponden con los niveles colgados del agua de perforación.
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6 ANÁLISIS GEOTÉCNICOS
6.1 Tipo de cimentación
Como sistema de cimentación se propone el uso de losa o placa de cimentación aligerada, cuyo
centroide geométrico debe coincidir con el centroide de cargas de la estructura, la cota de
cimentación se ajustó de acuerdo a la implantación, buscando que la losa tuviera confinamiento
lateral en todo momento evitando asentamientos diferenciales.
6.2 Implantación de los edificios
Para verificar la implantación definitiva del edificio se realizó un levantamiento topográfico
actualizado del lote, con esta información se procedió a implantar las torres en especial a definir
el nivel de cimentación, que garantizara el empotramiento de la losa de cimentación.
Ilustración 6-1 Levantamiento topográfico del lote (enero de 2020)
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Con la topografía actual se realizo un ejercicio de implantación y se trazaron 3 perfiles a lo largo
del lote, los perfiles 1 y 2 se trazaron sobre las torres A y B respectivamente y el perfil 3 se trazo
transversal al lote visualizando las dos edificaciones.
Ilustración 6-2 Implantación de las dos torres
Una vez implantado el edificio se decidió dejar como nivel de primer piso la cota 1503 que es la
cota de la excavación actual, por debajo de este nivel se debe excavar 0.7m que corresponde a
la losa de cimentación quedando como cota de fondo la cota 1502.3. En la Ilustración 6-3 se
presenta el perfil de la Torre A.
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Ilustración 6-3 Perfil Torre A
En cuanto a la torre B se evidencia que por implantación se requiere un relleno de nivelación en
la mitad occidental, por lo cual se propone primero bajar el nivel con respecto a la torre A 0.6m
con el fin de disminuir este relleno, posteriormente excavar y rellenar en ciclópeo adicional al
espesor de la losa para garantizar que no se presenten asentamientos diferenciales en la torre.
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Ilustración 6-4 Perfil Torre B
Ilustración 6-5 Implantación y Aislamiento recomendado del edificio.
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En resumen, se plantean las siguientes cotas de cimentación y de piso de las torres del
proyecto.
Bloque A
•
•
•
Cota de primer piso 1503m
Cota de cimentación 1502.3m
Espesor de la losa 0.7m
Bloque B
•
•
•
•
•
Cota de primer piso 1502.6m
Cota de losa de cimentación 1502.9
Espesor de la losa 0.7m
Cota de mejoramiento en ciclópeo 1502.3 (0.6m de mejoramiento en concreto ciclópeo)
esquina Nor-occidental
Cota de mejoramiento en ciclópeo 1501.8 (1.1m de mejoramiento en concreto ciclópeo)
esquina Sur-Occidental.
6.3 Evaluación de Capacidad de la Cimentación Existente
De los análisis de implantación y las consideraciones estructurales del edificio, se propone
desde el punto de vista geotécnico el uso de placa de cimentación. Para el análisis de
capacidad portante se utilizó el método de Meyerhof (1971).
La expresión general para el caso puntual sobre un suelo arcilloso (Φ=0) es la siguiente:
Dónde:
qneta(perm)
quneta
FS
Cu
B
L
Df
: Capacidad portante ultima permitida
: Capacidad neta del suelo
Factor de seguridad: 3.0
: Resistencia al corte no drenada
: Ancho de la cimentación
: Largo de la cimentación
: Profundidad de cimentación.
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Para la placa de cimentación se tomó como referencia un valor de 14m de ancho y 20m de
largo.
0.195 ∗ 14𝑚
0.7𝑚
𝑞𝑛𝑒𝑡𝑎(𝑝𝑒𝑟𝑚) = 1.713 ∗ 13.6 𝑡⁄ 2 ∗ (1 +
) (1 + 0.4
)
𝑚
20𝑚
14𝑚
𝑞𝑛𝑒𝑡𝑎 (𝑝𝑒𝑟𝑚) = 27 𝑡⁄ 2
𝑚
Para el dimensionamiento estructural se debe considerar un modelo de cargas uniforme
distribuido sobre la placa de cimentación, y además el centroide geométrico de la placa de
cimentación debe coincidir con el centroide de cargas de la estructura.
6.4 Calculo de Asentamientos
Para la evaluación de los asentamientos elásticos, se empleó la metodología propuesta por
Harr para el cálculo de asentamientos inmediatos en cimentaciones superficiales flexibles, los
cuales se hallan por medio de la siguiente expresión:
Se =
B.qo
2
.(1 −  s ). r
Es
(Centro de la cimentación)
Dónde:
B
q
s
Es
r
:
:
:
:
:
Ancho de la cimentación
Esfuerzo de sobrecarga (Capacidad portante recomendada)
Relación de Poisson
Módulo de elasticidad en condición confinada
Factor de influencia para cimentación flexible
Utilizando los parámetros geotécnicos establecidos y el esfuerzo de trabajo aplicado
(aproximadamente 9 t/m2), se obtiene un valor de asentamiento del orden de 3cm.
6.5 Módulo de reacción vertical Cimientos Superficiales
La evaluación del módulo de reacción vertical se realizó con la expresión convencional utilizada,
la cual se indica a continuación.
Kv=Qamd/St
Dónde:
•
•
•
Qadm es el esfuerzo admisible vertical u el esfuerzo aplicado.
St el asentamiento total,
Es el módulo elástico del suelo
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Tabla 6-1 Módulo de Reacción Vertical Cimientos Superficiales
TIPO CIMENTACIÓN
PLACA CIMENTACIÓN
Esf aplicado
Asentamiento
t/m2
(m)
9
0.03
M. reacción Kv
(t/m3)
300
6.6 Coeficientes Empujes de tierras
Se presenta para el diseño de muros de contención los valores de presión de tierras activa,
pasiva y activa con el efecto de sismo.
COEFICIENTES DE EMPUJES DE TIERRAS (Rankine)
SÍMBOLO
DESCRIPCIÓN
VALOR

Angulo de fricción del material de corte
33.00

Angulo de inclinación de la superficie
0.00

Angulo de inclinación del muro
90.00

Angulo de fricción entre el relleno y el muro
16.50
Kh
Coeficiente de aceleración horizontal (g) (NSR-10)
0.19
Kv
Coeficiente de aceleración vertical (g)
0.02
'
tan-1(Kh/(1-Kv))
11.08
Ka
Coeficiente de presión activa
0.267
Kae:
Coeficiente de presión activa con sismo
0.403
Kp
Coeficiente de presión pasiva
6.243
6.7 Recomendaciones para pavimentos
Para la construcción de las vías internas y parqueaderos se recomiendan las siguientes
alternativas:
La estructura de pavimentos para el multifamiliar Cualamana, se definió con tres capas, una
capa de rodadura en Asfalto, una base en recebo y un mejoramiento en Macadán. Para el
diseño se utilizó un CBR para la conformación del material de macadame del 50% y para el
recebo compactado del 20%.
El resultado de la estructura de pavimento prevista para los parqueaderos y accesos viales de
la urbanización se resumen a continuación en la Tabla 6-2.
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Tabla 6-2 Alternativa de diseño de la estructura de pavimento
CARPETA ASFALTICA
RECEBO COMPACTADO
MACADAME
Total
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO
Espesor (cm)
Espesor (in)
7.0
2.8
15
5.9
25
10.0
47
18.66141732
ai
0.37
0.07
0.12
mi
0.90
0.90
SN Diseño
SN Requerido
CUMPLE
SN
1.0269
0.3720
1.1200
2.519
2.500
La alternativa recomendada considera las siguientes etapas: retiro material superficial,
sobreexcavación y retiro de materia orgánica, conformación del material granular macadan con
una disposición de 30cm, posterior la conformación del recebo con espesor de 15 cms y
finalmente construcción de la carpeta de rodadura de 7.5 cms. La estructura propuesta para la
adecuación se muestra en la Ilustración 6-6.
7,5 cms
Carpeta asfaltica MDC-19
15 cms
Recebo compactado
25cms
Material granular macadan
Ilustración 6-6 Estructura de pavimento flexible para accesos y parqueaderos
La vida útil de esta estructura dependerá del mantenimiento, que se le dé, de la calidad de los
materiales empleados y de los procedimientos usados en la construcción.
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7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIÓN
7.1 Perfil geotécnico
El perfil geotécnico este compuesto por depósitos cuaternarios, el primer material corresponde
a un limo orgánico negro de 0.4m que deberá ser retirado para la cimentación de las torres,
seguido se encuentra una arcilla arenosa con presencia de gravas que en algunos sondeos se
encuentra hasta los 4m, por último, se encuentra el deposito mas grueso compuesto de cantos
y bloques en matriz arcillo arenosa.
7.2 Implantación de Edificios
En el numeral 6.2 se presenta la propuesta de implantación de los edificios teniendo en cuenta
el levantamiento topográfico actualizado, esta propuesta busca garantizar que la losa de
cimentación de las dos torres quede confinada y no se presenten asentamientos diferenciales.
7.3 Sistema de Cimentación, Capacidad y Asentamientos
Como sistema de cimentación se propone el uso de losa o placa de cimentación cuyo centroide
geométrico debe coincidir con el centroide de cargas de la estructura.
De acuerdo a los cálculos realizados se obtuvo que la capacidad portante admisible última es
de 27 t/m2 y los asentamientos elasticos son del orden de 3cm.
7.4 Rellenos
Para la torre B se recomienda un mejoramiento en ciclópeo que hará las veces de relleno para
nivelar la torre y compensar los asentamientos diferenciales.
Para las vías internas y parqueaderos se recomienda utilizar la estructura diseñada en el
numeral 6.7, para senderos peatonales y demás se recomienda utilizar material de recebo
compactado al 95% del Proctor modificado.
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8 LIMITACIONES
Las conclusiones y recomendaciones del presente informe están basadas en los resultados
obtenidos a partir de la información recopilada, investigación del subsuelo y ensayos de
laboratorio ejecutados.
La información de exploración y laboratorio corresponde a sitios puntuales, por lo tanto, los
perfiles geotécnicos obtenidos son aproximados y establecidos de acuerdo a los perfiles de
cada sondeo.
El plano final de las estructuras de cimentación proyectadas debe enviarse a la empresa
consultora que emite el presente documento para su respectiva aprobación.
Si durante la etapa de construcción de las obras se presentan condiciones diferentes a las
consideradas en el presente estudio, se deberá informar al ingeniero Geotecnista para el
estudio de las modificaciones o adiciones que sean necesarias.
9 BIBLIOGRAFÍA
•
•
•
•
•
•
ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente (NSR-10). Titulo A: Requisitos generales de diseño y
construcción sismo resistente. Titulo H: Estudios Geotécnicos, 2010.
ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA. Estudio general de amenaza
sísmica de Colombia, AIS, 2009.
IDRISS, I. M. y BOULANGER, R.W. Soil liquefaction during Earthquakes. Earthquake
Engineering Research Institute (EERI), MNO-12. 2008.
MEYERHOF, Geoffrey. G. Bearing Capacity and Settlement Of Pile Foundations, Journal
Of The Geotechnical Engineering Division, American Society of Civil Engineers, Vol. 102,
No GT3. 1976.
DAS, B. M. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. California State University,
Sacramento. 4 ed. 2001.
DAS, B. M. Fundamentos De Ingeniería Geotécnica. California State University,
Sacramento. 2001.
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