EL SUBSUELO DE BOGOT Y LOS PROBLEMAS DE CIMENTACIONESEl suelo de Bogot est formado por una amplia gama de tipos de suelos, muchos de los cuales presentan problemas para la Ingeniera, por sus caractersticas de resistencia, deformabilidad, carcter expansivo o dispersivo, o por sus condiciones precarias de estabilidad en laderas naturales y artificiales. La sabana de Bogot se ha desarrollado desde el borde oriental de la cuenca hacia el occidente, norte y sur, aprovechando las zonas planas de los depsitos recientes al norte y occidente, el piedemonte de los cerros orientales y las reas de topografa ondulada en terrenos formados por rocas terciarias y depsitos de ladera hacia el sur; los materiales que se encuentran en la ciudad de Bogot son de origen cretceo a reciente.Estos materiales se encuentran dispersos en formaciones como el grupo Guadalupe, que se encuentra conformado por rocas sedimentarias depositadas en un ambiente marino, entre los 50 y 70 metros superiores estn compuestos por areniscas friables (formacin arenisca tierna) de grano fino a medio. Un nivel intermedio de unos 100 m constituidos por capas planas y paralelas de liditas con intercalacin de arcillas y areniscas, los 300 m inferiores estn formados por bancos gruesos de arenisca compacta.Las rocas del grupo Guadalupe afloran formando los cerros que bordean la sabana, en donde han sufrido fuertes plegamientos dando origen a anticlinales estrechos, algunos tumbados, lo que hace que estas rocas aparezcan muy fracturadas, con problemas de inestabilidad en algunos sectores y que han dado origen a depsitos de ladera al pie de sus afloramientos.La formacin guaduas est constituida por arcillolitas rojizas y abigarradas, mantos de carbn, areniscas y arcillolitas grises depositada en un ambiente de transicin marino-continental hacia fines del cretceo y comienzos del terciario y alcanza espesores hasta de 1000 m. Aflora en una pequea franja hacia el borde oriental y sur-occidental de la ciudad. El material arcilloso ha sido explotado para la elaboracin de ladrillos, lo que ha favorecido el desarrollo de problemas de inestabilidad de taludes.La formacin Bogot es una sucesin montona de arcillolitas abigarradas que forman horizontes gruesos separados por bancos de arenisca arcillosa, los cuales descansan sobre un conjunto de areniscas finamente conglomerticas denominado arenisca del cacho. Esta deformacin es de edad terciaria, depositada en agua dulce, su espesor total probablemente no es inferior a 1500 m. los materiales de esta formacin, como los de la formacin Guaduas han sido aprovechados para la elaboracin de ladrillos con los mismos problemas descritos anteriormente. Algunos edificios de gran altura en el centro de la ciudad se encuentran cimentados con pilas acampanadas apoyadas en las arcillolitas de las formaciones Guaduas y Bogot.La formacin Usme constituye la parte superior de la secuencia cretceo-terciaria, es de sedimentacin marina y su espesor se estima en 500 a 600 m. Est formada por una sucesin de areniscas de grano medio a grueso con niveles conglomerticos, intercalada con arcillas grises.La formacin Tilat tuvo su origen en el Plioceno y est compuesta de capas horizontales alternadas de arcillas, arenas y gravas. Su espesor observado no pasa de 100 m y aparece en las hoyas que bajan a la Sabana y en sectores al sur y al norte de sta. La formacin Sabana est constituida por depsitos lacustres, de pantano y marginales que llena la cuenca de la sabana. Son de origen cuaternario y reciente, y estn constituidos por capas de arcillas plsticas, arcillas turbosas, restos vegetales, diatomitas y arenas e finas a medias. Hacia los bordes (oriente y occidente) aumenta la proporcin de arena y se presentan bancos irregulares de bloques, piedras y cantos ms o menos angulares, que forman depsitos aluviales de ros y quebradas que fluyen desde dichos cerros. Se incluyen adems algunos depsitos elicos de cenizas volcnicas y otros de tipo glacial y fluvioglaciar que se encuentran en las reas altas en los alrededores de la sabana. Su espesor es variable, suele pasar de 200 m y alcanza hasta 500 m en algunas zonas.La zona andina del pas se encuentra localizada en una esquina donde confluyen al menos tres placas tectnicas, lo que ha dado origen a varios sistemas de fallas activas intraplaca que, junto con la zona de subduccin a lo largo de la costa pacfica y la zona de Benioff, constituyen las principales fuentes de temblores que pueden llegar a afectar la sabana de Bogot. En la formacin Sabana, se ha observado que en las arcillas el mineral predominante es la caolinita y a su vez se encuentran minerales como montmorillonita, vermiculita o illita; las propiedades ndices de los diferentes estratos de arcilla varan dentro de lmites ms o menos definidos. Esto permite hacer un estimativo inicial de sus caractersticas de resistencia y deformabilidad, de inters en la solucin de los problemas de cimentaciones.Las arcillas limosas que se encuentran al norte y al occidente de la ciudad presentan una alta plasticidad y sobre consolidadas especialmente cerca de la superficie. Las caractersticas de resistencia y deformabilidad de las arcillas blandas estn relacionadas estrechamente entre s, y dependen en gran medida de su origen y en particular de la historia de esfuerzos a la que se han visto sometidas, las arcillas blandas de la sabana son de origen lacustre reciente, por lo que no se han visto sometidas a procesos de carga o descarga fuertes, ni ambientes fsicos o qumicos muy diferentes a los de su formacin. Por esta razn no presentan relaciones de sobre consolidacin muy altas, ni evidencias de comportamiento de un material sobre consolidado por la accin de cementantes de tipo qumico. Los nicos mecanismos que se han identificado como causantes de la sobre consolidacin en estas arcilla son la desecacin, el cambio en los esfuerzos efectivos por variaciones en los niveles piezomtricos del agua subterrnea y la sobre consolidacin aparente por efecto de la compresin secundaria.Los sistemas de cimentacin que se utilizan en las diferentes zonas de Bogot de acuerdo con las formaciones geolgicas que se encuentran, se puede dividir el rea en tres grandes zonas:Sur de la ciudad, caracterizado por una topografa ondulada originada en los afloramientos de las formaciones arcillosas del terciario y algunas cuchillas ms empinadas de afloramientos de areniscas, se extiende aproximadamente desde el rio Tunjuelito hacia el sur, se hallan afloramientos de las formaciones Guaduas, Bogot, Usme y Tilat. Se trata de una zona densamente poblada por habitantes de bajos recursos, por lo que se encuentran principalmente estructuras livianas, muchas de ellas de construccin precaria. En algunos sectores se han presentado problemas de estabilidad de taludes en laderas arcillosas, muchas veces por accin del hombre, construccin descuidada en laderas de alta pendiente, falta de control de aguas superficiales y sobre todo por explotacin de arcillas sin tcnica adecuada de excavacin y disposicin de los materiales de desecho. Estos problemas se han registrado en suelos residuales de las formaciones arcillosas y tambin en los valles y caadas donde existen depsitos coluviales, fluviales o fluvioglaciares y flujos de tierra o lodos antiguos. Tambin se presentan con alguna frecuencia problemas con arcillas expansivas muy sobre consolidadas.En la parte sur occidental de la zona se encuentran sectores que corresponde a los bordes de la formacin Sabana, con unas condiciones en tanto diferentes a las de la misma formacin ms al norte. En particular las arcillas tienen mayor sobre consolidacin y por ser zona marginal abundan las interestratificaciones de suelos arenosos. Por otra parte se encuentra una capa superficial de un limo arcilloso orgnico de alta plasticidad, duro y de carcter bastante expansivo, conocido localmente como neme, que ha causado daos importantes en innumerables edificaciones livianas. Una de las posibles causas de la diferencia en el estado de sobre consolidacin de estas arcillas, y de la existencia de neme puede ser el rgimen climtico especial que se registra en la zona, caracterizado por precipitaciones anuales mucho menores que en el resto de la Sabana (400 mm anuales contra 800 o ms en otras reas como el Dorado, Venado Oro Vivero), las cuales se producen de manera sbita estando la mayor parte del tiempo el suelo muy seco; esto ha favorecido el resecamiento de los suelos superficiales y el desarrollo de su potencial de expansin cuando humedece.Dado que la mayora de las estructuras en esta zona son livianas y los suelos de cimentacin en general bastante competentes, las cimentaciones son superficiales con base en cimientos asilados o corridos enlazado con vigas de rigidez. Algunas veces se disean con presiones de contacto suficientemente altas para contrarrestar el potencial de expansin de los suelos. Los problemas de asentamientos no son frecuentes, excepto en casos en los cuales se tienen rellenos sueltos o fenmenos de inestabilidad de laderas.La zona oriental que constituye el piedemonte de los cerros, en donde se tienen extensos depsitos coluviales y aluviales que cubren las arcillolitas de las formaciones Guaduas y Bogot, as como los cerros mismos formados por rocas del grupo Guadalupe. Son de inters los proyectos de cimentaciones para los edificios altos en la zona. Estos generalmente han sido apoyados en las arcillolitas subyacentes, a las cuales se ha llegado mediante la construccin de pilas excavadas a mano, atravesando el depsito y diseadas para transmitir presiones de contacto del orden de 200 T/m2.En algunos casos ha sido necesario ejecutar excavaciones importantes para la construccin de stanos, generalmente para parqueaderos de edificios grandes o medianos, o para localizar las estructuras en una topografa que presenta en algunos tramos una fuerte pendiente hacia el occidente. Las excavaciones e reas densamente ocupadas y de ladera, han planteado una serie interesante de problemas geotcnicos que se han resuelto mediante la utilizacin de sistemas de contencin anclados.Para la cimentacin de edificios de tamao mediano y pequeo se ha utilizado con xito como suelo de fundacin el depsito de ladera, construyendo cimientos aislados amarrados con vigas de rigidez, que trabajan a presiones de contacto de 20 a 50 T/m2, dependiendo de las condiciones del suelo.En la construccin de la carretera de circunvalacin, una va importante de buenas especificaciones que se desarrolla por la parte alta de esta zona, se debi afrontar una buena cantidad de problemas de estabilidad de taludes en cortes hechos en depsitos y rocas altamente fracturadas, as como dar soluciones para la cementacin de varios puentes y viaductos. En algunas partes al norte de esta zona se han efectuado cortes en los cerros y apoyado edificios directamente con cimentaciones superficiales sobre las rocas de las formaciones del grupo Guadalupe.Y la zona plana al norte y occidente de la ciudad, constituida por los sedimentos recientes de la formacin Sabana. Los suelos del rea son las arcillas de consistencia blanda a media con intercalaciones de arenas y turbas de la formacin Sabana. Las condiciones particulares de estos suelos y de las estructuras proyectadas han hecho que se adopten diferentes soluciones de cimentacin. Se ha aprovechado la capa superficial sobre consolidada para la cimentacin de estructuras livianas mediante cimientos aislados o corridos diseados para trabajar con presiones de contacto del orden de 5 a 15 T/m2, unidas con vigas de rigidez. Para estructuras medianas se han utilizado cimentaciones compensadas total o parcialmente con base en placas aligeradas. En ocasiones se han utilizado pilotes cortos de madera que trabajan por friccin para disminuir expansiones del subsuelo durante excavaciones y asentamientos por sobre presiones, en sistemas combinados que han tenido generalmente un buen comportamiento. Este es el tipo de cimentacin que se utiliza frecuentemente para los edificio de 5 a 7 pisos que se estn construyendo en la ciudad. Para edificaciones de mayor altura, que transmiten cargas por columna del orden de 400 Toneladas o mayores, se utilizan cimentaciones profundas con pilotes casi siempre pre excavados y fundidos en el sitio y solo ocasionalmente pilotes prefabricados e hincados. Estos pilotes son longitudinales del orden de 30 a 40 m, trabajando por friccin lateral, aunque ocasionalmente pueden trabajar por punta si se encuentran estratos resientes de arenas a profundidades razonables; se colocan en grupos amarrados por cabezal de concreto reforzado, dependiendo de las cargas por columna que deban soportar. Las arcillas blandas de la formacin Sabana constituyen el suelo de cimentacin ms frecuentemente encontrado en Bogot y en l se apoyan estructuras de todo tipo y tamao, se realizan excavaciones y se construyen pavimentos. Todas estas obras presentan exigencias de estabilidad y deformacin que solo se pueden satisfacer si se tiene un conocimiento adecuado de las caractersticas y propiedades de los suelos que permitan predecir su comportamiento.Por su origen lacustre y reciente y el gran espesor de los depsitos, estos suelos se caracterizan por una baja resistencia y alta compresibilidad. Sin embargo en la actualidad an no se cuenta con un estudio sistemtico de su mineraloga, ni con modelos completos de su comportamiento a la luz de las teoras y conceptos de la mecnica de suelos moderna. A penas se estn dando los primeros pasos encaminados en dicho sentido. Una de las principales limitaciones para adelantar este tipo de estudios es la falta de recursos econmicos y tcnicos dedicados a la investigacin, ya que en los estudios normales de ingeniera de cimentaciones, las condiciones del mercado y la premura de los plazos generalmente no permiten hacer estudios detallados del comportamiento de los suelos.Otro aspecto importante que pueda llevar a un mejor conocimiento de los suelos es el estudio del comportamiento de las estructuras ya construidas, aspecto este que es frecuentemente subvalorado en nuestro medio, aun a pesar de que en la ciudad se encuentran muchas estructuras con problemas por asentamientos totales y deferenciales que han afectado su normal funcionamiento. Sin embargo es mas frecuente el caso contrario de soluciones de cimentacin excesivamente conservadoras, las cuales resultan ms difciles de evaluar por la falta de una instrumentacin adecuada.A pesar que an falta mucho del conocimiento bsico del comportamiento de las arcillas de Bogot bajo carga esttica, se puede decir que con la informacin obtenida en estudios cuidadosos se logran buenas soluciones de cimentacin. Existe sin embargo un desconocimiento casi total sobre el comportamiento dinmico de estos suelos. Este es un aspecto importante que no se debe descuidar debido a la posibilidad de que la ciudad se vea afectada por movimientos ssmicos cuyo efecto muy seguramente estar altamente condicionado por la respuesta del suelo, en forma similar a lo que sucede en el Valle de Mxico. Debido al gran desarrollo que est experimentando la ciudad, este aspecto del comportamiento de los suelos se torna delicado y debe ser estudiado ms profundamente para incluirlo en los diseos estructurales y en cdigos locales de construccin de manera ms razonable.A partir del proyecto, conjunto Bellavista 100, en relacin a cimentaciones profundas, se ha permitido establecer las siguientes conclusiones, referente al comportamiento de pilotes en las arcillas de Bogot y la ejecucin e interpretacin de las pruebas:Si los resultados de un ensayo de carga se van a utilizar para evaluar las hiptesis o parmetros de diseo o para seleccionar el tipo de pilote y mtodo de instalacin ms eficiente, el pilote debe instrumentarse adecuadamente y en lo posible debe llevarse hasta la falla.El procedimiento de ensayo propuesto como estndar por la ASTM no permite definir satisfactoriamente la curva carga-desplazamiento, debido principalmente al nmero limitado de puntos y al desplazamiento retardado durante la aplicacin de cada incremento. La experiencia indica que se obtienen mejores resultados con ensayos relativamente rpidos de carga controlada, siempre que se reduzca la magnitud de cada incremento para obtener un nmero suficiente de puntos y el tiempo de duracin de cada incremento se mantenga constante. Los ciclos intermedios de descarga-recarga introducen distorsiones en la curva carga-desplazamiento debido a cambios en la compresibilidad del sistema suelo-pilote y a los esfuerzos residuales, que dificultan la interpretacin de los resultados. Los ensayos cclicos solo se deben realizar despus de haberse terminado el ensayo normal y nicamente en pilotes instrumentados.Los mtodos convencionales para predecir la carga de falla conducen a resultados satisfactorios solo cuando la curva carga-asentamiento se aproxima a una asntota. En caso contrario los estimativos pueden resultar totalmente errados y generalmente sobre estiman la carga de falla. El mtodo propuesto por Leonards y Lovell para evaluar el comportamiento de pilotes hincados es relativamente sencillo y conduce a resultados bastantes confiables. El mtodo puede extenderse al caso de pilotes pre excavados, y permite adems analizar independientemente tramos de pilotes.