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EVALUACIÓN GEOTÉCNICA DE UNA EDIFICACIÓN DE DOS PISOS EN
ZONAS ALEDAÑAS A LAGUNAS DE LA CARRERA 18 No. 45-28 BARRIO
BUENOS AIRES DE BARRANCABERMEJA
DEXY DAMARYS ALBARRACÍN PÉREZ
CARLOS ALBERTO MONTERROZA VILLADIEGO
UNIVERSIDAD DE SANTANDER
ESPECIALIZACIÓN EN GEOTÉCNIA AMBIENTAL
BUCARAMANGA
2015
EVALUACIÓN GEOTÉCNICA DE UNA EDIFICACIÓN DE DOS PISOS EN
ZONAS ALEDAÑAS A LAGUNAS DE LA CARRERA 18 No. 45-28 BARRIO
BUENOS AIRES DE BARRANCABERMEJA
DEXY DAMARYS ALBARRACÍN PÉREZ
CARLOS ALBERTO MONTERROZA VILLADIEGO
Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al título de
ESPECIALISTA EN GEOTÉCNIA AMBIENTAL
Asesor Metodológico del Proyecto:
MARIA LUCIA SIERRA
UNIVERSIDAD DE SANTANDER
ESPECIALIZACIÓN EN GEOTÉCNIA AMBIENTAL
BUCARAMANGA
2015
3
Nota de Aceptación
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
______________________________
Presidente del Jurado
______________________________
Jurado
______________________________
Jurado
Bucaramanga, Noviembre 2015
4
Primeramente a Dios por su Misericordia y sabiduría en nuestra formación en
el transcurrir de la vida, Con especial Cariño para nuestras familias por el
apoyo moral y sentimental en cada
momento durante este Proceso de desarrollo profesional
y a nuestros profesores que con sus enseñanzas han
afectado nuestros conocimientos capacitándonos
para la realidad del diario vivir.
Dexy Damarys Albarracín Pérez
Carlos Alberto Monterroza Villadiego
5
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan su agradecimiento:
A DIOS, compañero inseparable y guía espiritual de nuestras vidas
A MIS PADRES, por su apoyo incondicional
A TODAS AQUELLAS PERSONAS que de una u otra forma aportaron su granito
de Arena en beneficio de la presente monografía.
6
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCION 19
1. GENERALIDADES DEL PROYECTO 20
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 20
1.1.1 Formulación del Problema 20
1.2 OBJETIVOS 20
1.2.1 General 20
1.2.2 Específicos 21
1.3 JUSTIFICACIÓN 21
2. MARCO REFERENCIAL 23
2.1 ANTECEDENTES 23
2.2 MARCO TEÓRICO 28
2.2.1 Estudio Geotécnico. 28
2.2.1.3. Tipos de Estudios 31
2.2.1.3.1. Estudio Geotécnico Preliminar 31
2.2.1.3.2. Estudio Geotécnico Definitivo 31
2.2.1.4. Estudio de Estabilidades de Laderas 31
2.2.1.4.1. Tipos de Perfil del Suelo 32
2.2.2 Categoría de la unidad de construcción 32
2.2.3 Cimentaciones 32
2.2.3.1.1. Pilotes 36
a. Pilotes de acero 38
b. Pilotes de concreto 38
c.Pilotes de madera. 41
d.Pilotes compuestos 43
2.2.3.1.2. Pilas perforadas y cajones 43
2.2.3.1.2.1. Tipos de pilas perforadas 45
7
2.2.3.1.2.2. Tipos de cajones 46
2.2.4 Manejo de las aguas de escorrentía 49
2.2.4.1. Drenaje superficial 49
2.2.4.2. Caudal de escorrentía 49
2.2.4.2.1.Tipos de canal 53
2.2.4.2.2. Diseño de canales 61
2.2.4.2.2.1. Revestimiento de canales en taludes 62
2.2.5 Control de erosión en obras civiles en zonas tropicales 63
2.2.5.1. Plan maestro para el control de erosión en una obra 63
2.2.5.2. Normas generales de manejo 65
2.3 CARACTERIZACIÓN EN SITU DEL LOTE 67
2.4 MARCO LEGAL 67
3. DISEÑO METODOLÓGICO 69
3.1TIPO DE INVESTIGACIÓN 69
3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA 71
3.3 MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS 71
3.4. INSPECCION DE LA CONSTRUCCIÓN 72
3.5. SONDEOS 81
3.6. DESCRIPCIÓN DE PROBLEMAS GEOTÉCNICOS ENCONTRADOS 84
3.7 ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL TERRENO 84
3.8 ALTERNATIVAS DE DISEÑO GEOTÉCNICO 86
3.8.1. Pilotes en marco H hincados con tubería Ø12’’ con una pantalla de acero 86
3.8.2. Pilotes en marco H hincados con tubería Ø12’’ con una pantalla de
contención en concreto reforzado 87
3.8.3. Construcción de pozos de cimentación y casson 87
3.8.4. Construcción de pilotes pre excavados, pozos de cimentación y gaviones 87
3.9 DISEÑOS DEFINITIVOS ALTERNATIVA SELECCIONADA 90
3.9.1. Sistema de Pilotes 90
3.9.2. Vigas cabezote 91
CONCLUSIONES 95
8
RECOMENDACIONES 97
BIBLIOGRAFÍA 98
9
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Aspectos a Evaluar en un Estudio Geotécnico 29
Figura 2. Clases de Cimentaciones 34
Figura 3. Tipos de Cimentaciones Directas 35
Figura 4. Esquemas de Cimentaciones Profundas (Pilotaje) 36
Figura 5. Condiciones para el uso de cimentaciones con pilotes 38
Figura 6. Pilotes prefabricados con refuerzo ordinario 39
Figura 7. Pilotes de concreto colocados in situ 41
Figura 8. Empalme de pilotes de madera 42
Figura 9. Tipos de pilas perforadas (a) pila recta; (b) y (c) pila acampanada;
(d) pila recta empotrada en roca. 45
Figura 10. Cajón abierto 47
Figura 11. Cajón cerrado 48
Figura 12: Canal de protección en la corona del relleno de una vía (AASHTO). 53
Figura 13: Canales en piedra pegada con mortero 54
Figura 14: Canales revestidos en suelo cemento. 55
Figura 15: Canales revestido en concreto 56
Figura 16: Dique para el desvío de aguas de escorrentía (McCullah, 2001). 57
Figura 17: Diagrama ilustrativo de la función de un cortacorriente. 58
Figura 18: Cortacorrientes en corte relleno. 59
Figura 19: Cortacorrientes utilizando trinchos. 60
Figura 20: Vegetalización de canales (McCullah, 2001). 62
Figura 21. Fisuras en la placa de cubierta del primer piso 80
Figura 22. Fisuras en la placa de cubierta del segundo piso 80
Figura 23. Fisuras en la placa de cubierta de sotano 81
Figura 24. Ubicación de sondeos 82
Figura 25. Perfil de sondeos 82
Figura 26. Modelo del sistema vivienda talud existente 85
10
Figura 27. Modelo de pilotes en marco H con pantalla de acero 86
Figura 28. Modelo de pilotes en marco H con pantalla en concreto 87
Figura 29. Modelo con gaviones 88
Figura 30. Modelo con gaviones y pilotes 89
Figura 31. Esquema columna-pilote. 92
Figura 32. Planta vigas de amarre proyectadas. 94
11
LISTA DE FOTOGRAFÍAS
pág.
Fotografía 1. Fisuras en la Fachada de la Edificación. 72
Fotografía 2. Grietas en muros 73
Fotografía 3. Grietas en pisos 73
Fotografía 4. Grietas en muros y enchapes 74
Fotografía 5. Fisura zona de fachada 74
Fotografía 6. Fisura zona de entrada 75
Fotografía 7. Fisuras en placa zona de cocina 75
Fotografía 8. Contrafuertes laterales construidos por anterior dueño con el fin
de sostener la vivienda 76
Fotografía 9: No existe calidad en el alineamiento y aplome de los muros zona
posterior de la vivienda 76
Fotografía 10. Columna en garaje zona lateral derecha. No encontró zapata a
la profundidad explorada 77
Fotografía 11. Columna en garaje zona lateral izquierda. A nivel superficial. 77
Fotografía 12. Columna en parte posterior zona de segundo sótano. 78
Fotografía 13. Columna en zona exterior izquierda. 78
Fotografía 14. Acero en columna zona lateral derecha 79
Fotografía 15. Inspección columna zona fachada principal 79
12
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Clasificación de las unidades de construcción por categorías 32
Tabla 2. Valores típicos del coeficiente de escorrentía C (Japan Road
Association). 51
Tabla 3 Control de erosión en construcciones civiles. 66
13
GLOSARIO
ASENTAMIENTO: Desplazamiento vertical o hundimiento de cualquier elemento
de la vía.
ASENTAMIENTO DIFERENCIAL: Diferencia de nivel como consecuencia del
desplazamiento vertical o hundimiento de cualquier elemento de la vía.
CABEZAL PARA PILOTES: Bloque de madera, rollo de mecate, o ambos, que se
colocan sobre la cabeza del pilote con fines de protección, y sirven para
amortiguar y repartir el golpe del mazo de un martinete.
CAISSÓN: Tipo de cimentación. Se utiliza cuando los suelos no son adecuados
para cimentaciones superficiales, por ser blandos; frecuentemente se emplea para
cimentar pilares de puentes en el cauce de los ríos. Su particularidad consiste en
que se va construyendo a medida que se va hundiendo en el terreno y su sección
transversal puede ser redonda, cuadrada, rectangular o elíptica.
CALICATA: Excavación superficial que se realiza en un terreno, con la finalidad de
permitir la observación de los estratos del suelo a diferentes profundidades y
eventualmente obtener muestras generalmente disturbadas.
CAPACIDAD DE CARGA DEL TERRENO: Es la resistencia admisible del suelo de
cimentación considerando factores de seguridad apropiados al análisis que se
efectúa.
CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA DEL TERRENO: Es la presión requerida para
producir la falla del terreno, sin considerar factores de seguridad.
14
CIMENTACIÓN: Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales
cuya misión es transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este
al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni
produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es,
generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de
contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que
los elementos soportados (excepto en suelos rocosos muy coherentes).
CIMENTACIÓN SUPERFICIAL: Son aquellas que se apoyan en las capas
superficiales o poco profundas del suelo, por tener éste suficiente capacidad
portante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y
relativamente livianas. En este tipo de cimentación, la carga se reparte en un
plano de apoyo horizontal. Las cimentaciones superficiales se clasifican en:
Cimentaciones ciclópeas, zapatas: zapatas aisladas, corridas y combinadas, losas
de cimentación.
CIMENTACIÓN PROFUNDA: Las Cimentaciones Profundas son un tipo de
Cimentaciones, se basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentación
para soportar las cargas aplicadas, o más exactamente en la fricción vertical entre
la cimentación y el terreno. Por eso deben ser más profundas, para poder proveer
sobre una gran área sobre la que distribuir un esfuerzo suficientemente grande
para soportar la carga. Generalmente son de hormigón, llamados Muros Pantalla o
por pilares hincados en el suelo, conocidos como Pilotes.
EROSIÓN: La erosión es un fenómeno que abarca la separación, arrastre, el
transporte y la sedimentación de los suelos, por la acción de los denominados
agentes erosivos, siendo los principales el agua, el viento, el hielo y los
organismos vivos (los cuales se constituyen en medios de transporte) y la fuerza
de gravedad.
15
ENSAYO DE COMPRESIÓN: Ensayo para determinar la resistencia de un
material o su deformación ante un esfuerzo de compresión.
ENSAYO DE PENETRACIÓN (Sonda de Windsor): Medidor de dureza. El aparato
consiste en una pistola activada por pólvora que clava una sonda de aleación
dentro del concreto. Se mide la longitud expuesta de la sonda y se la relaciona con
una tabla de calibración para obtener la resistencia a compresión del concreto.
ENSAYO NORMALIZADO PARA TERRONES DE ARCILLA Y
PARTÍCULASDESMENUZABLES EN LOS AGREGADOS: Procedimiento para
determinar el contenido de terrones de arcilla y partículas desmenuzables en
agregados que se emplearán en la elaboración de concretos y morteros.
ENSAYO SPT (Standard Penetration Test): Medida de la resistencia de un suelo
al ser hincado en el terreno, un muestreador ó instrumento.
EQUIVALENTE DE ARENA: Proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo
(sucio) o material arcilloso en los suelos o agregados finos.
EROSIÓN: Desgaste producido por el agua en la superficie de rodadura o en otros
elementos de la carretera.
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS: Mejoramiento de las propiedades físicas de un
suelo a través de procedimientos mecánicos e incorporación de productos
químicos, naturales o sintéticos. Tales estabilizaciones, por lo general se realizan
en las superficies de rodadura o capas inferiores de la carretera, y son conocidas
como suelo cemento, suelo cal y otros diversos.
GAVIONES: Tipo de muro de diversos usos conformado por lo general de malla
metálicas rellenadas por material pétreo según diseño.
16
GEOTEXTIL: Material de construcción sintético u orgánico que existe engrandes
variedades y tienen una amplia gama de aplicaciones en obras viales.
GRIETA: Fractura, de variados orígenes, con un ancho mayor a 3 milímetros.
HORIZONTE (suelo): Una de las capas de un perfil de suelos.
LÍMITE LÍQUIDO: Contenido de agua del suelo entre el estado plástico y el líquido
de un suelo.
LÍMITE PLÁSTICO: Contenido de agua de un suelo entre el estado plástico y el
semi-sólido.
LIMOS: Partículas de roca o minerales cuyas dimensiones están entre 0,02 y
0,002 mm.
PILOTE: Elemento de cimentación profunda de madera, acero o concreto.
Transmiten la carga por punta o fricción del cuerpo con el suelo que lo circunda o
por ambas.
PRESIÓN ADMISIBLE: Máxima presión que la cimentación puede transmitir al
terreno sin que ocurran asentamientos mayores a lo admisible, según lo
especifique la norma del diseño respectiva.
PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN: Es la cota o estrato del terreno de fundación
de la estructura de una obra.
17
RESUMEN GENERAL DE TRABAJO DE GRADO
TITULO: EVALUACIÓN GEOTECNICA DE UNA EDIFICACIÓN DE DOS PISOS EN ZONAS ALEDAÑAS A LAGUNAS DE LA CARRERA 18 No 45-28 BARRIO BUENOS AIRES DE BARRANCABERMEJA AUTORES: CARLOS ALBERTO MONTERROZA VILLADIEGO DEXY DAMARYS ALBARRACIN PEREZ FACULTAD: ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA AMBIENTAL La evaluación geotécnica es un requisito fundamental para el diseño de un sistema de cimentación y/o estabilización del terreno. Se puede definir como un conjunto de actividades que comprenden la investigación del subsuelo, los análisis y recomendaciones para el diseño y construcción de la obra, con el fin de garantizar su estabilidad. La presente monografía se realizó con el fin de analizar y plantear posibles soluciones a la problemática de estabilidad del terreno sobre el cual se construyó la vivienda ubicada en el sector del barrio Buenos Aires carrera 18 No. 45-28, del municipio de Barrancabermeja; siendo éste uno de los puntos de mayor riesgo potencial a colapso debido a que se encuentra cimentada sobre un relleno de origen lacustre en una ladera y no posee un sistema de cimentación adecuado tal como lo recomienda la Norma Sismo resistente NSR-10 en su títulos C, E y H. Se realizaron cinco sondeos con el fin de identificar el perfil y las propiedades del suelo. Además se realizó un levantamiento de las afectaciones del inmueble, manifestado en las fisuras y grietas en sus acabados y elementos estructurales. Se analizó la estabilidad del terreno en las condiciones actuales y se encontró un factor de seguridad de 1.10 el cual no es aceptable para la norma NSR-10. Se plantearon posibles alternativas de solución para garantizar la estabilidad del terreno y aumentar su factor de seguridad. Las alternativas se evaluaron teniendo en cuenta varios aspectos y se eligió la que presentó el menor grado de riesgo y dificultad en su proceso constructivo y el menor costo de ejecución. La alternativa elegida tiene como finalidad garantizar la estabilidad el terreno de cimentación y de la vivienda en conjunto. PALABRAS CLAVES: Evaluación geotécnica, estabilidad del terreno, factor de seguridad, colapso, sistema de cimentación
18
ABSTRACT TITLE: GEOTECHNICAL EVALUATION OF A TWO-STOREY BUILDING IN AREAS SURROUNDING TO GAPS IN THE STREET 18 NUMBER 45-28 BUENOS AIRES NEIGHBORHOOD IN BARRANCABERMEJA AUTHORS: CARLOS ALBERTO MONTERROZA VILLADIEGO DEXY DAMARYS ALBARRACIN PEREZ FACULTY: SPECIALIZATION IN ENVIRONMENTAL GEOTECHNICS The geotechnical evaluation is a fundamental requirement to the design of a foundation system and / or soil stabilization. It can be defined as a set of activities that include subsurface investigation, analysis and recommendations for the design and construction of the work, in order to ensure its stability. This monograph was conducted in order to analyze and propose possible solutions to the problem of stability of the land on which the house located in the area of Buenos Aires neighborhood Street 18 No. 45-28, of the municipality of Barrancabermeja was built; this being one of the points of greatest potential risk to collapse because it is founded on a filling of lacustrine origin in a hillside and has no proper foundation system as recommended by the Earthquake Resistant Standard NSR-10 in their titles C , E and H. Five probes were conducted in order to identify the profile and soil properties. In addition it was made a lifting of the effects of the property, expressed in the fissures and cracks in their finishes and structural elements. The stability of the ground under the present conditions was analyzed and a safety factor of 1.10, which is not acceptable to the NSR-10 standard, was met. There were planned possible solutions to ensure the stability of the ground and increase its safety factor. The alternatives were evaluated considering several aspects and it was chosen the one that had the lowest degree of risk and difficulty in its construction process and the lower cost of implementation. The alternative chosen is intended to ensure the stability of the ground foundation and housing together. KEYWORDS: Geotechnical assessment, ground stability, safety factor, collapse, foundation system
19
INTRODUCCIÓN
La presente investigación consiste en el análisis de alternativas y diseño
geotécnico para la estabilización del terreno en que se encuentra cimentada la
vivienda ubicada en la carrera 18 No. 45-28 del barrio Buenos Aires en el
municipio de Barrancabermeja. Se evaluó la estructura teniendo en cuenta las
cargas vivas, la carga muerta propia de la estructura y las cargas debidas al
empuje lateral del suelo y al efecto sísmico. Además se analizó el factor de
seguridad que presenta la casa con respecto a la estabilidad del terreno.
La edificación en la fachada principal presenta tres niveles y en la parte posterior
posee cuatro niveles. La estructura está compuesta de un sistema de pórticos y en
los niveles inferiores y en el último nivel presenta un sistema de mampostería
confinada.
Se realizaron cinco sondeos con el fin de identificar el perfil y las propiedades del
suelo. Además se realizó un levantamiento de las afectaciones del inmueble,
manifestado en las fisuras y grietas en sus acabados y elementos estructurales.
20
1. GENERALIDADES DEL PROYECTO
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La edificación objeto de estudio presenta movimientos rotacionales debido a
asentamientos diferenciales causados por las condiciones del suelo y al sistema
de cimentación construido; estas falencias se manifiesta en fisuras y grietas entre
3 mm a 1 cm en mampostería, pisos, enchapes y algunos elementos estructurales.
La zona de estudio sobre la cual está cimentada la vivienda ha presentado
problemas de inestabilidad del suelo, siendo este de origen lacustre.
Sumado a los factores anteriormente expuestos se tiene que en las olas
invernales del mes de enero al mes de mayo el nivel freático fluctúa causando
saturación de los suelos, lo cual disminuye la resistencia al cortante, acentuando
el problema y sometiendo a los habitantes de la vivienda a un riesgo latente. De
no tomarse las medidas de estabilización geotécnica y estructural se puede
presentar un detrimento del estado del inmueble llevándolo a condiciones
inhabitables. Además se puede afectar la infraestructura vial y las redes de
servicios públicos del área de influencia sobre la que está el proyecto.
1.1.1 Formulación del Problema. ¿Cuáles son los criterios que permiten la
evaluación geotécnica de la edificación ubicada en el sector del barrio Buenos
Aires carrera 18 No. 45-28 en la ciudad de Barrancabermeja Santander?
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 General. Evaluar geotécnicamente la edificación ubicada en el sector del
barrio Buenos Aires carrera 18 No. 45-28 en la ciudad de Barrancabermeja, con el
fin de plantear sistemas de estabilización de la edificación.
21
1.2.2 Específicos
Diagnosticar la edificación (descripción de la estructura, altura, profundidad,
apoyo en el terreno, fisuras, desprendimientos, defectos de ejecución).
Caracterizar el material térreo del área de estudio.
Analizar la estabilidad del terreno.
Proponer un sistema de estabilización viable técnica y económicamente.
1.3 JUSTIFICACIÓN
La presente monografía se realiza con el fin de analizar y plantear posibles
soluciones a la problemática de estabilidad del terreno que presenta la vivienda
ubicada en el sector del barrio Buenos Aires carrera 18 No. 45-28, del municipio
de Barrancabermeja; siendo este uno de los puntos de mayor riesgo potencial a
colapso debido a que se encuentra cimentada sobre un relleno de origen lacustre
en una ladera y no posee un sistema de cimentación adecuado tal como lo
recomienda la Norma Sismo resistente NSR-10 en su títulos C, E y H.
Este estudio se requiere para analizar las posibles causas de la problemática
existente, ya que de no tomarse las medidas de estabilización geotécnica y
estructural, se puede presentar un deterioro del estado del inmueble llevándolo a
condiciones inhabitables y/o pérdida total. Además se puede afectar la
infraestructura vial, las redes de servicios públicos del área de influencia sobre la
que está el proyecto y las viviendas aledañas.
Esta problemática causa una devaluación del inmueble y un detrimento de la zona,
colocando en riesgo latente de colapso las viviendas construidas sobre estos
terrenos y generando una preocupación a sus propietarios.
El estudio geotécnico contempla la caracterización del material térreo del área del
proyecto, analizando las causas de inestabilidad del terreno y planteando las
22
posibles alternativas para mitigar estos efectos con obras de ingeniería así como
un refuerzo estructural.
El tipo de solución a construir requiere de un seguimiento especial dada la
complejidad geológica y geotécnica del área a intervenir. El seguimiento
geotécnico servirá de registro y apoyo durante el proceso constructivo de la
solución, con aplicaciones al manejo del riesgo.
Dentro de las posibles soluciones al problema actual se recomienda por parte del
grupo de trabajo estabilizar la cimentación de la vivienda mediante un sistema de
caisson y vigas de amarre. Este método de estabilización genera una resistencia
al cortante en el terreno donde se encuentra cimentada la edificación, aumentando
la longitud de la línea de falla y por consiguiente el factor de seguridad.
23
2. MARCO REFERENCIAL
2.1 ANTECEDENTES
Dentro del desarrollo científico de la Geotecnia en mecánica de suelos se tienen
estudios en relación con el tema a través de la historia, como el de Enrique
Santoyo V/ Enrique Santoyo R. en el 2002 denominado Retos Geotécnicos en
edificios ligeros. Según el estudio, poblaciones que han desarrollado zonas
habitacionales sobre terrenos pantanosos, algunas están manifestando problemas
de cimentación, en particular por la presencia de turbas compresibles. Entre las
causas del desplome de los edificios se encuentran, errores de diseño, errores de
construcción, cambios en el uso de los edificios, efectos de un sismo, rotura de
drenajes y fugas de las redes de acueducto, discontinuidades inducidas,
heterogeneidad del suelo, secado del suelo y extracción del agua del suelo.
Dentro del estudio se plantean técnicas de renivelación de suelos mediante la sub
excavación (túneles de 10 cm de diámetro debajo de la estructura a corregir) y las
inclusiones rígidas (columnas de cal, pilotes de arena, columnas de piedra,
columnas de concreto sin acero de refuerzo, núcleos y láminas de mortero).
La primera técnica planteada busca la corrección geométrica de la edificación, que
consiste en extraer ordenadamente pequeños volúmenes de suelo para inducir
asentamientos que redujeran la deformación histórica acumulada en la estructura.
La segunda alternativa es la de las inclusiones rígidas, la cual es una técnica de
mejoramiento de suelos blandos que reduce el costo de cimentación de
estructuras ligeras, las cuales podrán competir con los pilotes de fricción. Estas
técnicas están siendo utilizadas en la ciudad de México. 1
1 SANTOYO V., E. y SANTOYO R., Enrique. Retos Geotécnicos en Edificios Ligeros. TGC Geotecnia y TGC Ingeniería.
24
El gran número de edificios actualmente inclinados en la ciudad de México hacen
necesario practicar su sub excavación para enderezarlos como una acción
correctiva singular; sin embargo, al paso de los años el inevitable incremento de
los edificios inclinados como consecuencia de los factores analizados en la zona
para este tipo de suelo, hará que la sub excavación se transforme en una acción
de mantenimiento peculiar que se justificará para mantener la seguridad y
comodidad de los usuarios de esos edificios.
La sub excavación en suelos en la ciudad de México hasta ahora se ha practicado
predominantemente con herramientas manuales en un trabajo artesanal, aunque
en algunos casos se han empleado perforadoras ligeras. Estas técnicas se aplican
cuando los edificios tienen cajones de cimentación y son riesgosas para edificios
sobre losas con contratrabes.
Por el contrario, la sub excavación empleando el Rotor y el Hidrotha demostrado
que es posible hacerla con una precisión imposible de lograr con las otras
técnicas, que incluso permite variar la dirección de las horadaciones y adaptarse a
casi cualquier cimentación.2
Enrique Santoyo V. y Enrique Santoyo R, también plantea la técnica de
inclusiones rígidas en la cimentación sobre suelos blandos de edificios
habitacionales ligeros, en escuelas y plazas comerciales; otras aplicaciones de las
inclusiones serán en la recimentación de edificios y como complemento de pilotes.
El diseño de estos elementos se debe basar en asumirlas como refuerzo del
subsuelo para reducir su deformabilidad, porque diseñarlas como si fueran pilotes
es una solución falsa, pero aun así los resultados pueden ser satisfactorios.
2 Ibíd.
25
La Ingeniería Geotécnica está obligada a identificar soluciones de cimentación que
sean congruentes con el comportamiento futuro del subsuelo donde se construyan
estructuras; esto frecuentemente se soslaya en los edificios ligeros con el empeño
de ahorrar en las cimentaciones y ha sido el origen de muchos problemas de
funcionalidad e incluso de pérdida de la seguridad.
Los diferentes estudios han dado lugar a la necesidad de aplicar nuevas
tecnologías para resolver los casos problema que se van identificando, entre ellas
la subexcavación de edificios y las inclusiones rígidas constituyen buenos
ejemplos de esa búsqueda de soluciones. 3
Otras investigaciones relacionadas con el tema son los análisis de bloques
deslizantes Newmark4, que son ampliamente utilizados para la estimación de los
desplazamientos permanentes de taludes en los terremotos.
El modelo convencional de Newmark, sin embargo, deja de lado la respuesta
dinámica del material por encima de una superficie de falla potencial. Se han
desarrollado procedimientos de desacoplado para tener en cuenta esa respuesta,
pero estos procedimientos no toman en cuenta los efectos de desplazamiento
permanente en la respuesta.
El modelo de análisis modificado de Newmark que considera la respuesta
dinámica, incluye los efectos de los desplazamientos permanentes del material por
encima de la superficie de falla.
El análisis de Newmark modificado muestra que el enfoque desacoplado produce
estimaciones conservadoras de desplazamientos permanentes para fallas de
3 Ibíd. 4 KRAMER, Steven y SMITH, Matthew. Modelo Newmark modificado para desplazamiento sísmico de taludes.
26
masas rígidas y/o superficiales, pero este puede producir estimaciones poco
conservadoras para fallas de masas suaves y/o profundas.
Existen numerosos taludes de grandes vertederos alineados que pueden caer en
esta última categoría. También se introduce la idea de un espectro de talud, que
ilustra el efecto del período natural una falla potencial sobre un talud de
desplazamiento permanente.
En 1990 el instituto de estudio geológico de California ubicó en un mapa las zonas
consideradas como potencialmente susceptibles a licuación inducidas por un
sismo. Se desarrolló un análisis para distinguir los sitios para los cuales solo
pequeñas deformaciones del terreno son probables para sitios en los cuales
grandes derrumbes podrían ocurrir. El procedimiento de análisis se basó sobre
una calibración seudoestática de la estabilidad sísmica de taludes. Se utiliza el
coeficiente de estabilización sísmica horizontal (k). Si el Factor de seguridad FS> 1
el sitio pasa la selección y por tanto no son necesarios análisis adicionales. Si el
factor de seguridad FS <1 el sitio falla, y por tanto se requieren análisis más
detallados.
El comportamiento de toda cimentación depende primordialmente de las
propiedades ingenieriles que tengan los depósitos de suelos, por eso es
importante discernir entre los diferentes depósitos de distinta clase, identificar sus
constituyentes principales y conocer sus características físicas. Igualmente los
tipos de cimentación y los métodos de construcción5.
En el 2007 los ingenieros Ing. Álvaro Ulloa Calderón, Ing. William Vargas Monge,
PhD, realizan un estudio paramétrico de las condiciones de falla, desarrollando
una metodología de evaluación simplificada de la vulnerabilidad geotécnica de
terraplenes de carreteras en zonas montañosas de Costa Rica. La investigación
5 Apuntes Especialización en Geotécnia Ambiental. Módulo de Fundaciones. 2013.
27
está basada en el análisis teórico de estabilidad de modelos con diferentes
configuraciones geométricas y propiedades geotécnicas. Los resultados se
expresan mediante ecuaciones y gráficos que relacionan el factor de seguridad
con las características geométricas, geotécnicas y sísmicas. La validez de las
ecuaciones simplificadas se verifica con cinco casos de fallas reales y finalmente
se proponen criterios de evaluación preliminar de la vulnerabilidad de terraplenes
en zonas montañosas.6
Los resultados de estos estudios permiten definir estrategias para el control de la
estabilidad de rellenos sobre laderas, cumplir con los requisitos de seguridad y
reducir la vulnerabilidad.
Los criterios de vulnerabilidad alcanzados, son una herramienta práctica muy útil
para la toma de decisiones y sobre todo para la planificación y evaluación rápida
de la influencia de diferentes parámetros en la estabilidad general, apoyándose en
los estudios básicos realizados en todo proyecto de construcción de
infraestructura con el fin analizar deslizamientos de terraplenes en forma
simplificada, predecir el FS, con un error muy bajo, Priorizar la intervención de los
rellenos con alto grado de vulnerabilidad y diagnosticar o diseñar preliminarmente
la obra.7
Peck, Hanson y Thornburn en el 20098 editan el estudio de estos aspectos con el
nombre de ingeniería de cimentaciones, además analizan algunos problemas que
se pueden presentar en la construcción de cimentaciones, así como algunas
posibles soluciones. Entre estos problemas se destacan: la importancia de obtener
toda la información disponible sobre las características del subsuelo antes de
6 ULLOA CALDERÓN, Álvaro y VARGAS MONGE, William. Metodología simplificada para evaluación de vulnerabilidad geotécnica de terraplenes en carreteras de montaña de Costa Rica. Infraestructura Vial, Vol 19 (#18), 4-14. 2007 7 Ibíd. 8 PECK, Ralph; HANSON, Walter y THOMBUM, Thomas. Ingeniería de Cimentaciones. México. 2009.
28
iniciar las obras; las dificultades que se encuentran al instalar elementos
especiales de cimentaciones, tales como pilotes, cajones y apuntalamientos o
recalces.
En la actualidad se realizan estudios de casos a diario en todo lo relacionado con
la geotecnia en diferentes proyectos, teniendo en cuenta la viabilidad técnica y
económica.
2.2 MARCO TEÓRICO
2.2.1 Estudio Geotécnico. La Evaluación Geotécnica es un requisito fundamental
para el diseño de un sistema de cimentación y/o estabilización de terreno.
Se puede definir como conjunto de actividades que comprenden la investigación
del subsuelo, los análisis y recomendaciones para el diseño y construcción de la
obra que tenga contacto con el suelo.
“El estudio geotécnico que se realiza previamente al proyecto de un edificio, tiene
por objeto determinar la naturaleza y propiedades del terreno, necesarios para
definir el tipo y condiciones de cimentación”*
Los estudios geotécnicos deben conducir a evaluar
* Esta definición, extraída del libro “Curso Aplicado de Cimentaciones”, reeditado por el COAM, se refiere al Estudio Geotécnico para Construcción. Además, existe otro tipo, denominado Estudio de Evaluación Geotécnica, que sirve para determinar las características geotécnicas generales de áreas extensas, y es especialmente recomendable para proyectos de urbanización. Rodríguez Ortiz y otros, 1984
29
Figura 1. Aspectos a Evaluar en un Estudio Geotécnico
Fuente: Módulo de Ingeniería de Cimentaciones Álvaro Pedroza. Especialización en Geotecnia
Ambiental.
2.2.1.1 Investigación del subsuelo. es aquel que comprende el estudio y
conocimiento del origen geológico, la exploración y los ensayos de campo y
laboratorio.
2.2.1.2 Análisis y recomendaciones. interpretación técnica conducente a la
caracterización del subsuelo y la evaluación de posibles mecanismos de falla para
suministrar los parámetros y las recomendaciones necesarias para el diseño y la
construcción de las cimentaciones y otras obras relacionadas con el subsuelo.
CAPACIDAD
PORTANTE
ASENTAMIENTOS
AMENAZAS
NATURALES
EFECTO
DE SITIO
PROPIEDADES DE
LOS
GEOMATERIALES
PERFIL
LITOLÓGICO
POSICIÓN DEL
NIVEL FREÁTICO
CONDICIONES
CLIMATOLÓGICAS
CONDICIONES
GEOMORFOLÓGICAS
CONTEXTO URBANO
RURAL
COMPACIDAD
CONSISTENCIA
30
Para planificar el estudio es necesario de disponer de la siguiente información:
Del Proyecto (situación actual, dimensiones y morfología, estado actual de la
obra).
De la edificación de proyecto (nº de alturas y sótanos, tipo de estructura
prevista, profundidad de apoyo en el terreno).
Del terreno (encuadre geológico general, suelos o rocas aflorantes,
problemáticas posibles).
De edificios próximos (distancia, nº y profundidad de los sótanos, posibles
influencias.
Investigaciones del sitio incluyen la evaluación del riesgo para el medio ambiente,
la propiedad y los seres humanos frente a los peligros naturales, (como caídas de
rocas, flujos de detritos, licuefacción del suelo, hundimientos, terremotos y
deslizamientos de tierra). Empresas de ingeniería geotécnica determinan y
diseñan el tipo de movimientos de tierra, fundaciones, y / o pavimento sub-grados
necesarios para los trabajos previstos según sea el caso.
Para el tiempo de realización del estudio geotécnico se deben plantear 4 fases
consecutivas, con sus respectivas actividades:
1) Tener el personal y los equipos disponibles para realizar el estudio geotécnico.
Suministrar la información básica del proyecto. Reconocimiento previo del terreno.
Emisión del presupuesto.
2) Ejecución de la campaña de prospecciones (calicatas, sondeos mecánicos,
etc.). Normalmente requieren el empleo de maquinaria y algunos medios auxiliares
(accesos, permisos, agua, entre otros.). Levantamiento de secciones geológicas
del terreno y toma de muestras.
31
3) Preparación y realización de ensayos de laboratorio. Interpretación de los datos
y análisis conjunto de resultados.
4) Redacción y elaboración del informe: memoria, planos, fotografías y figuras.
Diseño final y edición.
2.2.1.3Tipos de Estudios. Hay tres clases de tipos de estudio de suelos.
2.2.1.3.1 Estudio Geotécnico Preliminar. Este se define así porque es para
aproximarse a las características geotécnicas del terreno, con el fin de establecer
las condiciones que limitan su aprovechamiento y parámetros generales para la
elaboración de un proyecto.
Contenido: obligatoriedad del estudio geotécnico preliminar.
2.2.1.3.2 Estudio Geotécnico Definitivo. Para un proyecto específico, en el cual
el ingeniero geotecnia debe consignar todo lo relativo a las condiciones físico -
mecánicas del subsuelo y las recomendaciones particulares para el diseño y
construcción de todas las obras relacionadas conforme a las normas contenidas
en este título h.
Contenido: del proyecto, del subsuelo, de los análisis geotécnicos de las
recomendaciones para el diseño, de las recomendaciones para construcción,
anexos.
2.2.1.4 Estudio de Estabilidades de Laderas. Donde las condiciones geológicas
hidráulicas y de pendiente lo exijan, se deben realizar estudios particulares de
32
estabilidad de laderas cuando se hayan incluido como parte de los estudios
geotécnicos preliminares o definitivos.9
2.2.1.4.1 Tipos de Perfil del Suelo. La identificación del perfil de suelo se realiza
a partir de la superficie del terreno. Cuando existe sótanos, o laderas, el ingeniero
geotecnista, de acuerdo con el tipo de cimentación propuesta, puede variar el
punto a partir del cual se inicia la definición del perfil, por medio de un estudio
acerca de la interacción que pueda existir en la estructura de contención y el suelo
circundante; pero en ningún caso este punto puede estar por debajo de la losa
sobre el terreno del sótano inferior.
2.2.2 Categoría de la unidad de construcción. Las unidades de construcción se
clasifican en Baja, Media, Alta y Especial, según el número total de niveles y las
cargas máximas de servicio.
Tabla 1. Clasificación de las unidades de construcción por categorías
Fuente: NSR-10 Tabla H.3.1-1
2.2.3 Cimentaciones. El objeto de una cimentación es transmitir al terreno de
forma amortiguada las cargas estructurales que no se pueden transmitir
directamente al mismo por ser un material de baja resistencia y elevada
deformabilidad10.
9 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA. Ingeniería de la construcción. Ingeniería Geotécnica. Apuntes tema 5. 10 Ibíd.
33
Una cimentación adecuada debe cumplir con los siguientes requisitos:
Cumplir las exigencias definidas para el nivel de emplazamiento. Es decir, que
Df sea tal que el cimiento no se vea afectado por heladas, cambios de volumen del
suelo, actividad orgánica, grietas de contracción, excavaciones posteriores,
fluctuación del nivel freático, entre otros.
Tendrá una dimensiones tales que la presión de contacto no supere la
capacidad admisible de soporte del suelo de apoyo. Es decir11:
𝑞𝑎 ≅𝑞𝑢𝑙𝑡
𝐹𝑆≥ 𝑞𝑐
𝑞𝑐 ≈ ∑ 𝑄𝑖 ≈ 𝑄𝑣 + 𝑄𝑚
𝑛
𝑖=1
+ 𝑄𝑎
𝑞𝑢𝑙𝑡 ≈ 𝑐𝑁𝑐𝐹𝑐 + 𝑞´𝑁𝑞𝐹𝑞 + 0.5𝛾𝑁𝛾𝐹𝛾
No deberá experimentar asentamientos intolerables. Es decir:
∆𝐻𝑅𝐸𝐴𝐿 ≤ ∆𝐻𝐸𝑆𝑇𝐼𝑀𝐴𝐷𝑂 ≤ ∆𝐻𝑇𝑂𝐿𝐸𝑅𝐴𝐵𝐿𝐸
11 Universidad de Castilla La Mancha. Estructuras de hormigón armado. Tema 4. Cimentaciones. Zapatas aisladas
34
2.2.3.1 Clases de Cimentaciones
Figura 2. Clases de Cimentaciones
Fuente: Ingenieros autores del Proyecto
CIMENTACIONES
CIMENTACIONES
SUPERFICIALES
PROFUNDAS
INDIRECTAS
CIMENTACIONES
AISLADOS
LOSAS
CIMENTACIONES
COMBINADOS
CIMENTACIONES
CONTINUOS
PILAS
CAISSON
PILOTES
35
Se debe tener en cuenta que:
- Cimentaciones superficiales: D/B < 4
- Cimentaciones semiprofundas 4 < D/B < 8 a 10
- Cimentaciones profundas 8 a 10 < D/B
Con el fin de estabilizar el conjunto estructura-suelo se estudiaran algunos
sistemas eventualmente servirían para dicho propósito:
a. Cimentaciones superficiales.
Cuando el nivel de cimentación es inferior a cuatro veces la dimensión menor del
cimiento12.
Figura 3. Tipos de Cimentaciones Directas
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. Cuarta Edición. 1999.
12 BRAJA M., Das. Principio de ingeniería de cimentaciones. Cuarta edición. 1999.
36
b. Cimentaciones profundas.
Cuando el nivel es superior a diez veces la dimensión menor.
Figura 4. Esquemas de Cimentaciones Profundas (Pilotaje)
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. Cuarta Edición. 1999.
2.2.3.1.1 Pilotes. Los pilotes son miembros estructurales hechos de acero,
concreto y/o madera y son usados para construir cimentaciones, cuando son
profundas y cuestan más que las cimentaciones superficiales. A pesar del costo, el
uso de pilotes es a menudo necesario para garantizar la seguridad estructural. La
siguiente lista identifica algunas de las condiciones que requieren cimentaciones
de pilotes13.
a. Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y
demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la superestructura se
usan pilotes para transmitir la carga al lecho rocoso o a una capa dura como
13 Vesic,1977
37
muestra la figura 3a. Cuando no se encuentra un lecho rocoso a una profundidad
razonable debajo de la superficie del terreno los pilotes se usan para transmitir la
carga estructural gradualmente al suelo. La resistencia a la carga estructural
aplicada se deriva principalmente de la resistencia a fricción desarrollada en la
interfaz suelo-pilote. (Figura 5b).
b. Cuando están sometidas a fuerzas horizontales (Figura 5c), las cimentaciones
con pilotes resisten por flexión mientras soportan aún la carga vertical transmitida
por la superestructura. Este tipo de situación se encuentra generalmente en el
diseño y construcción de estructuras de retención de tierra y en la cimentación de
estructuras altas que están sometidas a fuerzas de viento y/o sísmicas.
c. En muchos casos, suelos expansibles y colapsables están presentes en el sitio
de una superestructura propuesta y se extienden a gran profundidad por debajo de
la superficie del terreno. Los suelos expansivos se hinchan y se contraen
conforme el contenido de agua crece y decrece y su presión de expansión es
considerable. Si se usan cimentaciones superficiales en tales circunstancias, la
estructura sufrirá daños considerables. Sin embargo, las cimentaciones con pilotes
se consideran como una alternativa cuando estos se extienden más allá de la
zona activa de expansión y contracción (figura 5d).
d. Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisión,
plataformas fuera de la costa y losas de sótanos debajo del nivel freático, están
sometidas a fuerzas de levantamiento. Algunas veces se usan pilotes para estas
cimentaciones y así resistir la fuerza de levantamiento (figura 5e).
e. Los estribos y pilas de puentes son usualmente construidos sobre
cimentaciones de pilotes para evitar la posible pérdida de capacidad de carga que
una cimentación superficial sufrirá por erosión del suelo en la superficie del terreno
(figura 5f).
38
Figura 5. Condiciones para el uso de cimentaciones con pilotes
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. p. 565
a. Pilotes de acero Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o de
perfiles H laminados. Los pilotes de tubos se hincan en el terreno con sus
extremos abiertos o cerrados.
La capacidad admisible estructural para pilotes de acero es
Qadm = Asfs
Donde As= área de la sección transversal del acero
fs= esfuerzo admisible del acero
b. Pilotes de concreto Los pilotes de concreto se dividen en dos categorías: (a)
pilotes prefabricados y (b) colocados in situ. Los prefabricados se preparan
39
usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octagonales en su sección
transversal (figura 6). El refuerzo se proporciona para que el pilote resista el
momento flexionante desarrollado durante su manipulación y transporte, la carga
vertical y el momento flexionante causado por carga lateral.
Figura 6. Pilotes prefabricados con refuerzo ordinario
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. p. 568
Los pilotes son fabricados a las longitudes deseadas y curados antes de
transportarlos a los sitios de trabajo.
Los pilotes colocados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y
llenándolo con concreto. Varios tipos de pilotes de concreto colocados in situ se
usan actualmente en la construcción y la mayor parte fueron patentados por sus
fabricantes. Esos pilotes se dividen en dos amplias categorías: (a) ademados y (b)
no ademados. Ambos tienen un pedestal en el fondo.
Los pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno con
ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. Cuando el pilote alcanza la
profundidad apropiada, se retira el mandril y el tubo se llena concreto. Las figuras
7a, 7b, 7c y 7d muestran algunos ejemplos de pilotes ademados sin pedestal. La
40
figura 7e muestra un pilote ademado con un pedestal, consistente en un bulbo de
concreto expandido que se forma dejando caer un martillo sobre el concreto
fresco. Las figuras 7f y 7g son dos tipos de pilotes sin ademe, uno con pedestal y
el otro sin él. Los pilotes no ademados se hacen hincando el tubo a la profundidad
deseada y llenándolos con concreto fresco. El tubo se retira gradualmente. Las
cargas admisibles para pilotes de concreto colocados in situ se dan por las
siguientes ecuaciones14:
Pilotes revestidos
Qadm = Asfs + Acfc
Donde
As = área de la sección transversal de acero
Ac = área de la sección transversal de concreto
fs = esfuerzo admisible de acero
fc = esfuerzo admisible de concreto
Pilotes no ademados
Qadm = Acfc
14 BRAJA M., Das, Op. Cit.
41
Figura 7. Pilotes de concreto colocados in situ
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. p. 569
c. Pilotes de madera. Los de madera son troncos de árboles cuyas ramas y
corteza fueron cuidadosamente recortadas. La longitud máxima de la mayoría de
los pilotes de madera es de entre 10 y 20 metros. Para calificar como pilote, la
madera debe ser recta, sana y sin defectos. El manual of practice, No. 17 (1959)
de la American Society of Civil Engineers, los divide en tres clases:
a. Pilotes clase A que soportan cargas pesadas. El diámetro mínimo del fuste
debe ser de 14 in (356 mm).
b. Pilotes clase B que se usan para tomar cargas medias. El diámetro mínimo del
fuste debe ser de entre 12 y 13 in (305-330 mm).
c. Pilotes clase C que se usan en trabajos provisionales de construcción. Estos se
usan permanentemente para estructuras cuando todo el pilote está debajo del
nivel freático. El diámetro mínimo del fuste debe ser de 12 in (305 mm).
42
Los pilotes de madera no resisten altos esfuerzos al hincarse; por lo tanto, su
capacidad se limita a aproximadamente 25-30 toneladas. Se deben usar zapatas
de acero para evitar daños en la punta del pilote (en el fondo). La parte superior de
los pilotes de madera también podrían dañarse al ser hincados, para evitarlo se
usa una banda metálica o un capuchón cabezal. Debe evitarse el empalme de los
pilotes de madera, particularmente cuando se espera que tomen cargas de tensión
laterales15.
Sin embargo, si el empalme es necesario, éste se hace usando manguitos de tubo
(figura 8a) o soleras metálicas con tornillos (figura 8b). La longitud del manguito de
tubo debe ser por lo menos de cinco veces el diámetro del pilote. Los extremos a
tope deben cortarse a escuadra de modo que se tenga contacto pleno entre las
partes. Las porciones empalmadas deben recortarse cuidadosamente para que
queden estrechamente ajustadas dentro de los manguitos o camisas de tubo. En
el caso de las soleras metálicas con tornillos, los extremos a tope deben
recortarse a escuadra y los lados de las porciones empalmadas deben ser
recortadas planas para el buen asiento de las soleras. 16.
Figura 8. Empalme de pilotes de madera
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. p. 571
15 Ibíd. 16 Ibíd.
43
La capacidad admisible de carga de los pilotes de madera es
Qadm = Apfw
Donde Ap = área promedio de la sección transversal del pilote
fw = esfuerzo admisible de la madera
d. Pilotes compuestos Las porciones superior e inferior de los pilotes
compuestos están hechos de diferentes materiales, por ejemplo, se fabrican de
acero y concreto o de madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto
consisten en una porción inferior de acero y en una porción superior de concreto
colado en el lugar. Este tipo es el usado cuando la longitud del pilote requerido
para un apoyo adecuado excede la capacidad de los pilotes simples de concreto
colados en el lugar. Los de madera y concreto consisten en una porción inferior de
pilote de madera debajo del nivel permanente del agua y en una porción superior
de concreto. En cualquier caso, la formación de juntas apropiadas entre dos
materiales diferentes es difícil y por eso, los pilotes compuestos no son muy
usados17.
2.2.3.1.2 Pilas perforadas y cajones El término pila perforada se utiliza para un
agujero barrenado o excavado hasta el fondo de la cimentación de una estructura
que luego se rellena en concreto. Dependiendo de las condiciones del suelo se
usan revestimientos o entabladuras (tablones o ademes) para prevenir que el
suelo alrededor del agujero se desplome durante la construcción. El diámetro de la
pila debe ser suficientemente grande para que una persona pueda entrar a
inspeccionar. El uso de cimentaciones con pilas perforadas tiene varias ventajas:
a. Se usa una sola pila perforada en vez de un grupo de pilotes con capuchón.
17 Ibíd.
44
b. La construcción de pilas perforadas en depósitos de arena densa y grava es
más fácil que hincar pilotes.
c. Las pilas perforadas se construyen antes de terminar las operaciones de
nivelación.
d. Cuando los pilotes son hincados a golpe de martillo, la vibración del terreno
ocasiona daños a estructuras cercanas, problema que se evita con el uso de pilas
perforadas.
e. Los pilotes hincados en suelos arcillosos producen levantamiento del terreno y
ocasionan que pilotes ya antes hincados se muevan lateralmente, lo que no ocurre
durante la construcción de pilas perforadas.
f. No se tiene ruido de martilleo durante la construcción de pilas perforadas, tal
como pasa con el hincado de pilotes.
g. Como la base de una pila perforada se amplia, ésta proporciona una gran
resistencia a cargas de levantamiento.
h. La superficie sobre la cual la base de la pila perforada se construye debe
inspeccionarse visualmente.
i. La construcción de pilas perforadas utiliza generalmente equipo móvil, que, bajo
condiciones apropiadas del suelo, resulta más económico que los métodos usados
para la construcción de cimentaciones de pilotes.
j. Las pilas perforadas tienen alta resistencia a cargas laterales18.
Existen también varias desventajas en el uso de pilas perforadas. La operación de
colado puede demorarse por mal tiempo y siempre requiere de una cuidadosa
supervisión. Además, como en el caso de cortes apuntalados, las excavaciones
profundas para pilas perforadas inducen pérdidas considerables de terreno y
ocasionan daños a las estructuras cercanas.
El término cajón se refiere a un elemento de la subestructura usado en sitios
húmedos de construcción, tales como ríos, lagos y muelles. Para la construcción
18 Ibíd.
45
de cajones, una pila hueca o cajón se hinca en posición hasta que descansa en
suelo firme. A la parte inferior de la pila o cajón se le adapta un borde cortante
para ayudarlo a penetrar los estratos de suelo blando debajo del nivel freático y
llegue a descansar sobre un estrato resistente a cargas. El material dentro del
cajón se extrae por las aberturas de la parte superior y luego se vierte el concreto
en su interior. 19.
2.2.3.1.2.1 Tipos de pilas perforadas. Las pilas perforadas se clasifican de
acuerdo con la manera en que se diseñan para transferir la carga estructural al
subsuelo.
Figura 9. Tipos de pilas perforadas (a) pila recta; (b) y (c) pila acampanada; (d) pila
recta empotrada en roca
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. p. 675
19 Ibíd.
46
La figura 9a muestra una pila perforada recta, extendida a través de la carga
superior de suelo pobre y su punta descansa sobre un estrato de suelo o roca con
capacidad de carga. El barreno debe revestirse con acero cuando se requiera.
Para tales pilas, la resistencia a la carga aplicada se desarrolla en la punta y
también como resultado de la fricción lateral en el perímetro de la pila y la interfaz
con el suelo.
Una pila acampanada (9b y 9c) consiste en una pila recta con una campana en el
fondo que descansa sobre un suelo resistente. La campana se construye con
forma de domo (figura 9c) o de escarpio. Para campanas de escarpio, las
herramientas o cortadores comerciales disponibles forman ángulos de 30° a 45°
con la vertical.
Para la mayoría de las pilas perforadas construidas en Estados Unidos, la
capacidad total de carga se asigna solamente a la carga de punta, sin embargo,
bajo ciertas circunstancias también se considera la resistencia a fricción. En
Europa siempre se consideran ambas contribuciones20.
Los pilotes rectos también se extienden hasta un estrato de roca (figura 9d). En el
cálculo de la capacidad de carga de tales pilas, el esfuerzo cortante y el de carga
desarrollados a lo largo del perímetro de la pila y en la interfaz con la roca deben
tomarse en consideración.
2.2.3.1.2.2 Tipos de cajones Los cajones se dividen en tres tipos principales: (1)
cajones abiertos, (2) cajones cerrados y (3) cajones neumáticos.
20 Ibíd.
47
Figura 10. Cajón abierto
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. p. 716
Los cajones abiertos (Figura 10) son pilas de concreto que permanecen abiertas
en sus partes superior e inferior durante la construcción. El fondo del cajón tiene
un borde cortante. El cajón se entierra en su lugar y el suelo del interior se retira
por medio de cucharones de almeja hasta alcanzar el estrato de apoyo. Los
cajones pueden ser circulares, cuadrados, rectangulares u ovalados. Una vez
alcanzado el estrato de apoyo, se vierte concreto en el cajón (bajo agua) para
formar un sello en su fondo. Cuando fragua el concreto del sello, el agua dentro
del cajón se bombea hacia afuera. Se vierte entonces concreto en el cajón para
llenarlo. Los cajones abiertos pueden extenderse a grandes profundidades y el
costo de construcción es relativamente bajo, sin embargo, una de sus principales
desventajas es la falta de control de calidad sobre el concreto vertido para formar
el sello. Además, el fondo del cajón no llega a ser limpiado completamente. Un
método alternativo de construcción de cajones abiertos es hincar varias
tablestacas para formar una zona encerrada que se llena con arena a la que se
48
llama generalmente isla de arena. El cajón se entierra entonces a través de la
arena hasta el estrato deseado de apoyo, procedimiento algo parecido al hincado
de un cajón cuando la superficie del terreno está arriba del nivel freático.
Los cajones cerrados (Figura 11) son estructuras con fondo cerrado y se
construyen en tierra y luego se transportan al sitio de la construcción. Se entierran
gradualmente en el sitio llenando su interior con arena, balasto, agua o concreto.
El costo de este tipo de construcción es bajo. La superficie de apoyo debe estar a
nivel, y si no lo está, debe nivelarse por excavación. 21
Figura 11. Cajón cerrado
Fuente: BRAJA M., Das. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. p. 717
En edificaciones que se encuentran construidas sobre un talud es necesario
realizar un control de aguas superficiales.
21 Ibíd.
49
2.2.4 Manejo de las aguas de escorrentía Para el diseño de obras de control de
escorrentía debe tenerse en cuenta las características de las lluvias, las áreas
aferentes, la topografía y las características de la geología, infiltración y
erosionabilidad de los suelos. Es importante que las obras de manejo de aguas de
escorrentía sean diseñadas con secciones y pendientes suficientes que impidan la
concentración de aguas que pudieren inducir la formación de cárcavas de erosión.
Durante la construcción de las obras es frecuente que se dejen las estructuras de
control de aguas para las últimas etapas del proyecto y puedan ocurrir lluvias
intensas durante la construcción que destruyan las obras ya construidas, debido a
que no se manejaron adecuadamente las aguas durante el proceso constructivo22.
2.2.4.1 Drenaje superficial. El objetivo principal del drenaje superficial es
mejorarla estabilidad del talud, reduciendo la infiltración y evitando la erosión.
El sistema de recolección de aguas superficiales debe captar la escorrentía, tanto
del talud como de la cuenca de drenaje arriba del talud y llevar el agua a un sitio
seguro lejos del talud. El agua de escorrentía debe en lo posible, desviarse antes
de que penetre el área cercana a la corona del talud. Esto puede lograrse con la
construcción de zanjas interceptoras en la parte alta del talud o canales de
desviación.
No se recomienda en problemas de taludes la utilización de conducciones en
tubería por la alta susceptibilidad a agrietarse o a taponarse, generando
problemas de infiltración masiva concentrada. 23
2.2.4.2 Caudal de escorrentía. La escorrentía recogida depende de varios
factores, los cuales incluyen: Intensidad de la lluvia, área de drenaje, pendiente y
22 SUÁREZ. Control de Erosión en taludes y obras de ingeniería. Capítulo 10. 1998 23 Ibíd.
50
longitud de los taludes a drenarse, naturaleza y extensión de la vegetación o
cultivos, condiciones de la superficie y naturaleza de los suelos subsuperficiales.
Las obras de control de escorrentía “deben diseñarse” para recibir los caudales de
una lluvia predeterminada con un período de retorno generalmente de 100 a500
años, de acuerdo a la importancia de la obra.
Generalmente se recomienda para diseño de obras de drenaje en taludes, la
utilización del método racional para calcular las cantidades de agua recogida,
debido a que los caudales calculados por la fórmula racional tienen
intrínsecamente un factor de seguridad mayor que otros métodos.
Q = C x I x A
Teniendo en cuenta que:
Q = Caudal recolectado (volumen/tiempo)
I = Intensidad de Lluvia de diseño (mm/hora, la cual depende del tiempo de
concentración.
A = Área a drenar.
C = Coeficiente de escorrentía (Tabla 2).
51
Tabla 2. Valores típicos del coeficiente de escorrentía C (Japan Road Association)
Para taludes, la Geotechnical Engineering Office 24 recomienda utilizar un C = 1.0,
el cual representa teóricamente una sobreestimación de la escorrentía, pero en la
práctica es muy efectiva para tener en cuenta los procesos de sedimentación de
los sistemas, especialmente por la presencia de bloques o cantos.
El área de drenaje debe determinarse por medio de un plano con líneas de nivel,
definiendo los bordes topográficos de las áreas que aportan agua al sistema de
drenaje.
El tiempo de concentración se define como el tiempo máximo tomado por el agua
desde el extremo superior del área de drenaje hasta el punto de colección.
24 Ibíd.
SUPERFICIE CARACTERISITICAS COEFICIENTE CPavimentada 0.7 a 0.95
Destapada 0.3 a 0.7Suelo Fino 0.4 a 0.65
Suelo Grueso 0.1 a 0.3Roca Dura 0.7 a 0.85
Roca blanda 0.5 a 0.75Pendiente 0 a 2% 0.05 a 0.1
2% a 7% 0.1 a 0.157% en Adelante 0.15 a 0.25
Pendiente 0 a 2% 0.13 a 0.172% a 7% 0.18 a 0.22
7% en Adelante 0.25 a 0.35Escarpes de fuerte pendiente en roca 0.75 a 0.95
Arenas Intermedias 0.20 a 0.40Parques con Arboles y Pastos 0.10 a 0.25
Montañas de Pendientes Suaves 0.30Monañas de Pendientes Fuertes 0.50
Superficie de Carrertera
Talud
Patizales en Suelos Arenosos
Patizales en Suelos Arcillosos
52
El tiempo de concentración puede calcularse utilizando la ecuación modificada de
Bransby - Williams:
Donde:
t = Tiempo de concentración (min.)
A = Área de drenaje (m2).
H = Caída promedio (metros por cien metros) desde la parte más alta del área a
drenar hasta el punto de diseño.
L = Distancia en metros medida sobre la línea natural de flujo entre el punto de
diseño y el punto de drenaje que toma el tiempo más largo en llegar a la sección
de diseño.
Especial atención debe darse a las corrientes que han sido canalizadas o
modificadas y por lo tanto se ha disminuido el tiempo de concentración.
Como la intensidad media de la lluvia disminuye con la duración, la mayor
colección de flujo ocurre cuando la duración de la tormenta es igual al tiempo de
concentración.
Para el diseño de obras en taludes, se recomienda diseñar con base en un
periodo de retorno de 200 años, de acuerdo a las recomendaciones del
Geotechnical Engineering office, de Hong Kong.
53
Es muy importante para el correcto diseño de las obras de drenaje superficial, que
se realice un estudio muy completo de la información hidrológica existente para
determinar lo más exactamente posible la tromba de agua máxima esperada. La
mayoría de los diseños de obras de drenaje superficial en taludes, que se realizan
con procedimientos totalmente empíricos, dan como resultado obras insuficientes
con secciones que no son capaces de manejar los caudales de agua que se
concentran en las coronas de los taludes. Es muy común que las obras de control
de aguas aceleren los procesos de erosión por falta de capacidad para manejar
los caudales25.
2.2.4.2.1 Tipos de canal. Los canales son estructuras que interceptan la
escorrentía y la conducen lateralmente (Figura 12).
Figura 12. Canal de protección en la corona del relleno de una vía (AASHTO)
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.7)
Los canales interceptores se emplean como zanjas en la corona de taludes y
cárcavas de erosión o en Figura 13 Canales en piedra pegada con mortero. Sitios
intermedios.
25 Ibíd.
54
Figura 13. Canales en piedra pegada con mortero
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.8)
Adicionalmente se pueden utilizar bermas o bancas para disminuir la longitud del
canal erosionado y dividir la escorrentía en volúmenes fácilmente manejables.
Estos canales o bermas deben ser recubiertos para protección contra la erosión o
posibles deslizamientos.26
26 Ibíd.
55
Figura 14. Canales revestidos en suelo cemento
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.9)
a. Canales desviadores del flujo arriba del talud
Son canales que se construyen arriba del corte de la vía o estructura, con el objeto
de desviar completamente la escorrentía y alejarla lo más posible de la estructura
o talud. Estos canales ayudan a disminuir el riesgo de surcos y cárcavas sobre la
superficie del talud.
56
El canal desviador no debe construirse muy cerca al borde superior del talud, para
evitar que se conviertan en el comienzo y guía de un deslizamiento en cortes
recientes o de una nueva superficie de falla (movimiento regresivo) en
deslizamientos ya producidos; o se produzca la falla de la corona del talud o
escarpe.
Figura 15. Canales revestido en concreto
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.10)
Se recomienda que los canales desviadores sean totalmente impermeabilizados,
así como debe proveerse una suficiente pendiente para garantizar un rápido
57
drenaje del agua captada. La recomendación de impermeabilizar se debe
adicionar con un correcto mantenimiento.
Las dimensiones y ubicación de la zanja pueden variar de acuerdo a la topografía
de la zona y al cálculo previo de caudales colectados. Generalmente, se
recomienda una zanja rectangular de mínimo 60 centímetros, de ancho y 50
centímetros de profundidad27.
b. Diques en la corona del talud
Estas obras consisten en montículos de tierra o pantallas que se colocan en la
parte superior del talud (Figura 16), con el objeto impedir el paso de la escorrentía
hacia la superficie del talud. Este es un método muy utilizado en rellenos de
carreteras. Se recomienda que vaya acompañado de un canal superior.
Figura 16. Dique para el desvío de aguas de escorrentía (McCullah, 2001)
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.11)
27 Ibíd.
58
c. Los cortacorrientes o canales interceptores
Los cortacorrientes son canales transversales al talud, espaciados a intervalos
para recolectar el agua de escorrentía y evitar la formación de corrientes a lo largo
de la pendiente principal (Figura 17).
Figura 17. Diagrama ilustrativo de la función de un cortacorriente
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.12)
La construcción de canaletas al través de un talud intercepta el agua e impide que
su velocidad aumente y la lleve a un lugar seguro. Estos cortacorrientes deben
59
estar protegidos contra la erosión utilizando revestimientos en sacos de suelo
cemento o vegetación. Las aguas recolectadas por los cortacorrientes son
llevadas a unos canales colectores localizados generalmente a un lado del talud.
Los canales a mitad de talud deben tener una pendiente tal que impida la
sedimentación de materiales. Es muy común que estos canales se construyan con
pendientes muy bajas y al taponarse produzcan cárcavas de erosión localizadas.
Figura 18. Cortacorrientes en corte relleno
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.13)
60
Se recomienda construir canales interceptores en todas y cada una de las bermas
intermedias del talud.
Estos canales deben revestirse apropiadamente conduciendo las aguas a canales
o graderías de disipación de energía. Las bermas deben ser lo suficientemente
anchas para que exista un sobre ancho de protección para los canales, en el caso
de producirse deslizamientos de las coronas de los taludes resultantes28.
Figura 19. Cortacorrientes utilizando trinchos
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.14)
28 Ibíd.
61
Generalmente los canales en taludes se construyen en tamaños y configuración
estándar. El ingeniero debe comprobar que este tamaño estándar es suficiente
para cada caso en particular y si es necesario diseñar canales de mayor
capacidad.
2.2.4.2.2 Diseño de canales. En el diseño de canales se debe tener en cuenta los
siguientes elementos:
a. Localización. Los canales deben localizarse en tal forma que intercepten la
mayor cantidad de flujo y a suficiente distancia de los sitios críticos para evitar
amenazas de movimientos del canal.
b. Alineamiento. Los canales deben construirse para permitir un paso suave del
flujo. Deben evitarse los cambios fuertes de dirección o de gradiente.
c. Tamaño. El tamaño de los canales debe ser suficiente para conducir el caudal
de agua de diseño, con un factor de seguridad adicional.
d. Revestimiento. Los canales deben revestirse con un material que pueda resistir
las velocidades del agua.
Si el volumen de escorrentía es significativo, las cunetas deben diseñarse
empleando los principios de la hidráulica y si el caudal es pequeño, generalmente
se adoptan diseños estándar. Las cunetas pueden construirse en concreto simple
o armado, o con elementos prefabricados debidamente sellados en el campo. Una
práctica común es el uso de concreto lanzado, colocando previamente juntas
premoldeadas.
Recientemente se ha incrementado el uso de cunetas de medios tubos de
concreto, gres, PVC o metal29.
29 Ibíd.
62
Figura 20. Vegetalización de canales (McCullah, 2001)
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (fig.10.15)
2.2.4.2.2.1 Revestimiento de canales en taludes. Las cunetas pueden revestirse
utilizando los siguientes sistemas:
1. Concreto y mortero o suelo-cemento.
2. Asfalto
3. Fibra de vidrio con asfalto como ligante. Se extienden las fibras en una
proporción de 100 a 200 g/m2 y luego se cubren con asfalto 1.1 a 1.6 litros/m2
(AASHTO 1999).
4. Vegetación (Utilizando un biomanto de protección). Los biomantos deben
anclarse enterrándolos mínimo cada 15 metros de intervalo.
5. Enrocado pegado con mortero
6. Enrocado suelto (El tamaño de las piedras debe diseñarse de acuerdo a la
velocidad del agua30).
30 Ibíd.
63
2.2.5 Control de erosión en obras civiles en zonas tropicales. Los ambientes
húmedos tropicales son particularmente vulnerables a cualquier alteración del
medio ambiente. Existe una relación muy íntima entre los suelos y la vegetación.
La remoción de la cobertura vegetal, así sea temporal genera un ciclo vicioso de
degradación, el cual es muy difícil de romper.
El restablecimiento de la cobertura vegetal en zonas que han sido deforestadas
presenta una serie de problemas especiales, debido especialmente a la falta de
nutrientes que dificultan el establecimiento de la vegetación y a la gran intensidad
de las lluvias que destruyen las obras de control de erosión antes de que se haya
establecido totalmente la vegetación.
Para el manejo de obras de ingeniería civil en zonas tropicales se recomienda
utilizar los siguientes criterios:
• No se debe remover la vegetación existente hasta el momento mismo de la
construcción de la obra. Es irresponsable mantener expuesto el suelo durante
períodos largos de tiempo.
• La vegetación es el mejor sistema de control de erosión en los trópicos. El
control de sedimentos utilizando obras de ingeniería solamente no es eficiente
para el control de la erosión. En todos los casos se requiere revegetalizar.
• Inmediatamente después de realizado el corte se debe fertilizar y sembrar
utilizando sistemas efectivos de revegetalización.
• La revegetalización debe diseñarse utilizando especies nativas y limitando el uso
de especies exóticas.
2.2.5.1 Plan maestro para el control de erosión en una obra. En la construcción
de una obra donde se va a intervenir el suelo y la cobertura vegetal se debe
diseñar un plan maestro para el control de la erosión.
64
La AASHTO recomienda seguir el siguiente procedimiento general:
a. Determinar los límites de las áreas a intervenir. Debe decidirse exactamente
qué áreas deben ser intervenidas para construir la obra. Debe darse especial
atención a áreas críticas de erosión que por alguna razón deben ser intervenidas.
b. Dividir el área de la obra en áreas de drenaje. Determinar cómo va ser el paso
de escorrentía por encima del lote y como puede controlarse la erosión y la
sedimentación en cada pequeña zona de drenaje.
c. Seleccionar los sistemas que se van a utilizar, los cuales se clasifican en tres
grandes categorías:
1. Control de la erosión
Practicas dirigidas a proteger la superficie del suelo y prevenir el desprendimiento
de partículas por acción del agua y del viento. Debe tenerse en cuenta que la
vegetación es la mejor forma de control de erosión, sin embargo para su
establecimiento se requieren prácticas adecuadas o revestimientos de protección.
2. Control de sedimentos
Atrapar los sedimentos después de que han sido desprendidos por acción del
agua y del viento. Son sistemas pasivos de sedimentación o filtración para evitar
que los sedimentos producidos por la construcción lleguen a los cuerpos de agua
Este tipo de obras deben seleccionarse, diseñarse y construirse adecuadamente.
3. Manejo adecuado de la obra
Este es tal vez el mejor sistema de control de erosión. La planeación de la
secuencia de la construcción, el tiempo de exposición de las áreas a la lluvia, el
mantenimiento y el control permanente son responsabilidades que deben
asignarse a profesionales específicos dentro del grupo de trabajo, pero todos los
65
profesionales y todos los obreros deben entender los procedimientos que se
deben seguir para tener una obra sin problemas de erosión y sedimentación31.
2.2.5.2 Normas generales de manejo. Se sugiere cumplir los siguientes
lineamientos para mitigar el problema de erosión y sedimentación en las obras de
ingeniería:
1. Corte los materiales de acuerdo al tipo de suelo y siguiendo las líneas de nivel
de arriba hacia abajo, evitando taludes fuertes y deslizamientos.
2. Mantenga la vegetación en la mayor cantidad de área posible. No corte áreas
que no se requiere intervenir.
3. Realice los cortes y llenos en temporadas secas.
31 Ibíd.
66
Tabla 3. Control de erosión en construcciones civiles
Fuente: Control de erosión en taludes y obras de ingeniería cap.10 (Tabla10.7)
4. Minimice la longitud de los taludes construyendo bermas intermedias para
controlar la velocidad del agua de escorrentía.
5. Después de cortar vaya revegetalizando inmediatamente o colocando capas de
protección de la superficie del terreno (Mulching). No deje áreas expuestas por
más de 48 horas.
ACTIVIDAD DE CONTROL OBJETIVOS CARACTERISTICAS
Preserve la vegetacion existente.
minimizar las areas
desnudas expuestas a la
lluvia.
Elabore un cronograma de intervencion . No corte hasta el
momento en que realmente se requiera cortar, no realice
toda la intervencion al inicio d ela obra, no intervenga la
zona que no se va a construir, guarde el suelo y la hierba del
descapote para la resiembra.
Corte dejando gradas y
rugosidades.
Disminuir la longitud de
los taludes.
Construya zanjas y gradas en zonas intermedias de los
cortes. Construya terrazas provisionales de control. Maneje
las huellas de los equipos de oruga paralelamente a las lineas
de nivel.
Revegetalice y proteja a medide
que avanza la obra.
Disminuir el Area y el
tiempo de exposicion a la
lluvia y a escorrentia.
Utilice sistemas de Mulching, biomantos o hidrosiembras.
Vaya utilizando para resiembra el suelo vegetal y la hierba
que debió salvar en el descapote. Utilice especiesd e rapida
germinacion y crecimiento y estacas vivas.
Proteja de la formacion de
nubes de polvo.
Disminuir la erosion por
accion del viento.
Utilice agua permanentemente para mantener humedas las
areas expuestas. Utilice compuestos como cloruro de calcio,
silicatos, sal, aceites vegetales, etc.
Piscinas, lava-llantas en las
porterias de acceso.
Evitar que las llantas de
los vehiculos lleven
sedimentos hacia afuera
de la obra.
piscinas en forma de batea, colocadas sobra la via de acceso.
Las llantas de los vehiculos al pasar se lavan depositando los
sedimentos, deben limpiarse las piscinas todos los dias para
retirar los sedimentos depositados.
Estabilzacion de las superficies
de Carreteo.
Disminuir el polvo y
evitar erosion por el
transito.
Cubrir con material de subbase y base granular
permanentemente en las zonas de carreteo, para impedir
que los vehiculos recojan barro y sedimentos.
Drenaje Temporales en los
taludes.
Evitar la formacion de
carcavas.
Son mangueras Flexibles o rigidas provisionales, que se
colocan en los sitios de concentracion de flujos, para
conducir las aguas de arriba debajo de los taludes, antes que
se construyan los dreanjes definitivos.
Barreras de Geotextil.
Son cercas encerradas de
Geotextil para atrapar los
sedimentos.
En todos los sitios de salida de agua de escorrentia d ela
obra se construyen cercas de Geotextil soportadas por
estacas, las cuales filtran el agua y detiene un porcentaje
importante de sedimentos.
Obras diversas de atrape de
sedeimentos.
Sedimentar o filtara los
sedimentos antes de que
el agua salga de la obra.
Barreras de piedras, barreras de ramas, barreras de bolsas
de polipropileno llenas de grava y sistemas patentados de
atrape de sedimentos.
67
6. Construya zanjas de desvío de las aguas de escorrentía para alejarlas de las
zonas expuestas.
7. Si hay sitios de concentración de agua a velocidades o turbulencias altas
construya estructuras de disipación de energía.
8. Construya canales protegidos dentro de la obra para manejas las aguas
concentradas.
9. Atrape los sedimentos utilizando piscinas o barreras antes de que salgan de la
obra.
10. Inspeccione permanentemente la obra para tomar medidas de prevención y
control.
2.3 CARACTERIZACIÓN EN SITU DEL LOTE
El casco urbano de la ciudad de Barrancabermeja, abarca una extensión
aproximada de 45 km2, limitando al occidente y suroeste por el río Magdalena y la
ciénaga de Miramar, al Norte y Noreste por las ciénagas de San Silvestre, el Tigre
y ciénaga Brava, al sur por la ciénaga de San Juan Esteban, y al oriente por la
carretera nacional, transversal 48.
El sitio donde se encuentra localizada la edificación es la Cra 18 No. 45 – 28, del
barrio Buenos Aires sector central del municipio de Barrancabermeja.
2.4 MARCO LEGAL
Las siguientes referencias normativas contienen disposiciones que al ser citadas
en este texto constituyen requisitos de la presente Norma.
Norma Sismo Resistente NSR-10 Titulo H Estudios Geotécnicos.
Normas INVIAS.
68
NTC 1495 Suelos. Ensayo para determinar la humedad del suelo y roca, con
base en la masa.
Agregados finos: NTC 174.Agregados gruesos ASTM C-131.ASTM C-535
Prueba de resistencia a la compresión- ASTM C-109.
Toma de muestras para ensayos de compresión MOPT E -106, E105, E-107.
NTC 2000. Varillas lisas NTC 161(ASTM A-615).Varillas corrugadas. NTC 248
(ASTM A-615) O NTC 2289 (ASTM A-706), Mallas Electrosoldadas A-185 (NTC
2310).
ISO 9000.
Resistencia a la compresión del concreto INVE 410-07.
Asentamiento INVE 404-07.
69
3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1TIPO DE INVESTIGACIÓN
La estrategia que adopta la investigación para responder al problema planteado
será de tipo descriptivo, de campo y experimental; mediante el cual se realizará
inspección a la construcción, describiendo el estado actual de la vivienda.
El nivel de la investigación descriptiva consiste en llegar a conocer y describir las
situaciones que afectan la edificación. La información recopilada se analiza sobre
la base de una hipótesis o teoría, exponiendo y resumiendo la información de
manera cuidadosa y luego analizando minuciosamente los resultados, a fin de
extraer generalizaciones significativas que contribuyan al conocimiento. 32
Esta puede incluir los siguientes tipos de estudios:
Encuestas, casos, exploratorios, causales, de desarrollo, predictivos, de conjuntos,
de correlación.
Etapas de la investigación descriptiva:
Examinan las características del problema escogido.
Lo definen y formulan sus hipótesis.
Enuncian los supuestos en que se basan las hipótesis y los procesos
adoptados.
Eligen los temas y las fuentes apropiados.
Seleccionan o elaboran técnicas para la recolección de datos.
32 Seminario de Investigación. Especialización en Geotécnia Ambiental. Bucaramanga, 2013.
70
Establecen, a fin de clasificar los datos, categorías precisas, que se adecuen al
propósito del estudio y permitan poner de manifiesto las semejanzas, diferencias y
relaciones significativas.
Verifican la validez de las técnicas empleadas para la recolección de datos.
Realizan observaciones objetivas y exactas.
Describen, analizan e interpretan los datos obtenidos, en términos claros y
precisos.
El proyecto se diseña y desarrolla con la investigación de campo, que consiste en
analizar una situación en el lugar real donde se desarrollan los hechos
investigados. 33
Pasos de una Investigación de Campo:
1. Planteo del problema.
2. Etapa exploratoria.- Lecturas.- Visitas al terreno.- Conversaciones con colegas.-
Entrevistas a personas que conocen el problema por experiencia personal o
debido a sus estudios
3. Delimitaciones operativas del problema. Unidades de análisis, variables,
indicadores, muestra.
4. Construcción de los instrumentos de recolección de datos.
5. Redacción de un plan tentativo de procesamiento y análisis de los datos.
6. Escribir un índice provisorio.
7. Probar el cuestionario o la guía de entrevistas semiestructuradas con amigos, y
con personas que no tendrán contacto con la muestra definitiva pero pertenecen al
mismo universo. Discutir con las personas qué les han parecido las preguntas.
Luego hacer un análisis de los datos obtenidos para ver si el plan de análisis va
hacer eficaz y va a brindar datos importantes (lo contrario de datos banales). La
etapa piloto sirve para probar tanto los instrumentos de recolección como de
análisis. 33 Seminario de Investigación. Especialización en Geotécnia Ambiental. Bucaramanga 2013.
71
8. Recolección de los datos.
9. Codificación, entrada de datos en computadora, procesamiento y análisis.
10. Redacción del borrador. Lectura compartida. Discusión con amigos y con el
orientador.
11. Redacción final. Agregar cuadros, fotografías, mapas.
En el presente estudio se realizarán unos sondeos para describir el tipo de suelo
presente en la zona. Con los datos obtenidos se hará una modelación con el fin de
formular alternativas de soluciones que conlleven a la estabilización de la
edificación.
3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA
Las viviendas afectadas directamente son aproximadamente 20 con una población
en riesgo inminente de 100 habitantes. También se presentaría la afectación de la
movilidad de las comunidades aledañas debido a que existe el riesgo de la falla de
la banca en la vía.
Se debe tener en cuenta las pérdidas ambientales relacionadas con la fauna y la
flora del humedal, debido a que sí falla la banca generaría colapso de la red de
alcantarillado, sumado a las pérdidas económicas generadas por el problema.
3.3 MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Dentro de las actividades realizadas para la recopilación de la información
tenemos:
Planteamiento del problema
Selección de técnicas para la recolección de datos.
Inspección de la construcción y del área de estudio
Toma de la información encontrada en sitio
72
Levantamiento arquitectónico
Toma de muestras del material térreo del área de estudio
Ensayos de laboratorio
Análisis de resultados de laboratorio
Procesamiento de la información, mediante software especializados en el área
de la geotecnia
Modelación de la edificación y el suelo
Análisis de resultados y factores que inciden en la estabilización de la
edificación
Formulación de alternativas de estabilización
Diseño definitivo de la alternativa escogida
3.4. INSPECCION DE LA CONSTRUCCIÓN
En primer lugar se realizó una inspección visual de la vivienda con el fin de
identificar la problemática existente, el sistema estructural y el estado en que se
encuentra.
Fotografía 1. Fisuras en la Fachada de la Edificación.
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012.
73
Fotografía 2. Grietas en muros
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012.
Fotografía 3. Grietas en pisos
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012.
.
Foto No. 3: Grietas en muros.
74
Fotografía 4. Grietas en muros y enchapes
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012.
Fotografía 5. Fisura zona de fachada
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja
Foto No. 6: Grietas en muros y enchapes
Foto No. 7: Grietas en muros y enchapes
75
Fotografía 6. Fisura zona de entrada
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012.
Fotografía 7. Fisuras en placa zona de cocina
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012
76
Fotografía 8. Contrafuertes laterales construidos por anterior dueño con el fin de
sostener la vivienda
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012
Fotografía 9: No existe calidad en el alineamiento y aplome de los muros zona
posterior de la vivienda
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012
77
Fotografía 10. Columna en garaje zona lateral derecha. No encontró zapata a la
profundidad explorada
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012
Fotografía 11. Columna en garaje zona lateral izquierda. A nivel superficial.
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012-
78
Fotografía 12. Columna en parte posterior zona de segundo sótano.
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja
Fotografía 13. Columna en zona exterior izquierda.
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012.
79
Fotografía 14. Acero en columna zona lateral derecha
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012
Fotografía 15. Inspección columna zona fachada principal
Fuente: Fotografías del inmueble afectado tomadas en sitio. Municipio de Barrancabermeja. Julio
2012
80
Se realizó un levantamiento de las fisuras en la vivienda con el fin de evaluar los
modos de falla que se están presentando en la edificación y poder dar un
diagnostico real de los asentamientos y deslizamientos que presenta la vivienda.
Figura 21. Fisuras en la placa de cubierta del primer piso
Figura 22. Fisuras en la placa de cubierta del segundo piso
81
Figura 23. Fisuras en la placa de cubierta de sotano
3.5 SONDEOS
Con el objeto de conocer el perfil del terreno, se estableció con base en el
reconocimiento de campo, un programa de exploración por medio de apiques y
sondeos. De estos apiques y sondeos fueron extraídas muestras a las que se les
realizó ensayos de laboratorio. Los sondeos fueron realizados por el ingeniero
Hernán Flórez. A continuación se presenta el sitio y perfil de los sondeos
realizados.
82
Figura 24. Ubicación de sondeos
Fuente: Ingeniero Hernán Flórez
Figura 25. Perfil de sondeos
Fuente: Ingeniero Hernán Flórez
La descripción del perfil de los sondeos es la siguiente:
83
Sondeo No1: Los primeros 2.10m corresponden a un relleno. Luego se
encontró un estrato de espesor 1.20m con suelo, de acuerdo al sistema unificado
de clasificación de suelos, tipo GC con un N*=14. El tercer estrato presenta un
espesor de 1.50m y es suelo tipo GC con un N=25. El cuarto estrato presente
hasta la profundidad del sondeo la cual fue de 6.00m corresponde a un suelo tipo
GC con un N=42.
Sondeo No2: Los primeros 4.50m corresponden a un suelo tipo CL con un N=8.
El segundo estrato presente hasta la profundidad del sondeo la cual fue de 6.90m
corresponde a un suelo tipo GC con un N=35.
Sondeo No3: Los primeros 1.80m corresponden a un suelo tipo CL con un N=4.
Luego se encontró un estrato de espesor 2.40m con suelo tipo GC con un N=12.
El tercer estrato presente hasta la profundidad del sondeo la cual fue de 6.90m
corresponde a un suelo tipo GC con un N=32.
Sondeo No4: Los primeros 2.70m corresponden a un relleno. Luego se
encontró un estrato de espesor 2.10m con suelo tipo GC con un N=6. El tercer
estrato presenta un espesor de 2.10m y es suelo tipo GC con un N=13. El cuarto
estrato presente hasta la profundidad del sondeo la cual fue de 8.10m
corresponde a un suelo tipo GC con un N=44.
Sondeo No5: Los primeros 2.70m corresponden a un relleno. Luego se
encontró un estrato de espesor 2.10m con suelo tipo SC con un N=4. El tercer
estrato presenta un espesor de 2.10m y es suelo tipo GC con un N=6. El cuarto
estrato presente hasta la profundidad del sondeo la cual fue de 7.80m
corresponde a un suelo tipo GC con un N=32.
* Número medio de golpes del ensayo de penetración estándar.
84
3.6 DESCRIPCIÓN DE PROBLEMAS GEOTÉCNICOS ENCONTRADOS
De acuerdo a la investigación de las fisuras se comprobó que se están
presentando tres movimientos en el terreno, el primero es un asentamiento
diferencial, el segundo es un movimiento hacia atrás y el tercero un movimiento
hacia la parte derecha.
El primer movimiento se debe a que la casa fue levantada en un terreno con
rellenos de construcción no compactados y con una capacidad portante deficiente,
que presenta una inclinación no menor a 30 grados, además el sistema
constructivo utilizado no cumple con los requerimientos de la norma sismo
resistente NSR-10, en la cual se exige un sistema de cimentación con vigas de
amarre y zapatas que provean el área suficiente para evitar la falla por cortante
en el suelo de soporte. Sistema que no se evidencia en la edificación además por
tratarse de un terreno inestable y colindante con un Humedal se requiere realizar
pilotajes antes de construir la vivienda de cuatro pisos, situación que no se dio.
El segundo y tercer tipo de movimiento se debe a que la vivienda no presenta un
sistema de contención que soporte el empuje generado por su peso y
configuración constructiva.
3.7 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TERRENO
Se realizó el análisis de estabilidad del terreno mediante el programa SLOPE W.
Se modelo el talud con las características del suelo existente tomadas de los
sondeos realizados por el ingeniero geotecnista Hernán Flórez.
85
Figura 26. Modelo del sistema vivienda talud existente
Fuente: Ingenieros Autores del Proyecto
Los factores de seguridad que exige la norma sismo resistente NSR-10 para el
cálculo de la estabilidad de un talud o ladera sin considerar los efectos sísmicos
es de 1.25 para construcción (Tabla H.2.4-1), sin embargo no se están cumpliendo
estos factores.
El análisis del sistema arroja que el factor de seguridad es de 1.10 para las
condiciones actuales. Para evitar esta situación, es necesario instalar un sistema
que ayude a contener el empuje del terreno causado por el peso de la estructura.
86
3.8 ALTERNATIVAS DE DISEÑO GEOTÉCNICO
En primer lugar se debe garantizar la estabilidad del terreno y la edificación en
conjunto para luego realizar el reforzamiento de la estructura. Con base en esto se
evaluaron alternativas para estabilizar el terreno entre las cuales tenemos:
3.8.1 Pilotes en marco H hincados con tubería Ø12’’ con una pantalla de
acero
Figura 27. Modelo de pilotes en marco H con pantalla de acero
Fuente: Ingenieros Autores del Proyecto
Esta alternativa no se ejecutó por los altos costos de construcción, la dificultad de
los accesos y los altos costos adicionales para los movimientos de tierra que era
necesario realizar para adecuar las áreas para el acceso de la maquinaria,
además no era posible obtener los permisos de las entidades gubernamentales
para estas maniobras por tratarse de áreas de un humedal.
Pantalla en lámina de acero
87
3.8.2 Pilotes en marco H hincados con tubería Ø12’’ con una pantalla de
contención en concreto reforzado
Figura 28. Modelo de pilotes en marco H con pantalla en concreto
Fuente: Ingenieros Autores del Proyecto
Igualmente esta alternativa no fue viable por las razones dichas anteriormente
3.8.3 Construcción de pozos de cimentación y casson. La construcción de 3
pozos de cimentación en las columnas del frente y 12 casson de 1.00m*1.00m*
6.50m y otros de 8.20m de profundidad en el resto de la vivienda. Esta alternativa
no fue viable por el alto grado de riesgo y dificultad para su proceso constructivo y
costos de ejecución
3.8.4 Construcción de pilotes pre excavados, pozos de cimentación y
gaviones. Se construirán 15 pilotes pre-excavados que ayudarán a soportar las
cargas verticales transmitidas por el sistema estructural y 8 pilotes que ayudarán a
contener el empuje del terreno debido al peso de la edificación. El diámetro de
los pilotes será de 12 pulgadas y tendrán una longitud de 8 metros. Se construirán
tres pozos de cimentación en concreto ciclópeo para soportar las columnas de
carga de fachada.
Pantalla en concreto
88
De acuerdo al análisis realizado, en primer lugar se plantea un sistema de
gaviones en la parte trasera cuyo peso ayudará a aumentar la superficie del
circulo de falla por lo tanto aumentará el factor de seguridad. Para este escenario
el factor de seguridad es de 1.20.
Figura 29. Modelo con gaviones
Fuente: Modelación realizada en el software por los Ingenieros Autores del Proyecto
Se modeló otro escenario donde se plantea el sistema de gaviones y un sistema
de pilotes obteniéndose un factor de seguridad de 1.38, el cual es aceptable.
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Figura 30. Modelo con gaviones y pilotes
Fuente: Modelación realizada en el software por los Ingenieros Autores del Proyecto
Se seleccionó esta alternativa como la solución definitiva a los problemas de
estabilidad de la vivienda.
90
3.9 DISEÑOS DEFINITIVOS ALTERNATIVA SELECCIONADA
3.9.1 Sistema de Pilotes. Se proyectará un sistema de pilotes que ayuden a
sostener el empuje que la estructura ejerce sobre el terreno.
Para el suelo se adoptaron los siguientes parámetros:
C=0
Г=20KN/m3
Ø=25º
Sobrecarga del terreno debido a estructura: Carga Muerta: 100.00 KN/m2
Carga Viva: 14.80 KN/m2
𝐾𝑎 = 𝑇𝑎𝑛2 (45 −Ø
2) = 0.405
El empuje del suelo se calcula de la siguiente manera:
𝑃𝑎 =1
2𝐾𝑎𝛾𝑒𝑞𝐻2
𝛾𝑒𝑞 = 𝛾 + [𝑆𝑒𝑛𝛽
𝑠𝑒𝑛(𝛽 + 𝛼)]
2𝑞
𝐻𝐶𝑜𝑠𝛼
α=0º
β=90º
H=5.80m
𝛾𝑒𝑞 = 20𝐾𝑁/𝑚3 + [𝑆𝑒𝑛90
𝑠𝑒𝑛(90 + 0)]
2 (114.80𝐾𝑁
𝑚2)
5.80𝑚𝐶𝑜𝑠0
91
𝛾𝑒𝑞 = 20𝐾𝑁/𝑚3 + 39.58𝐾𝑁/𝑚3=59.58KN/m3
𝑃𝑎 =1
2∗ 0.4050 ∗ 59.58 ∗ (5.80)2=405.85KN/m
𝑀𝑧 = 𝐴𝑚 ∗ 𝑄𝑔 ∗ 𝑇
T: Longitud característica del sistema suelo pilote
𝑇 = √𝐸𝑝 ∗ 𝐼𝑝
𝑛ℎ
5
Ep: Modulo de elasticidad material del pilote
Ip: momento de inercia de la sección del pilote
nh: 1800 a 2200 KN/m3 para arena seca o húmeda suelta
𝑇 = √24821128,40 ∗ 3,976𝑥10−4
2200
5
= 1,35
𝑀𝑧 = −0,033 ∗ 405,85 ∗ 1,35 = 18.08𝐾𝑁 ∗ 𝑚/𝑚
Se colocaran 13 varillas No 6 en la sección transversal y estribos de 3/8’’
separados cada 20 cm.
3.9.2 Vigas cabezote. Se diseñaron las vigas que ayudan a transmitir las cargas
verticales de las columnas a los pilotes.
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Figura 31. Esquema columna-pilote
Carga muerta: 125.70KN
Carga Viva: 18.80KN
𝑃𝑢 = 1.20 ∗ 𝐶𝑀 + 1.60 ∗ 𝐶𝑉 = 180.92𝐾𝑁
𝑉𝑐 = 0.17𝜆√𝑓𝑐′𝑏𝑤𝑑
bw=0.40m H=0.40m d=0.35m
𝑉𝑐 = 0.17 ∗ 1.00 ∗ √21 ∗ 400 ∗ 350 = 109065.30𝑁 = 109.65𝐾𝑁
𝑉𝑠 =𝐴𝑣 ∗ 𝑓𝑦𝑡 ∗ 𝑑
𝑠
Av=71mm2*2=142mm2
fyt=420Mpa
d=350mm
93
s=90mm
𝑉𝑠 =142 ∗ 420 ∗ 350
90= 231.93𝐾𝑁
𝑉𝑛 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑐 = 341𝐾𝑁
𝜙𝑉𝑛 = 0,75 ∗ 341𝐾𝑁 = 255,75𝐾𝑁 > 𝑉𝑢 = 180,92𝐾𝑁
𝑀𝑢 = 180,90𝐾𝑁 ∗ 0,47𝑚 = 85,02𝐾𝑁 − 𝑚
𝐾 =85,02𝐾𝑁 − 𝑚
0,90 ∗ 0,40 ∗ 0.352= 1927,89
ρ=0,00486915
As=6,82cm2
Se colocaran 4 barras No 5
También se construirá un sistema de vigas que amarren toda la cimentación.
En la parte posterior se construirá un sistema de gaviones que ayudarán a
estabilizar el talud.
94
Figura 32. Planta vigas de amarre proyectadas
95
CONCLUSIONES
Se analizó las posibles causas de la problemática existente en la construcción
de uso residencial, ubicada en el sector del barrio Buenos Aires carrera 18 No. 45-
28 de la ciudad de Barrancabermeja. De acuerdo a la inspección y
comportamiento de las fisuras encontradas en la mampostería y algunos
elementos estructurales, se comprobó que se están presentando tres movimientos
en el terreno: el primero es un asentamiento diferencial, el segundo y el tercero
son movimientos traslacionales.
Se realizó un levantamiento de las fisuras en la vivienda, encontrando mayor
afectación en las placas de entrepiso del segundo y tercer nivel, así como en
algunos muros. De acuerdo a las hallazgos encontrados se evalúan los modos de
falla que se están presentando en la construcción así como sus asentamientos y
deslizamientos.
La caracterización del material realizada en cinco sondeos en el área en el cual
se encuentra cimentada la edificación evidenció, hasta una profundidad de 8,10 m,
cuatro estratos que corresponden en el primer estrato a material de relleno y a
suelo arcilloso de baja compresibilidad (CL), segundo estrato a una grava con
presencia de arcilla ( GC ) y suelo areno arcilloso (SC ), tercer y cuarto estrato
material de grava con presencia de arcilla ( GC ).
El diseño de la propuesta planteada para la estabilización de la edificación se
hará sobre el estrato de suelo de grava arcillosa (GC), los cuales presentan un N
mayor a 30.
96
El análisis de estabilidad del terreno se realizó mediante el programa SLOPE
W, encontrándose un factor de seguridad para las condiciones actuales de 1.10,
valor por debajo del mínimo permitido por la NSR-10.
Mediante el análisis de las causas de inestabilidad del terreno se plantearon
varias alternativas para estabilizar la vivienda. Cada alternativa se evaluó desde el
punto de vista técnico, económico y constructivo.
La alternativa elegida consiste en un sistema de pilotes y vigas que amarren
toda la cimentación, y un sistema de gaviones, cuya finalidad es sostener el
empuje que la estructura ejerce sobre el suelo. De esta manera se garantiza la
estabilidad del terreno de cimentación y la edificación en conjunto.
El tipo de solución a construir requiere de un seguimiento especial dada la
complejidad geológica y geotécnica del área a intervenir. El seguimiento
geotécnico servirá de registro y apoyo durante el proceso constructivo de la
solución, con aplicaciones al manejo del riesgo.
Es importante tomar las medidas necesarias para la estabilización geotécnica y
estructural del área de estudio; y de esta manera atenuar el deterioro del inmueble
que lo puede llevar a condiciones inhabitables y/o pérdida total. Además se debe
tener en cuenta que la problemática existente puede afectar la infraestructura vial,
las redes de servicios públicos del área de influencia sobre la que está el proyecto
y las viviendas aledañas.
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RECOMENDACIONES
El grupo de trabajo recomienda estabilizar la cimentación de la vivienda
mediante un sistema de caisson y vigas de amarre. Este método de estabilización
genera una resistencia al cortante en el terreno de soporte de la edificación,
aumentando la longitud de la línea de falla y por consiguiente el factor de
seguridad.
Es importante construir en la parte posterior de la edificación un sistema de
gaviones que ayudarán a estabilizar el talud inferior, así como el manejo de aguas
de escorrentía, aguas lluvias y aguas que puede transportar los drenajes de la vía;
para lo cual se sugiere la construcción de cunetas y estructuras de disipación.
Se debe tener en cuenta que en la parte inicial del proceso constructivo pueden
ocurrir dentro de la realización de trabajos en profundidad derrumbes o
desprendimientos de suelos colindantes a la zona de excavación. Para evitar este
problema se recomienda la utilizar estructuras de contención y verificar que el
suelo es capaz de soportar la deformación de su estado natural sin colapsar en el
momento de realizar las excavaciones.
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BIBLIOGRAFÍA
Apuntes Especialización en Geotécnia Ambiental. Módulo de Fundaciones. 2013.
BRAJA M., Das. Principio de ingeniería de cimentaciones. Cuarta edición. 1999.
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PECK, Ralph; HANSON, Walter y THOMBUM, Thomas. Ingeniería de
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Seminario de Investigación. Especialización en Geotécnia Ambiental.
Bucaramanga, 2013.
SUÁREZ. Control de Erosión en taludes y obras de ingeniería. Capítulo 10. 1998
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simplificada para evaluación de vulnerabilidad geotécnica de terraplenes en
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UNIVERSIDAD DE CASTILLA. Estructuras de hormigón armado. Tema 4.
Cimentaciones. Zapatas aisladas. La Mancha.
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA. Ingeniería de la construcción.
Ingeniería Geotécnica. Apuntes tema 5.