mruros milan

8/2/2019 Mruros Milan

1/186

Comisin Nacional del Agua

MANUAL DE AGUA POTABLE,ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO

GEOTECNIA EN CONSTRUCCIN ESPECIALIZADA

Diciembre de 2007

www.cna.gob.mx

R

squeda por palabra


2/186

ADVERTENCIA

Se autoriza la reproduccin sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando lafuente.

Esta publicacin forma parte de los productos generados por la Subdireccin General de Agua Potable, Drenaje ySaneamiento, cuyo cuidado editorial estuvo a cargo de la Gerencia de Cuencas Transfronterizas de la ComisinNacional del Agua.

Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento.

Edicin 2007ISBN: 978-968-817-880-5

Autor: Comisin Nacional del AguaInsurgentes Sur No. 2416 Col. Copilco El BajoC.P. 04340, Coyoacn, Mxico, D.F.Tel. (55) 5174-4000www.cna.gob.mx

Editor: Secretara de Medio Ambiente y Recursos Naturales

Boulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines de la Montaa,C.P 14210, Tlalpan, Mxico, D.F.

Impreso en MxicoDistribucin gratuita. Prohibida su venta.

R

squeda por palabra


3/186

Comisin Nacional del Agua

Ing. Jos Luis Luege TamargoDirector General

Ing. Marco Antonio Velzquez HolgunCoordinador de Asesores de la Direccin GeneralIng. Ral Alberto Navarro GarzaSubdirector General de AdministracinLic. Roberto Anaya MorenoSubdirector General de Administracin del AguaIng. Jos Ramn Ardavn ItuarteSubdirector General de Agua Potable, Drenaje y SaneamientoIng. Sergio Soto PrianteSubdirector General de Infraestructura HidroagrcolaLic. Jess Becerra Pedrote

Subdirector General JurdicoIng. Jos Antonio Rodrguez TiradoSubdirector General de ProgramacinDr. Felipe Ignacio Arregun CortsSubdirector General Tcnico

Lic. Ren Francisco Bolio HalloranCoordinador General de Atencin de Emergencias y Consejos de CuencaM.C.C. Heidi Storsberg MontesCoordinadora General de Atencin Institucional, Comunicacin y Cultura del AguaLic. Mario Alberto Rodrguez Prez

Coordinador General de Revisin y Liquidacin FiscalDr. Michel Rosengaus MoshinskyCoordinador General del Servicio Meteorolgico Nacional

C. Rafael Reyes GuerraTitular del rgano Interno de Control

Responsable de la publicacin:Subdireccin General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento

Coordinador a cargo del proyecto:Ing. Eduardo Martnez Oliver

Subgerente de NormalizacinLa Comisin Nacional del Agua contrat la Edicin 2007 de los Manuales con el

INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGA DEL AGUA segn convenioCNA-IMTA-SGT-GINT-001-2007 (Proyecto HC0758.3) del 2 de julio de 2007Participaron:

Dr. Velitchko G. TzatchkovM. I. Ignacio A. Caldio Villagmez

R

squeda por palabra


4/186

i

CONTENIDOPagina

PRLOGO..................................................................................................................1INTRODUCCIN ........................................................................................................2

1. ESTRUCTURAS DE CONTENCIN PARA EXCAVACIONES..............................31.1. TIPOS DE EXCAVACIONES ...............................................................................31.1.1. Excavaciones a cielo abierto.............................................................................31.1.2. Excavaciones entibadas o ademadas ...............................................................31.2. PRINCIPALES TIPOS DE ELEMENTOS DE SOPORTE.....................................41.2.1. Tablaestacas.....................................................................................................41.2.2. Ataguas ............................................................................................................61.2.3. Muros colados in situ y muros prefabricados ....................................................81.3. TCNICAS DE EXCAVACIN, APUNTALAMIENTO Y ANCLAJE......................91.3.1. Mtodo del ncleo central .................................................................................91.3.2. Apuntalamiento pared a pared ........................................................................10

1.3.3. Uso de la subestructura como sistema de soporte..........................................101.3.4. Otras tcnicas .................................................................................................101.4. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE ALGUNOS MUROS.........................101.4.1. Proceso de construccin de muros Miln........................................................101.4.2. Proceso de construccin de muros prefabricados...........................................191.5. ANLISIS Y VERIFICACIN DE LA SEGURIDAD............................................241.5.1. Consideraciones generales.............................................................................241.5.2. Anlisis de la estabilidad de fondo ..................................................................291.5.3. Experiencias en el diseo geotcnico de muros Miln en la Ciudad de Mxico..................................................................................................................................321.5.4. Estabilidad de trincheras con lodo...................................................................41

2. ABATIMIENTO DEL NIVEL FRETICO Y CONTROL DE FILTRACIONES ENEXCAVACIONES......................................................................................................542.1. INTRODUCCIN ...............................................................................................542.2. MTODOS DE BOMBEO...................................................................................552.2.1. Zanjas y cunetas .............................................................................................552.2.2. Tablaestacado y bombeo abierto ....................................................................552.2.3. Zanjas y pozos profundos ...............................................................................562.2.4. Sistema de pozos-punta..................................................................................572.2.5. Drenaje con pozos profundos..........................................................................592.2.6. Drenaje horizontal ...........................................................................................602.2.7. Sistemas de abatimiento por vaco .................................................................60

2.2.8. Drenaje por electro-smosis............................................................................612.2.9. Mtodos miscelneos para el abatimiento de agua ........................................622.3. TIPOS DE BOMBAS UTILIZADAS.....................................................................622.3.1. Bombas sumergibles.......................................................................................632.3.2. Bombas de pozos-punta..................................................................................632.3.3. Bombas tipo eyector........................................................................................632.4. MTODOS PARA EL ABATIMIENTO DE AGUA EN SUELOS POR MEDIO DEPOZOS DE BOMBEO...............................................................................................63

R

squeda por palabra


5/186

ii

2.4.1. Introduccin.....................................................................................................632.4.2. Pozos individuales...........................................................................................642.4.3. Pozos con penetracin parcial ........................................................................662.4.4. Radio de influencia..........................................................................................682.4.5. Consideracin de varios pozos en el clculo del abatimiento .........................68

2.4.6. Efectos de un pozo cerca de un depsito de agua..........................................70

2.4.7. Pozos de recarga ............................................................................................732.4.8. Flujo no establecido en pozos .........................................................................732.4.9. Radio de influencia en el flujo no establecido en pozos ..................................753. ESTABILIZACIN DE TALUDES ........................................................................783.1. CRITERIOS PARA LA SELECCIN DE TCNICAS DE ESTABILIZACIN.....783.2. MTODOS DE ESTABILIZACIN DE TALUDES..............................................783.2.1. Cambio de la geometra ..................................................................................783.2.2. Bermas y contrafuertes ...................................................................................803.2.3. Empleo de materiales estabilizantes ...............................................................813.2.4. Empleo de estructuras de retencin................................................................833.2.5. Empleo de pilotes............................................................................................873.2.6. Anclajes...........................................................................................................873.2.7. Soil nailing.......................................................................................................943.2.8. Proteccin de taludes contra la erosin...........................................................953.3. ANLISIS Y VERIFICACIN DE LA SEGURIDAD............................................963.3.1. Taludes en suelo .............................................................................................963.3.2. Taludes en roca.............................................................................................1064. MEJORAMIENTO DE SUELOS .........................................................................1164.1. CRITERIOS PARA LA SELECCIN DEL MTODO DE MEJORAMIENTO DELSUELO ....................................................................................................................1164.2. MTODOS PARA EL MEJORAMIENTO DE SUELOS....................................1164.2.1. Preconsolidacin del subsuelo......................................................................1164.2.2. Inclusiones ....................................................................................................1244.2.3. Inyecciones ...................................................................................................1284.2.4. Sustitucin.....................................................................................................1334.2.5. Consolidacin dinmica.................................................................................1334.2.6. Vibrocompactacin........................................................................................1344.2.7. Geotextiles y geomembranas........................................................................1344.2.8. Estabilizacin trmica....................................................................................1355. PROGRAMAS DE CMPUTO ...........................................................................1365.1. PROGRAMAS DE CMPUTO.........................................................................1365.1.1. Anlisis de estabilidad de taludes .................................................................1365.1.2. Clculo de esfuerzos y deformaciones..........................................................1375.1.3. Anlisis de flujo de agua................................................................................138ANEXO LISTADO DE PROGRAMAS ....................................................................144

R

squeda por palabra


6/186

1

PRLOGO

Las obras de infraestructura y en particular aquellas que se refieren al suministro deagua potable (captacin, conduccin y distribucin de agua, plantas potabilizadoras yde tratamiento, sistemas de alcantarillado y saneamiento, etc.) deben con frecuencia

construirse en suelos que presentan propiedades fsicas, mecnicas e hidrulicasmediocres y una gran heterogeneidad, lo que puede ocasionar una gran diversidadde problemas constructivos y de comportamiento posterior. El anlisis y laconstruccin de obras en estas condiciones deben realizarse por mtodosespecializados, basados en principios avanzados de la Mecnica de Suelos, pocousuales en la ingeniera prctica.

Para llevar a cabo el anlisis y diseo geotcnico de este tipo de obras, es necesarioque el proyectista cuente con una herramienta que le permita tener acceso ainformacin tcnica presentada en forma resumida y clara. En general, los conceptosespecializados de la Mecnica de Suelos se encuentran diseminados en una grandiversidad de libros y artculos tcnicos. Por esta razn, se ha considerado tilreunirlos en un manual que constituya un documento de referencia para losingenieros de proyecto y constructores y, an ms, contribuya a normar hasta ciertopunto las soluciones dadas a los problemas ms comunes que se presentan durantel diseo y construccin de este tipo de obras.

Por todo lo anterior, en este manual se proporcionan elementos para la solucin dediversos problemas de gran importancia en la Geotecnia en ConstruccinEspecializada:

El diseo de estructuras de contencin en excavaciones.

El abatimiento del nivel fretico y el control de filtraciones en excavaciones. La estabilizacin de taludes. El mejoramiento de suelos.

Se incluyen definiciones generales, mtodos de anlisis, procedimientosconstructivos y diversas especificaciones y recomendaciones relacionadas con lostemas anteriores que sern de gran utilidad a los diseadores y constructores.

R

squeda por palabra


7/186

2

INTRODUCCIN

Las obras de infraestructura requieren frecuentemente la ejecucin de excavaciones.Puede tratarse de operaciones relativamente simples, como en el caso deexcavaciones para alojar zapatas para la cimentacin de una edificacin o tuberas

de conduccin de agua o drenaje para una poblacin. Cuando se trata de obras msimportantes como crcamos de bombeo, tanques de regulacin, estructuras deproteccin, etc., la excavacin resulta en general ms delicada, sobre todo cuandose combinan condiciones de gran profundidad con la presencia de suelos inestables,especialmente en zonas costeras. Realizar este tipo de excavaciones por mtodostradicionales puede, en muchos casos, no ser posible o resultar excesivamentecostoso.

Es comn, por otra parte, que exista la necesidad de abatir el nivel fretico ycontrolar las filtraciones, para poder construir subestructuras. Esta operacin tambines delicada. As, en el valle de Mxico, se sabe que el bombeo realizado paracontrolar las filtraciones puede ocasionar procesos de consolidacin que a su vezgeneran asentamientos diferenciales y daos en las estructuras vecinas.

Otro problema de gran importancia en la prctica de la ingeniera geotcnica es laestabilizacin de los taludes de terraplenes para presas y caminos, muros deretencin y canales para riego u obras de conduccin de agua potable.

Con cierta frecuencia es, por otra parte, necesario recurrir al mejoramiento de lossuelos, en particular en zonas costeras donde existen suelos muy compresibles odepsitos recientes de suelos granulares susceptibles de licuarse en condicionesssmicas.

Los problemas anteriores solamente pueden resolverse satisfactoriamenterecurriendo a tcnicas especializadas basadas en principios slidos, a vecesavanzados, de la Mecnica de Suelos. En los captulos del presente manual, se habuscado por tanto presentar en forma clara y concisa toda la informacin bsica quese considera til para la aplicacin de estas tcnicas.

R

squeda por palabra


8/186

3

1.ESTRUCTURAS DE CONTENCIN PARA EXCAVACIONES

La cimentacin de la mayor parte de las estructuras se desplanta a una profundidadimportante debajo de la superficie del terreno y es comn que se requiera laexcavacin del suelo o roca hasta el nivel de desplante. En suelos permeablesubicados abajo del nivel fretico, es necesario desaguar el lugar para proceder a laconstruccin. Las excavaciones profundas en suelos blandos presentan por otraparte un difcil reto para los ingenieros (Auvinet y Romo, 1998).

Se han desarrollado una gran variedad de tcnicas de construccin y de sistemas desoporte para las excavaciones.

1.1.TIPOS DE EXCAVACIONES

1.1.1.Excavaciones a cielo abierto

Las excavaciones poco profundas pueden hacerse sin sostener el materialcircunvecino y dejando simplemente taludes adecuados, siempre que exista elespacio suficiente para ello. La inclinacin de los taludes es funcin del tipo de sueloo roca, de la homogeneidad de las capas y su competencia, del flujo de agua, de lasvibraciones, de las condiciones climticas, de la profundidad de la excavacin y deltiempo que esta vaya a permanecer abierta. El talud mximo que un suelo puedepresentar depende de la resistencia al esfuerzo cortante del mismo. Si existe arcillablanda abajo del nivel de la base de la excavacin, es necesario tomar lasprecauciones necesarias para evitar el bufamiento del fondo. Las arcillas durasdesarrollan comnmente grietas cerca de la superficie del terreno, las cuales, si se

llenan de agua, pueden ocasionar fallas en los taludes, debido a que la presinhidrosttica reduce el factor de seguridad de los mismos.

1.1.2.Excavaciones entibadas o ademadas

Es comn que las edificaciones por construir se extiendan hasta los linderos de lapropiedad o sean adyacentes a predios en los que ya existen estructuras. Bajo estascircunstancias, las paredes de las excavaciones deben hacerse verticales yusualmente requieren algn tipo de sistema de soporte.

Para estos fines, se han desarrollado diversos tipos de ademes, tales como los

muros tipo Berln, muros colados in situ (muros Miln), pilotes secantes, murosprefabricados, tablaestacas, ataguas, pantallas plsticas, etc., los cuales secombinan con algn sistema de apuntalamiento o anclaje.

R

squeda por palabra


9/186

4

1.2.PRINCIPALES TIPOS DE ELEMENTOS DE SOPORTE

1.2.1.Tablaestacas

Los muros tablaestacados estn formados por una lnea de elementos planos

hincados en el suelo e interconectados. Son estructuras flexibles, cuya estabilidad sederiva del anclaje que se desarrolla en la parte empotrada del elemento, o se logracon un sistema de tirantes y bloques de anclaje, o bien, por el soporte proporcionadopor un sistema de puntales.

En el pasado, los muros tablaestacados se construan de madera; sin embargo, en laactualidad, se utilizan principalmente tablaestacas de concreto reforzado o metlicas.Estas ltimas presentan una alta relacin entre resistencia y peso. Los tipos detablaestacas metlicas comnmente empleados, son lo que se muestran en la Figura1.1. Las tablaestacas en forma de Z son las que tienen mayor resistencia. Porconsiguiente, en excavaciones poco profundas, se utilizan comnmente las

tablaestacas de los tipos (a) y (b), y para excavaciones ms profundas o paraaquellas en las que se espera tener presiones muy grandes, se empleantablaestacas del tipo (c).

Figura 1.1 Tipos de tablaestacas metlicas comnmente empleadas

Cuando se encuentran dificultades para instalar las tablaestacas, puede requerirseuna perforacin previa a su colocacin. El flujo de agua y/o la intrusin de sueloblando a travs de juntas entre los elementos adyacentes puede ser un problema(Auvinet y Romo, 1998).

En la Figura 1.2 se muestra un sistema comn de colocacin de entibamiento. Sehinca el tablaestacado previamente a la excavacin; al avanzar la excavacin secolocan contra el tablaestacado elementos horizontales denominados largueros, yapoyados contra ellos (en sentido transversal) otros elementos denominadospuntales. Estos puntales pueden colocarse horizontalmente de lado a lado de laexcavacin, o bien, pueden ser inclinados y apoyarse en el fondo (Figura 1.3); sinembargo, para el empleo de stos ltimos, se requiere que el suelo en la base de laexcavacin sea lo suficientemente firme para que proporcione un soporte adecuadoa los miembros inclinados. Los puntales pueden ser de madera o metlicos. Se hanempleado tambin, para el soporte de los muros tablaestacados, sistemas de anclajeque quedan sujetos en el terreno detrs de la entibacin. Una de las ventajas deutilizar anclajes, es que mantienen la excavacin libre de obstculos, lo que facilita laconstruccin.

R

squeda por palabra


10/186

5

Figura 1.2 Excavacin entibada mediante tablaestacas

Figura 1.3 Excavacin con puntales inclinados

R

squeda por palabra


11/186

6

1.2.2.Ataguas

Las ataguas son muros provisionales que se emplean para proteger una excavacinen zonas inundadas o cauces. Una de sus ms importantes funciones es permitir quela obra se lleve a cabo en un lugar seco.

Existen distintos tipos de ataguas:

a) Entramados de maderab) Ataguas de doble paredc) Ataguas celularesd) Ataguas de pared sencilla

a) Entramados de madera

Son sistemas de ataguas relativamente econmicos. Construidos en tierra, puedenllevarse flotando hasta el sitio deseado y luego hundirse mediante lastres de piedra.El lado del agua puede cubrirse con tablones para hacerlo impermeable (Figura1.4).Para lograr una mayor impermeabilidad, pueden utilizarse dos filas de entramadospara apoyar dos caras de recubrimiento de madera dentro de los cuales se apisonaarcilla para formar un muro de lodo. El diseo de los entramados de madera debegarantizar una amplia seguridad contra volteo y deslizamiento.

b) Ataguas de doble pared

Para encerrar grandes reas, pueden erigirse en el agua ataguas de doble pared.Constan de dos filas de tablaestacas atirantadas entre s. El espacio interior se llenacon arena (Figura 1.5). Estas ataguas son generalmente ms impermeables que lasde una sola pared y pueden utilizarse a mayores profundidades. Para una mayorestabilidad, puede colocarse un espaldn contra la cara exterior de la atagua.

Adems, se le debe dar proteccin contra la erosin. Si la atagua descansa sobreroca, puede colocarse tambin un espaldn del lado interior, si es necesario paraevitar el deslizamiento, el volteo o esfuerzos cortantes excesivos. Sobre arena, sedebe colocar un espaldn amplio, para que el agua siga lneas de corriente largasantes de entrar a la atagua. O bien, en lugar de utilizar un espaldn ms amplio,pueden espaciarse ms las paredes de la atagua. Aunque esto es ms costoso,tiene la ventaja de que la parte superior del relleno puede utilizarse para lainstalacin de la edificacin y el equipo de construccin.

R

squeda por palabra


12/186

7

Figura 1.4 Entramado de madera con lastre de piedra

Figura 1.5 Atagua de doble pared

c) Ataguas celulares

Se utilizan en la construccin de presas, esclusas, muelles y pilas de puentes. Sonadecuadas para encerrar grandes reas en aguas profundas. El ancho medio de unaatagua celular sobre roca debe ser de 0.7 a 0.85 veces la altura del agua exterior(Figura 1.6d). Al igual que las ataguas de doble pared, cuando estn construidas

R

squeda por palabra


13/186

8

sobre arena, las ataguas celulares deben tener un amplio espaldn en el interior.Las celdas se forman con tablaestacas de acero unidas. Un tipo de celda consta dearcos circulares conectados por diafragmas rectos (Figura1.6a). Otro tipo consta deceldas circulares conectadas por arcos circulares (Figura 1.6b). Otro tipo es el detrbol, que consta de grandes celdas circulares subdivididas por diafragmas rectos

(Figura 1.6c). Estas celdas se rellenan con arena. La resistencia al corte interno de laarena contribuye sustancialmente a la resistencia de la atagua. Por esta razn, noes conveniente rellenar una atagua con arcilla o limo.

Figura 1.6 Atagua celular de tablaestacas

d) Ataguas de pared sencilla

Forman un encerramiento con una sola fila de tablaestacas. Si no hay problemas deagua, se construyen con pilotes en hilera (cantiliver verticales) con tabloneshorizontales de madera. Cuando se tiene presencia de agua, la atagua puedeconstruirse con tablaestacas. An cuando requieren menos material por unidad quelas ataguas celulares o de doble pared, las de pared sencilla generalmenterequieren arriostramiento en el interior.

1.2.3.Muros colados in situ y muros prefabricados

Los muros-diafragma colados en el lugar (o muros Miln) son paredes de concretocolado en trincheras estabilizadas con lodo. Los muros diafragma fueron introducidosen la ciudad de Mxico para la construccin de las primeras lneas del sistema delmetro en 1967 y han recibido una gran aceptacin desde entonces (Auvinet y Romo,1998).

R

squeda por palabra


14/186

9

Los muros prefabricados colocados en trincheras estabilizadas con lodo, son unaalternativa de los muros diafragma, que est volvindose muy popular. Loselementos de los muros prefabricados se colocan en una trinchera estabilizada conuna lechada de bentonita-cemento. Las principales ventajas de esta tcnica son lacalidad de la superficie de la pared y su menor espesor final comparado con los

muros diafragma. Su principal limitacin es el peso de los elementos prefabricados.Los muros Miln y prefabricados son particularmente tiles en obras que se realizanen espacios limitados en zonas urbanas, en donde no se permiten los altos nivelesde ruido y vibraciones ocasionadas por el hincado de tablestacas o pilotes; enexcavaciones en las que se requiere el abatimiento del nivel fretico limitado ycontrolado para no inducir efectos negativos por bombeo y en consecuencia,fenmenos de prdida de presin de poro y hundimientos diferenciales con daos delas estructuras aledaas a la excavacin. Asimismo, son muy tiles en excavacionesque presentan paredes verticales.

Los principales usos de estos muros son los siguientes:

Como estructura de retencin en excavaciones Como elementos de lastre para contrarrestar la subpresin a la que pueden

estar sometidos los cajones de cimentacin. Como elementos de capacidad de carga en cimentaciones profundas. Como pantallas plsticas impermeables. Como estructuras aislantes de ruido y vibracin. Se le utiliza en la construccin de pasos a desnivel, lumbreras,

estacionamientos y bodegas subterrneas.

La construccin de edificaciones con varios niveles de stanos, en zonas urbanas,implica la ejecucin de excavaciones cada vez ms difciles. El valor que poseen losterrenos justifica el empleo de procesos especiales que garanticen la seguridad delas excavaciones. Dentro de estos procesos, el muro colado in situ ocupa unaposicin primordial y el muro prefabricado es una alternativa.

1.3.TCNICAS DE EXCAVACIN, APUNTALAMIENTO Y ANCLAJE

1.3.1.Mtodo del ncleo central

Esta tcnica consiste en recurrir a elementos de soporte verticales tales como

tablaestacas de acero o de concreto a lo largo del lmite exterior del rea deconstruccin, y excavar slo la parte central de la misma, dejando una bermaperimetral. Se construye entonces la parte central de la subestructura y se colocanlos puntales progresivamente entre la parte construida y las tablaestacas, lo quepermite remover tramos de la berma. Se construye entonces el resto de lasubestructura. En suelos blandos, esta tcnica se limita generalmente aexcavaciones anchas de no ms de 6 m de profundidad, debido a los problemas deestabilidad de la berma. Tambin puede usarse con muros Berln y muros diafragma.

R

squeda por palabra


15/186

10

1.3.2.Apuntalamiento pared a pared

El apuntalamiento pared a pared se usa cuando el espacio horizontal existente no essuficiente para usar el mtodo del ncleo central y para excavaciones muyprofundas. Para apuntalar la estructura, generalmente se utilizan puntales tubulares.

En algunos casos, se han usado muros transversales colados en el lugar comoestructura de soporte. Estos muros son parcial o totalmente demolidos durante laexcavacin y la construccin de la subestructura (Ponce, 1985).

1.3.3.Uso de la subestructura como sistema de soporte

En un nmero limitado de casos, la propia subestructura se ha usado como sistemade soporte. Esto requiere construir muros tablaestacados o colados en trincheras,antes de que la excavacin se inicie y realizar la excavacin en forma subterrneamientras la subestructura est construyndose de la superficie del suelo hacia abajo.

1.3.4.Otras tcnicas

Existen otras tcnicas, tales como subestructuras pre-coladas hincadas por induccinde falla del suelo en la base del muro perimetral. Esta tcnica, conocida como delpozo indio, ha sido slo parcialmente exitosa en la ciudad de Mxico debido a la altasensibilidad de la arcilla (Marsal, 1959), pero puede ser til en otras condiciones.

1.4.PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE ALGUNOS MUROS

1.4.1.Proceso de construccin de muros Miln

La ejecucin del muro colado in situ consta de las operaciones siguientes:

Construccin de muro gua Excavacin de tramo de zanja estabilizada con lodo Colocacin de armaduras Juntas con tubos metlicos Vaciado del concreto con tubera tremie

a) Muros-gua (pre-trinchera) o brocales

Esta estructura tiene de 1 a 1.5 m de altura y un ancho ligeramente superior al del

futuro muro y, por lo general es de concreto armado o acero. Tiene las siguientesfunciones:

Materializa la implantacin, permite marcados y nivelaciones. Sirve de apoyo para las maniobras (tubo de junta, armaduras). Sirve de reserva de lodo al principio de la perforacin. Asegura la estabilidad del suelo en la superficie. Sirve de gua a los equipos de excavacin.

R

squeda por palabra


16/186

11

Sirve de sustento cuando los suelos superficiales presenten problemas deestabilidad.

En la Figura 1.7 se presentan los detalles constructivos para el colado de brocales.

b) Excavacin de tramos de zanjaDesde el inicio de la excavacin debe inyectarse lodo para evitar la socavacin de laboca de la trinchera. Al sacar la herramienta con suelo, debe evitarse la cada dedetritus y dejar escurrir el lodo sobrante en la zanja. Otro aspecto importante durantela excavacin de la trinchera es cuidar la verticalidad de la herramienta deexcavacin, evitando desviaciones o inclinaciones en la trinchera, garantizando laverticalidad del muro. No se debe dejar la trinchera totalmente excavada yestabilizada por mucho tiempo, no ms de 24 hrs. antes de colar el muro.

Se utilizan diferentes equipos segn los terrenos y las especificaciones:

retroexcavadora, almeja con cable, almeja con kelly e hidrofresa. Los anchos varande 0.50 m a 1.50 m pero los anchos usuales son de 0.60 a 0.80 m. Son comunes lasprofundidades de 35 m, un equipo kelly puede alcanzar los 65 m, y la hidrofresa 100m. Se construyen generalmente paneles yuxtapuestos: primero de orden impar yluego de orden par. La dimensin de los paneles elementales vara de 2 a 20 m;comnmente la longitud es de 5 a 6 m. Las formas ms sencillas en trazado enplanta son las mejores para la calidad del trabajo terminado.

Figura 1.7 Colado de brocales

R

squeda por palabra


17/186

12

b.1) Seleccin del equipo

Dependiendo de la profundidad de las zanjas y de las caractersticas de los suelos sedetermina el equipo ms adecuado para la excavacin.

Retroexcavadoras: estos equipos son recomendables para zanjas de profundidad nomayor de 7 m, aunque existen mquinas de este tipo de mayor alcance. Presentanalgunas ventajas con relacin a otros equipos como su facilidad de movimiento,trnsito y posicionamiento, rapidez de operacin y menor costo (Figura 1.8).

Figura 1.8 Excavacin de zanjas con retroexcavadora.

Almejas libres auto-guiadas: Estos equipos fueron de los primeros que sedesarrollaron con el objetivo especfico de excavar zanjas profundas. Estnintegrados por dos quijadas operadas por medio de cables y un cuerpo metlico quele sirve de gua para mantener el alineamiento y la verticalidad durante laexcavacin; generalmente estn montadas sobre dragas. Tienen la caracterstica deque pueden alcanzar grandes profundidades ya que slo dependen de la longitud delos cables que pueda manejar la gra. El diseo racional de una excavacin conalmeja libre o autoguiada debe tomar en consideracin los siguientes aspectos:

Tipo de suelos por excavar Peso de la almeja, abertura de las quijadas, posicin y tipo de los dientes de

ataque, empleo de cables adecuados Libre paso del fluido empleado para estabilizar las paredes de la excavacin a

travs de la almeja

Longitud del cuerpo gua para garantizar la verticalidad y mecanismo dedescarga y limpieza de las quijadas

En la Figura 1.9 se muestra un esquema de una almeja libre autoguiada. Para suoperacin se requiere de brocales que le sirvan de gua.

Almeja hidrulica guiada: Esta mquina consta de una almeja operadahidrulicamente fijada a una barra metlica deslizante llamada kelly que sirve de gua

R

squeda por palabra


18/186

13

y control de la verticalidad del sistema. Se recomienda para excavacin de zanjas ensuelos duros en donde el peso del Kelly, el de la almeja y la capacidad de corte quele proporciona el equipo hidrulico a las quijadas, incrementan su eficiencia yvelocidad de ataque. Estos equipos van montados sobre dragas de 45 o mstoneladas de capacidad y pueden alcanzar profundidades del orden de los 30 m

(Figura 1.10).

Figura1.9 Almeja libre autoguiada operada con cables

Figura 1.10 Almeja hidrulica guiada

R

squeda por palabra


19/186

14

b.2) Esquema de un sistema de excavacin

La excavacin de un panel, por ejemplo de 6 m de longitud, se realiza como sigue:primero se excavan las porciones laterales y finalmente la central, con el propsito delograr simetra y conservar la verticalidad. El tablero puede tener las siguientes

caractersticas: Tablero independiente confinado por tubos junta, muros anterior y posterior no

construidos. Tablero que liga, en ambos extremos hay muros construidos y tienen la edad

mnima necesaria para soportar la maniobra de limpieza de sus juntasmachihembradas.

En uno de los extremos se tiene tubo junta y en el otro muro.

La manera ms ordenada y eficiente de construir un muro Miln es como se indicaen el esquema de la Figura1.11. Consiste en una primera etapa de avance, la cual,

se detiene cuando los muros iniciales alcanzan la edad mnima, en ese momento elequipo de excavacin y colado retrocede para iniciar la segunda etapa de avance,que es la construccin de tableros intermedios.

Figura 1.11 Secuencia de avance de los muros Miln

c) Colocacin de las armaduras

Los aceros especiales y verticales deben dejar entre s un espacio libre de 10 a 15cmpara el paso del concreto. Con la finalidad de garantizar una buena cobertura lateral,las armaduras deben tener un ancho inferior al de la pared en unos 10 cm.aproximadamente. Son necesarios centradores (rodillos o patines) y elementos deizado (asas, rigidizadores) para manipular y posicionar la armadura. Una vezcolocada la parrilla se debe amarrar al brocal por medio de unas orejas, para evitarsu flotacin durante el colado.

c.1) Maniobras de izaje

Esta maniobra es muy importante en el proceso de construccin de un muro Miln ydebe realizarse tratando de evitar la deformacin de la parrilla de acero. Debecontarse con un balancn como el que se muestra en la Figura 1.12a que sujete alarmado en varios puntos a la vez. Con este aditamento, la parrilla ser introducida enla zanja cuidando que no quede asentada en el fondo de ella, es decir, debemantenerse suspendida en el nivel correcto. Para evitar el efecto de flotacin del

R

squeda por palabra


20/186

15

refuerzo que frecuentemente se presenta durante el proceso de colado, deberanclarse colocando barras transversales apoyadas en orejas de acero previamentecolocadas en el brocal como se indica en la Figura 1.12b, que impidan el movimientoascendente del armado.

c.2) Centrado del acero de refuerzoActualmente es muy generalizado el empleo de rodillos de concreto comnmentellamados pollos fijos en ambos lechos del armado para centrarlo dentro de laexcavacin (Figura 1.13a). Esta tcnica funciona adecuadamente cuando lasparedes de la zanja son lo suficientemente resistentes para permitir que estoselementos giren sin hundirse. Para suelos muy blandos, no son recomendables, amenos que su longitud sea lo suficientemente grande para generar la capacidad decarga necesaria para no hundirse en la pared de la excavacin. En caso contrario esrecomendable el uso de centradores tubulares (patines) como los que se indican enla Figura 1.13b, hechos con perfiles PTR de 4" x 3". Se colocarn en la zanjaapoyados en el brocal antes de proceder a instalar el armado y sern extrados almomento de terminar el colado o antes si este se ha retrasado por algn imprevisto yya se ha iniciado el fraguado del primer concreto vaciado. Terminada la excavacindel primer tramo se introducen los tubos junta, de seccin circular o trapecial,ligeramente inferior al ancho de la excavacin

Figura 1.12 Detalle de la colocacin de armaduras

R

squeda por palabra


21/186

16

Figura 1.13 Centradores

d) Vaciado del concreto (colado)

El concreto para un muro Miln no se vibra nunca. Se hace el colado con una tuberatremie (columna de vaciado o trompa) bajo agua o lodo (Figura 1.14). La operacinde vaciado no debe ser interrumpida: debe hacerse en una sola operacin.

El proceso se inicia con la introduccin y armado de las lneas de tubera, de 8, 10 12, segn el ancho de la trinchera. El tubo debe llegar hasta 20 o 30 cm. arriba del

fondo de la excavacin, para vaciar la primera carga de concreto; antes de realizar elprimer vaciado debe colocarse un tapn (pelota) en el interior del tubo para que seaempujado por el concreto, desaloje el lodo y sirva como seguro para evitar lapenetracin del lodo. A continuacin se mencionan algunos puntos importantes deeste procedimiento:

R

squeda por palabra


22/186

17

El dimetro de la tubera debe ser entre 8" a 12" y su longitud de 3 m comomximo, Figura 1.15a. Debe ser lisa por dentro y por fuera para que el concretofluya libremente y evitar que se atore con el armado.

Las uniones entre los tramos deben ser hermticas; no se debe permitir que el

lodo o agua penetre a travs de ellas. Las cuerdas de cada tramo de tuberadeben estar en perfecto estado para facilitar las maniobras de acoplado ydesacoplado. Son recomendables las cuerdas de listn o trapezoidales.

Antes de iniciar el colado se coloca un tapn deslizante dentro de cada lnea decolado que puede ser una pelota de vinilo, o de poliestireno, que impida lacontaminacin del concreto con el lodo o agua al inicio del colado (Fig. 1-15b).

El extremo inferior de las lneas de colado debe permanecer ahogado en elconcreto cuando menos 1.5 m.

El concreto debe elaborarse con agregados de 19 mm como mximo y

revenimiento de 18 2 cm.

El colado debe realizarse de manera continua evitando lapsos de esperaprolongados que provoquen taponamientos en la tubera por el fraguado inicialdel concreto.

e) Juntas

En la Figura 1.16 se observa un croquis de los elementos que comnmente seemplean para moldear las juntas de los tableros del muro Miln, para lograr elmachiembrado entre ellos. Son piezas generalmente metlicas que constan de un

cuerpo tubular de seccin rectangular, de ancho igual al muro Miln, que sirve derespaldo y rigidizador a la parte de la junta que deja una huella en el concreto deltablero. Esta parte es trapezoidal y en algunos casos tiene un pequeo canal paraalojar una banda de PVC usada como sello entre tablero y tablero. Se aclara queestas juntas se emplean en tableros alternados. Se instalan inmediatamente despusde terminar la excavacin y antes de que se coloque el acero de refuerzo. Suextraccin debe realizarse al concluir el colado; es importante determinar el momentoen que es conveniente moverlas tomando en consideracin el fraguado del concretoya que pueden quedar atrapadas cuando el concreto se endurece o bien provocarque el concreto fluya hacia el hueco que deja la junta cuando se le levanta si an notiene la resistencia adecuada. Se recomienda obtener testigos de fraguado de cada

olla que se vace y cuidar el tiempo en que presente su fraguado inicial. En estemomento se podr mover ligeramente la junta para despegarla, repitiendo estaoperacin hasta que el concreto tenga auto-soporte y sean retiradas las juntas.

R

squeda por palabra


23/186

18

Figura 1.14 Secuencia de construccin de tableros para muros Miln

Figura 1.15 Detalles del colado

R

squeda por palabra


24/186

19

Figura 1.16 Junta de muros Miln

f) Controles

Durante las operaciones antes citadas, debe prestarse atencin a los puntossiguientes:

Excavacin: nivel y calidad del lodo, verticalidad y espesor de la trinchera.

Colocacin de las armaduras: centrado y altura. Vaciado: calidad del concreto, volumen a cada nivel. Juntas: verticalidad y posicin de los tubosjunta. Continuidad: encaje de los paneles primarios y secundarios.

1.4.2.Proceso de construccin de muros prefabricados

Muros-gua (pre-trinchera) o brocales.-Los brocales tienen las mismas funcionesque en los muros Miln.

Excavacin.-La apertura de los tableros con el equipo excavador se hace en tres

partes. Tambin el avance de estos muros se hace en zigzag, logrando de estamanera la colocacin continua de las piezas prefabricadas y el mximoaprovechamiento del equipo de construccin. En el caso de que se presente algunainterferencia se puede dejar un tablero pendiente, que despus se construye con latcnica del muro Miln tradicional. Los anchos varan de 0.50 m a 1.50 m, 0.20 mms que los elementos prefabricados. Los anchos usuales son de 0.60 a 0.80 m.

R

squeda por palabra


25/186

20

Lodo de perforacin. Normalmente, el lodo de perforacin es una lechada auto-fraguante a base de cemento y bentonita, cuyo fraguado est retrasado y reguladopor diversos aditivos (IMCC, 1990). Este lodo es fluido durante la perforacin ycolocacin de los elementos, posteriormente el mortero fragua, endurece y sella loselementos al terreno circundante.

La correcta elaboracin del lodo fraguante es la base para obtener una pantalla conla calidad debida, por lo que las instalaciones deben ser capaces de producirmezclas homogneas que satisfagan las caractersticas del proyecto, sin que setengan variaciones significativas.

Uno de los mtodos para la elaboracin de lodos fraguantes, es primero mezclar labentonita con agua y, posteriormente, aadir el cemento; con esto se garantiza lahidratacin total de la bentonita y la homogeneidad de la mezcla.

El procedimiento convencional para la preparacin de lodo bentontico consiste enutilizar una planta mezcladora con recirculacin del fluido por medio de bombascentrfugas, y almacenarlo en depsitos para su hidratacin y posterior utilizacin.

Las propiedades tpicas de un lodo bentontico son:

Densidad 1.05 gr/cm3 Viscosidad Marsh 60 a 70 s Proporcionamiento7% (es decir, 70 Kg. de bentonita por cada m3 de agua).

La regulacin de las dosificaciones permite la obtencin de las caractersticas finalesadaptadas al proyecto (resistencia, mdulo, estanqueidad). En general, el diseo de

la mezcla se establece con base en ensayes de laboratorio. Asimismo, el proveedores quien debe dar las recomendaciones de dosificacin, equipo para el mezclado,surtido de los aditivos necesarios, etc., de acuerdo con el tipo de obra que se trate.

Prefabricacin de los elementos.-Pneles de concreto armados o pretensados(alambres adherentes). La prefabricacin tiene, generalmente, un carcter industrial prefabricacin pesada, donde el peso de los elementos es de aproximadamente 40ton. El equipo de prefabricacin se encuentra algunas veces en obra, en casocontrario los elementos llegan a la obra sobre plataformas.

Forma de los elementos.-La economa de un proyecto justifica la simplificacin de lasformas, las series de elementos idnticos. Es posible realizar sin embargo formascomplejas: reservacin, nicho, panel mixto concreto-metal, junta especial para laestanqueidad, enlucido y placas para conexiones.

Colocacin de los elementos.-Los elementos se manipulan con gra. Suspensionesmltiples permiten su descenso y ajuste a su posicin con seguridad. Aplicando cerasobre el elemento del lado de la excavacin se evita la adherencia de la lechada alconcreto durante la excavacin posterior. La colocacin sigue a la perforacin lo

R

squeda por palabra


26/186

21

antes posible. Las suspensiones permanecen colocadas hasta que el mortero hayaendurecido y sellado los elementos al terreno.

Juntas.-En la mayora de los casos se utilizan las del tipo waterstop hinchable(Figura 1.17). Los elementos de cada extremidad se moldean con una abertura

continua en forma de ojo de cerradura. Esta abertura permite el paso de una piezametlica baja para el guiado y luego el paso del waterstop. Las dos bandas delwaterstop son huecas. Se pueden inyectar posteriormente con un mortero decemento de tal forma que haya un contacto estrecho entre el concreto y la junta.

Estanqueidad.-La estanqueidad depende de los siguientes factores:

La capa continua de mortero que permanece del lado del suelo asegura unaproteccin; en los suelos gravo-arenosos, el mortero penetra en un gran espesor(hasta tres veces el volumen terico) y constituye de esta manera unaestanqueidad suplementaria.

Se vibra el concreto de los elementos y puede aadirse un producto hidrfogo. La junta tipo waterstop hinchable asegura una buena continuidad de laestanqueidad entre los elementos.

Tcnicas particulares (revestimiento de una cara interna incorporado a laprefabricacin, una banda aadida frente a la junta) permiten satisfacer las msseveras exigencias.

Muros compuestos.-Se pueden hacer varias combinaciones:

Muro prefabricado en la parte alta y muro de estanqueidad de lechada autofraguante en la parte baja; este muro se realiza con dos operaciones: perforacin

hasta la base e instalacin de los elementos. Muro prefabricado en la parte baja y muro de contencin comn en la parte alta;este muro se realiza con dos operaciones: perforacin hasta la base einstalacin de los elementos.

Muro prefabricado en la parte alta y muro de contencin comn en la parte baja;este muro se realiza con tres operaciones: perforacin con lechada hasta labase, concreto en la columna en la parte baja e instalacin de los elementosprefabricados.

R

squeda por palabra


27/186

22

Figura 1.17 Junta waterstop hinchable

a) Con avance modular

Esta tcnica fue desarrollada por la empresa francesa BACHY y, an se mantiene

vigente. El concepto de mdulo o tablero permite avances cortos en la excavacin dela zanja.

a.1) Excavacin de la zanja

Los tableros que se han construido experimentalmente han sido de hasta 8.0 m delongitud, para permitir la introduccin de tres piezas de 2.5 m de ancho y 0.5 m desobre-excavacin adicional para facilitar la maniobra de colocacin de la ltimapieza.

a.2) Descripcin de los muros

En general, consisten en una secuencia de piezas verticales de concreto precoladoensamblados con un gancho y placas gua, dentro de una zanja estabilizadainicialmente con lodo bentontico o polmero que, previamente a la colocacin de losmuros precolados, se sustituye con lodo fraguante que es capaz de endurecer hastaresistencias similares a las del suelo para soportar y confinar al muro en su posicin,y que constituye una barrera de baja permeabilidad que complementa al selloprincipal (que puede ser una banda de hule).

R

squeda por palabra


28/186

23

a.3) Manejo y desperdicio de lodos

Se debe tener especial cuidado en la sustitucin del lodo inicial por el lodo fraguante.Esta maniobra se hace en forma similar al tubo tremie o bien con una bomba delodos, para evitar la contaminacin que induce la mezcla de ambos fluidos. El

desperdicio de lodos ocurre cuando es imposible recuperar todo el lodo inicial,aunque se tengan tanques de almacenamiento temporal, pero principalmente por eldesperdicio del lodo fraguante, que impacta todava ms econmicamente; eldesperdicio de este ltimo representa el 20% del volumen del mismo.

b) Con avance continuo

Esta tcnica fu desarrollada por la empresa francesa SOLETANCHE. Se ampla elconcepto de mdulo para establecer un procedimiento constructivo continuo conavances de excavacin largos y aprovechamiento mximo del equipo deconstruccin.

b.1) Excavacin de la zanja

La apertura de la zanja es continua, respetando la idea bsica de operacin simtricadel equipo de excavacin, la cual se logra avanzando alternadamente con la almejaen dos posiciones hacia adelante y hacia atrs (Figura 1.18).

Suministro de lodo

Figura 1.18 Secuencia de excavacin en muros continuos

El lodo fraguante se agrega en el extremo delantero del tramo que se estrealizando, abriendo una zanja inicial somera que sirve como canal distribuidor yregulador del consumo gradual de lodo, lo que garantiza buena calidad. La

capacidad estabilizadora del lodo fraguante basada en su mayor densidad, permiteexcavaciones seguras de gran longitud, haciendo factible separar el proceso deexcavacin de la zanja del proceso de colocacin de piezas prefabricadas; esto llevaa un proceso ms ordenado y eficiente. El manejo de lodo fraguante es ms simple ysu desperdicio es mnimo, ya que el lodo desplazado por la pieza de concreto seaprovecha en la continuacin de la excavacin.

R

squeda por palabra


29/186

24

b.2) Descripcin de los muros

Consisten en piezas prefabricadas, usualmente de 3.5 m de ancho, ensambladasmediante una junta impermeable, dentro de una excavacin estabilizada con lodofraguante con aditivo retardador de endurecimiento.

1.5. ANLISIS Y VERIFICACIN DE LA SEGURIDAD

1.5.1.Consideraciones generales

Cuando se disean excavaciones profundas en suelos blandos, como los de la zonalacustre de la ciudad de Mxico, deben tomarse en cuenta ciertos estados lmite, quecorresponden a la aparicin de fenmenos inaceptables, tales como la expansinelstica excesiva del suelo durante el proceso de excavacin, o la posibilidad de fallade corte y de subpresin del fondo de la misma.

Por medio de la instrumentacin y de la observacin ha sido posible ponderar lainfluencia de diversos factores en la estabilidad de cortes profundos y en losmovimientos inducidos en las construcciones vecinas, y perfeccionar los mtodos deanlisis y de diseo.

De manera general, puede decirse que un proceso de excavacin en suelos blandosprovoca movimientos en el terreno circundante, tanto verticales como horizontales,que inducen distorsiones angulares y movimientos diferenciales en las estructurasvecinas. Es por tanto necesario realizar predicciones confiables de la magnitud,distancia y profundidad en la que se presentarn estos movimientos a fin de estimarlos daos que potencialmente se les inducir a las estructuras adyacentes.

Los requerimientos de resistencia conducen a verificar que no se presente falla porcortante en el fondo de la excavacin, es decir que los esfuerzos inducidos por elproceso de excavacin no sean mayores que la resistencia al corte del suelo. Esto sepuede relacionar con la precarga que se aplica por medio de los puntales as como laprofundidad de excavacin; si la precarga es pequea, los desplazamientos lateralesson grandes y en consecuencia se generan zonas de plastificacin amplias, lascuales pueden generar un mecanismo de falla generalizado.

a) Variables que influyen en los movimientos del terreno

Los movimientos que presenta un sistema de apuntalamiento y los que se inducenen el terreno circundante durante una excavacin profunda en suelos blandos soninfluenciados principalmente por los factores listados en la Tabla 1.1. As, lascondiciones del sitio, los detalles del sistema de soporte y las caractersticas delproceso constructivo deben establecerse con el fin de lograr un diseo adecuado dela excavacin y una estimacin precisa de los movimientos del terreno circundante

R

squeda por palabra


30/186

25

Tabla 1.1 Factores que influyen en los movimientos del terreno

Condiciones del sitio:

Estratigrafa / perfil del suelo

Nivel de aguas freticas Desarrollo histrico del sitio

Resistencia al corte del suelo blando

Detalles de las estructuras adyacentes (tipo y estado fsico)

Sistema de soporte:

Espaciamiento de los puntales (vertical y longitudinal)

Rigidez del sistema de apoyo (puntales y muro)

Ancho, profundidad de la excavacin y de empotramiento de la pata del

muro Magnitud de la precarga

Empuje de tierras / reaccin de puntales

Proceso constructivo:

Presin de poro inducida por un sistema de abatimiento del nivel deaguas freticas

Geometra y condiciones de frontera

Secuencia y ritmo correcto de los eventos (tiempo de colocacin de lospuntales y plantilla)

Naturaleza y patrones de cargas impuestas

b) Comportamiento general de una excavacin

Los factores que provocan la inestabilidad de una excavacin apuntalada dependensobre todo del tipo de sistema de apoyo y de las condiciones del suelo. Paracondiciones no drenadas, una excavacin en suelos blandos pasa por diversasetapas crticas que pueden definirse en trminos del parmetro llamado nmero deestabilidad, N, N = TH / Su. Donde T es el peso volumtrico del material localizadoentre la superficie del terreno y el fondo de la excavacin, H es la profundidad de

excavacin y Su es la cohesin no-drenada en la base de la excavacin. Existenciertos valores crticos del nmero de estabilidad, tal y como se indican en la Tabla1.2.

R

squeda por palabra


31/186

26

Tabla 1.2 Nmeros de estabilidad crticos

N Comportamiento caracterstico2 Respuesta elstica. Problemas con excavaciones no apuntaladas en

arcillas blandas

4 Problemas con excavaciones no apuntaladas en arcillas plsticas. No seestiman cargas para el muro de sostenimiento de acuerdo con las teorasclsicas de Rankine o Coulomb

6 Movimientos importantes se empiezan a desarrollar en excavacionesapuntaladas

8 Se desarrollan grandes zonas de plastificacin en el suelo

Graficando la relacin entre el nmero de estabilidad y la resistencia al corte nodrenada, Clough y Schmid (1977) desarrollaron la carta mostrada en la Figura 1.19.Esta carta permite catalogar, usando la profundidad de excavacin y el valor de laresistencia al corte no drenada en la base de la excavacin, la condicin deestabilidad de una excavacin en suelos blandos en seis categoras, que van desdela respuesta elstica hasta grandes deformaciones. Puede verse fcilmente que elmtodo de soporte tiene una influencia importante en la profundidad a la cualempiezan a presentarse problemas de estabilidad. As, las condiciones marginalesde estabilidad en suelos blandos, no pueden definirse nicamente en funcin de laresistencia del suelo, sino que dependen del sistema de apoyo y del grado demovilizacin de la resistencia. Si estimamos un valor promedio de 3.0 t/m2 para laresistencia no drenada de la arcilla de la ciudad de Mxico, se observa que larespuesta elstica se presenta solamente cuando la profundidad de excavacin noexcede los 4.0 m. De aqu, se puede concluir que los anlisis de excavacionesprofundas en la ciudad de Mxico se deben realizar utilizando un modelo decomportamiento elasto-plstico.

Figura1 .19 Carta de estabilidad para excavaciones apuntaladas, = 0 (Cloughet al. , 1977)

R

squeda por palabra


32/186

27

c) Empujes

En general, los elementos de soporte tipo tablaestacas se consideran elementosflexibles, sin embargo los muros Miln y prefabricados presentan mayor rigidez que

las tablaestacas. Los diagramas de empuje tradicionales sobre tablaestacasapuntaladas en suelos no son necesariamente aplicables a ciertos suelosencontrados en Mxico. Los empujes de tierra en excavaciones pueden verificarsemediante el uso de las teoras clsicas de presin de tierras (estados de equilibrioplstico de Rankine) o aplicando la regla semi-emprica dada por R. B. Peck (1969),Terzaghi y Tshebotarioff; donde el empuje total mximo sobre los puntales puedecalcularse considerando un empuje lateral mximo, p, variable entre 0.2 y 0.4 de H(Figura 2.20).

Figura 2.20 Empujes totales

En arcillas blandas, la aplicacin de la regla emprica de Peck puede ser peligrosa.As, dada la escasa profundidad del nivel fretico en la ciudad de Mxico, el empujetotal dado por dicha regla suele ser inferior an al empuje hidrosttico. Cuando el

nivel fretico es superficial, como en el caso de la ciudad de Mxico, y el nmero deestabilidad, N, es inferior a 4, se recomienda utilizar la siguiente expresin:

p =wh + 0.4 (H w h) (1.1)

donde H es la profundidad de excavacin, h es la diferencia de elevacin entre elnivel fretico y el fondo de la excavacin, es el peso volumtrico del terrenosaturado y, w es el peso volumtrico del agua. Cuando el coeficiente de estabilidad,

R

squeda por palabra


33/186

28

N, de la excavacin es superior a 4 (para el cual se forma cerca del fondo de laexcavacin una zona plstica), es necesario basarse en una teora de falla paracalcular las presiones laterales.

Con la teora clsica de Rankine, se obtiene un valor del empuje lateral total

=

H

SHPa u

41

2

2

(1.2)

donde Su es la resistencia al corte en prueba no drenada y es el peso volumtricodel terreno.

d) Movimientos inducidos del terreno

Hay tres aspectos fundamentales del comportamiento de una excavacin profundasobre suelos blandos cuya prediccin tiene importancia prctica:

La magnitud y distancia en la que se presentan los valores mximos de losmovimientos superficiales del terreno (asentamiento y desplazamiento horizontalen la vecindad);

La magnitud y profundidad del desplazamiento final del muro de contencin y; La magnitud del desplazamiento inmediato debido a remocin del suelo

(levantamiento del fondo de excavacin).

En la prctica, la evaluacin de los desplazamientos inducidos por excavacin, seefecta de manera emprica. El nico movimiento que se estima, razonablemente, esel levantamiento del fondo. Limitando este movimiento a un cierto valor, se espera

que el asentamiento y el desplazamiento lateral del muro se encuentren dentro delmites tolerables establecidos por los reglamentos de construccin.

e) Patrn general del movimiento del terreno

Clough y O'Rourke (1990) establecen el patrn general del movimiento del terreno enuna excavacin, como se muestra en la Figura 1.21. En las primeras etapas de laexcavacin, el movimiento del muro es en cantiliver y el desplazamiento lateralmximo ocurre en la cabeza del muro. El asentamiento en la vecindad de laexcavacin adopta una forma triangular y el valor mximo se presenta en el muro.Cuando la excavacin avanza, se incrementa el desplazamiento lateral del muro

presentndose el mximo valor en el fondo de la excavacin, mientras que la cabezadel muro sufre un ligero incremento. En esta etapa, el asentamiento en la vecindadtoma una forma cncava y el valor mximo ocurre en un punto distante del muro.

Finalmente, el desplazamiento lateral del muro se acumula y sigue una distribucinirregular con la ubicacin del valor mximo en el fondo de la excavacin. Elasentamiento final en la vecindad adquiere una forma trapezoidal.

R

squeda por palabra


34/186

29

Algunos escritos presentan anlisis paramtricos, mediante el mtodo de elementosfinitos bi y tridimensionales, de este tipo de obras geotcnicas, para la Zona del lagodel Valle de Mxico, (Rodrguez R., 1995; Monterroso B., 1995; Rodrguez R. 1998).

Figura 1.21 Patrn general del movimiento del terreno en las excavaciones

1.5.2.Anlisis de la estabilidad de fondo

El anlisis de la estabilidad del fondo de excavaciones apuntaladas en suelosblandos, se hace con base en una regla semi-emprica en la que se proporcionanvalores del coeficiente de estabilidad Nc para diferentes valores de las relaciones deprofundidad/ancho (H/B), y ancho/largo (B/L) (Figura 1.22). La variacin de Nc conrespecto a B/L es como sigue; si B/L = 1 el problema es tridimensional, mientras quesi B/L 0.2 el problema resulta bidimensional; es decir, en la Figura 1.22, la relacinB/L = 0 se refiere a que L es muy grande comparada con B (no precisamente que Bsea igual a cero o que L ) y por tanto, el anlisis puede realizarse en dosdimensiones. La variacin de Nc con respecto a H/B es discutible y las discrepanciastericas al respecto entre Terzaghi, Tshebotarioff y otros, son significativas.

R

squeda por palabra


35/186

30

Figura 1.22 Estabilidad del fondo de una excavacin ademada

El factor fundamental de variacin de Nc, para problemas bidimensionales, es elestado de esfuerzos creado en el contorno de la excavacin por las precargas en lospuntales y las descargas generadas por la excavacin.

Si la excavacin es apuntalada y est precargada en toda su profundidad, eldesplazamiento del ademe se efecta hacia la masa de arcilla y se generanesfuerzos de compresin en la parte superior de la masa de suelo y de tensin en elfondo de la excavacin. Adems si H/B es grande la descarga vertical por remocin

del material, incrementa la magnitud de la zona de tensin en la parte inferior de laexcavacin. En tal caso, la lnea de deslizamiento es como se muestra en la Figura1.23. Aplicando la teora de las lneas caractersticas se obtiene la siguiente relacin:

H = (3 - 2) c = 7.42 c

Si la excavacin est parcialmente precargada, evento que se presenta: 1) Cuandola precarga en su parte inferior es insuficiente ocasionando un pateo del muro decontencin. 2) Por razones constructivas el ltimo puntal se deja demasiado distantedel fondo de la excavacin 3) Durante la remocin del material se eliminan porerror la accin de los puntales inferiores. En estos casos se generan esfuerzos decompresin horizontales tanto en la parte inferior de la excavacin como en la partesuperior, la lnea de deslizamiento se localiza en la vecindad del muro, y elcorrespondiente coeficiente de estabilidad resulta igual a 6.28, es decir:

H = 2 c = 6.28 c

R

squeda por palabra


36/186

31

Figura1.23 Falla de fondo y coeficiente de estabilidad

De lo anterior se desprende que la variacin del coeficiente de estabilidad Nc, para

problemas bidimensionales, est directamente relacionada con los mtodosconstructivos ms que con la geometra de la seccin de la excavacin, por lo que esimportante una buena seleccin del proceso constructivo. Para problemastridimensionales el incremento de Nc es del orden del 20 %. An cuando elcoeficiente de estabilidad determinado con base en parmetros geomtricosproporcione un factor de seguridad mayor que 1, puede ocurrir la falla si elprocedimiento de ademado y apuntalamiento no es correcto (pateo del muro,precarga insuficiente en la parte superior e inferior de la excavacin, etc.). Adems

R

squeda por palabra


37/186

32

se requiere contar con un factor de seguridad a corto plazo de 1.5 para evitar lasfallas de fondo en excavaciones. Esto implica que la velocidad de construccin y decierre de la excavacin es un factor muy importante1.5.3.Experiencias en el diseo geotcnico de muros Miln en la Ciudad deMxico

A continuacin se presentan algunas recomendaciones con base en la experienciaque se tiene en el diseo geotcnico de muros Miln en la Ciudad de Mxico.

a) Recomendaciones para el diseo geotcnico definitivo

a.1) Zona de Lago

Estabilidad de la excavacin

El criterio de anlisis de la estabilidad de la excavacin en estas zonas se hace conbase en la Tabla 1.3.

Tabla 1.3 Criterios de anlisis

Mecanismos de falla Se determina para cada uno de los tramosdel muro:

Falla general por el fondo.

Falla del fondo por sub-presin.

Falla por el empotramientode la pata del muro (pateo).Falla del talud de avance.

La longitud mxima de avance de laexcavacin.Las condiciones de abatimiento que debesatisfacer el sistema de bombeo para evitar lafalla por subpresin.

La profundidad de empotramiento del muro.La secuencia de excavacin y el nmero deniveles de troquelamiento necesarios.

Los valores mnimos de los factores de seguridad permisibles para cada mecanismode falla se presentan en la Tabla 1.4.

R

squeda por palabra


38/186

33

Tabla 1.4 Factores de seguridad mnimos contra falla de la excavacin, zonasdel lago y transicin baja

Mecanismode falla

Factores de seguridad mnimos (FS)

General de

fondo

(FS)f 1.7

(FS)f 1.5

Cuando existan edificios susceptibles de

sufrir daos por asentamientos, en unadistancia igual al ancho de la excavacin. Enlos otros casos

Del fondo porsubpresin,

(FS)s 1.3

Porempotramientodel muro decontencin

(FS)p 1.5

Del talud de

avance

(FS)t 1.5

(FS)t 1.7

(FS)t 1.3

Si el ciclo de excavacin-colado es menor

de 48 hrs. Si el ciclo de excavacin-coladoes mayor de 48 hrs. Si en el anlisis deestabilidad se considera la prdida gradualde resistencia de las arcillas con el tiempo yel efecto tridimensional (la cohesin a utilizaren los anlisis valdr c = 0.8 c)

Anlisis de la sobrecompensacin y de la flotacin

Cuando se determinan las presiones de sobrecompensacin y de flotacin queactuarn durante la vida til del cajn, para verificar que las expansiones en la

superficie a largo plazo no afecten a la estructura y a vecinos, los valores admisiblesde la presin de sobrecompensacin no debern exceder a los valores que seindican en la Tabla 1.5.

Debe revisarse que la presin hidrosttica al nivel del fondo de la excavacin, noexceda del 70% de la presin media transmitida por el peso de la estructura yrellenos a ese mismo nivel.

Tabla1.5 Valores admisibles de la presin de sobrecompensacin, P8(COVITUR)

Subzona Ps mx. (t/m2)Lago virgen 1.5

Lago centro I 2.0Lago centro II 2.5

R

squeda por palabra


39/186

34

Anlisis de expansiones y asentamientos

Se deben estimar las expansiones y asentamientos en cada una de las etapasconstructivas del cajn y durante su vida til; en el clculo se analizarn lassiguientes deformaciones:

Asentamiento por bombeo previo, Expansin inicial asociada a la excavacin, Asentamiento por recuperacin de las expansiones ocurridas durante la

construccin, Expansin diferida final asociada a la absorcin de agua por la arcilla.

En cada caso particular se verificar que las expansiones y los asentamientos nodaen las instalaciones existentes ni afecten el funcionamiento de la obra,usualmente en las lneas del metro esto se logra cuando la expansin inicial y ladiferida son aproximadamente iguales entre s y no exceden de 20 cm.

a.2) Zona de Transicin

La estabilidad de la excavacin y el anlisis de expansiones y asentamientos seanaliza como en la zona del Lago.

En el anlisis de la sobrecompensacin y la flotacin, la presin desobrecompensacin no deber exceder los lmites indicados en la Tabla 2.6.

Tabla 2.6 Valores admisibles de la presin de sobrecompensacin, Ps, (Zonade Transicin)

Subzona Ps mx. (t/m2)Transicin baja 2.5Transicin alta (sin lmite) > 2.5

a.3) Zona de Lomas

La estabilidad de la excavacin se analiza en funcin de los taludes de la excavaciny el anlisis de la sobrecompensacin y la flotacin, no es significativo.

b) Empujes horizontales (Zonas de Lago y de Transicin)

Se define el criterio de clculo de los empujes horizontales que actan a corto y largoplazo sobre el muro. Para un diseo preliminar, el manual de COVITUR presentaintervalos de los valores de las propiedades necesarias para los clculos que msadelante se presentan, para las tres zonas geotcnicas del Valle de Mxico.

Las hiptesis de clculo son:

R

squeda por palabra


40/186

35

El clculo de empujes horizontales sobre el muro se debe hacer para doscondiciones diferentes: a corto plazo, el empuje del suelo es activo dondeprevalece la resistencia no drenada del suelo y, a largo plazo, durante la vida til,los empujes actuantes corresponden a las condiciones de empuje en reposo,prevalece la resistencia drenada del suelo.

Para las condiciones a corto plazo los empujes horizontales se calculan deacuerdo a la (Figura 1.24):

Figura 1.24 Diagramas de empujes horizontales a corto plazo

Costra superficial:

P1 = 0.65 (Ka1z1 2c1) y Ka = tan2 (45 -1/2) (1.3)

Arcillas blandas, preconsolidadas y normalmente consolidadas:

P2 = 1z1 + 0.52z2 2c2 (1.4)

El empuje general para toda la profundidad de la excavacin ser el promedio de losdos empujes anteriores:

21

2211

ZZ

PPZPP

+

+=

_

(1.5)

Para las condiciones a largo plazo, durante la vida til del cajn, actan las

condiciones de empuje en reposo de los suelos de la Zona del Lago o Transicin(Figura 1.25).

R

squeda por palabra


41/186

36

Figura 1.25 Diagramas de empujes horizontales a largo plazo

A los diagramas de empujes horizontales que resultan de las condicionesanteriores, se aaden las presiones laterales que ocasionan las cargas cercanasque existen en la superficie (Figura 1.26).

c) Empujes horizontales (Zona de Lomas)

Las hiptesis de clculo son:

En esta zona, la excavacin para alojar el cajn se realiza a cielo abierto,dejando taludes. Una vez construidos los muros, el espacio restante se rellenacon material areno-limoso compactado. El empuje sobre los muros correspondea una condicin en reposo del material compactado.

Para las condiciones a largo plazo, la variacin del empuje horizontal se evala

con la siguiente expresin (Figura 1.25).

Phz = K z + wzw (1.6)

donde:

K Coeficiente de empuje en reposo de tierras, para fines prcticospuede considerarse igual a 0.5.

Peso volumtrico efectivo del material del relleno compactadoz Profundidad total.w Peso volumtrico del agua.

zw Altura del agua.

A los diagramas de empujes horizontales que resultan de las condicionesanteriores, se aaden las presiones laterales que ocasionan las cargas cercanasque existen en la superficie (Figura 1.26).

R

squeda por palabra


42/186

37

Figura 1.26 Diagramas de empujes horizontales debidos a sobrecargassuperficiales

d) Estabilidad de la excavacin (Zonas de Lago y de Transicin)

d.1) Falla general por el fondo

El factor de seguridad se calcula mediante las expresiones siguientes (Figura 1.27)

(FS)f= c (Nc + 2 Hp / L) / (He + p) (1.7)donde

Nc 5.14 (1 + 0.2Hm/ B) (1 + 0.2 B/L) Factor de estabilidadc Valor medio de la resistencia al corte no drenada de la arcilla, hasta

una profundidad igual a Hm + B.Hm Profundidad de desplante del muroHp Longitud de la pata del muro.B Ancho de la excavacinL Longitud del tramo a excavar.He Presin total inicial al nivel mximo de excavacin.p Valor de las presiones de sobrecarga en la superficie.

La ecuacin anterior es vlida para las siguientes condiciones:

Hm / B 2.5 y B / L 1

Para valores mayores, estas relaciones se consideran constantes e iguales a sulmite superior (2 y 1 respectivamente). El trmino 2Hp / L toma en cuenta lainfluencia de la profundidad de la pata en la estabilidad del fondo, esta influenciadebe despreciarse cuando sea menor que 0.5

R

squeda por palabra


43/186

38

En caso de que el factor de seguridad no sea admisible, ser necesario limitar lalongitud de avance de la excavacin o aumentar la profundidad del muro Miln.

Figura 1.27 Caractersticas geomtricas de la excavacin.

d.2) Falla del fondo por subpresin

El factor de seguridad contra falla de fondo por efecto de la subpresin ejercida enestratos de arena profundos se expresa como (Figura 1.28):

(FS)s = (P + S) / U (1.8)

donde:

P Peso saturado del prisma de suelo bajo el fondo.S Fuerza cortante resistente en las caras verticales del prisma de fondo.U Fuerza total de subpresin en la base del prisma del fondo.

Considerando las propiedades del suelo y la geometra de la excavacin, la ecuacinanterior conduce a:

(FS)s = [ hfB L + 2c(B hf + L hp)] / (w hw B L) (1.9)

donde:

Hf Distancia entre el fondo de la excavacin y el estrato resistente.hP Distancia entre el nivel de desplante del muro y el estrato de arena.hw Altura piezomtrica en el estrato de arena.

En caso de que el fondo de la excavacin sea de seccin cuadrada, la ecuacinanterior se simplifica:

R

squeda por palabra


44/186

39

(FS)s = [ hf + 2c{( hf+ hp )/ B}] / (w hw ) (1.10)

Si el factor de seguridad para subpresin no es adecuado ser indispensable abatirla presin hidrulica en las capas de arena profundas mediante bombeo.

Figura 1.28 Mecanismo de falla de fondo por subpresin

d.3) Falla por el empotramiento de la pata del muro (pateo)

Esta falla consiste en el pateo del muro de contencin al vencerse la resistencia del

suelo frente al muro. Considerando que al nivel del ltimo puntal colocado en cadaetapa de la excavacin se genera una articulacin plstica, el factor de seguridad seevala con la siguiente expresin (Figura 1.29):

( )

2

2Dp

MWILrcFS

p

p

++= (1.11)

donde:

resistencia al corte no drenada media en la superficie de falla

L longitud de la superficie de fallar radio de la superficie de fallaW peso saturado del suelo dentro de los lmites de la superficie de fallal distancia del pao del muro al centro de gravedad del suelo resistenteMp momento flexionante resistente del muro de contencin, obtenido del

diseo estructural preliminar

p presin media sobre el muro (empuje medio)

R

squeda por palabra


45/186

40

D longitud del muro entre el ltimo nivel de apuntalamiento y el nivel dedesplante del muro.

El nmero de niveles y apuntalamiento necesarios y las profundidades mximas decada etapa de excavacin previa a la instalacin de los puntales, se determina

verificando que el factor de seguridad en cada etapa sea adecuado, en casocontrario ser necesario agregar niveles de apuntalamiento o aumentar la longitud deempotramiento del muro.

Figura 1.29 Mecanismo de falla del empotramiento del muro de contencind.4) Anlisis de la sobrecompensacin y la flotacin

La presin de sobrecompensacin Ps, se determina mediante la siguiente expresin:

Ps = (Pt Pe) / B (1.12)

donde:

Pt Peso de tierra excavada por metro lineal de excavacin

B Ancho de la excavacinPe Peso de la estructura por metro lineal, que incluye los siguientescomponentes:

Pe = Pp + Pc + Pb + Pr (1.13)donde:

Pp Peso de la plantilla para lastre.

R

squeda por palabra


46/186

41

Pc Peso del concreto estructural.Pb Peso del balasto.Pr Peso del relleno artificial, superficial.

Si la sobrecompensacin se excede se deber utilizar lastre de concreto en losas o

muros y rellenos densos.La presin de flotacin pw, se calcula con:

pw = w hw

donde:

w Peso volumtrico del agua.hw Altura piezomtrica al nivel del fondo de la excavacin.

1.5.4.Estabilidad de trincheras con lodoLos mecanismos por medio de los cuales los lodos bentonticos estabilizan ysostienen a las paredes y fondo de la excavacin, son discutidos an. Los siguientesfactores intervienen en la estabilidad de las trincheras:

La presin hidrosttica del lodo. La resistencia pasiva del lodo, considerado como un cuerpo plstico confinado

entre dos placas rgidas. La resistencia a la deformacin de la interfaz impermeable (cake), funcionando

como membrana.

La accin de fuerzas electroosmticas es despreciable. Incremento de la resistencia al esfuerzo cortante en la zona de suelo saturadapor el fluido estabilizador, debido al efecto de cuajado del lodo en los poros.

El efecto estabilizador que se presenta en los granos de suelos no cohesivos enla cara interior de la trinchera, debido al flujo del lodo hacia su interior y a laexistencia de la interfaz impermeable, la cual adems transmite la presinhidrosttica del lodo a la estructura del suelo.

Se presentan a continuacin algunos de los criterios ms importantes para estimar laseguridad en las trincheras estabilizadas con fluidos viscosos, tanto en sueloscohesivos como en suelos friccionantes (Arias, 1997).

1.5.4.1. Mtodos de anlisis

1.5.4.1.1.Estabilidad de trincheras en suelos cohesivos

Coulomb demostr que en la estabilidad de un corte vertical en arcilla homognea,existe una altura crtica abajo de la cual un corte no se puede auto-sostener:

R

squeda por palabra


47/186

42

sen

cHcr

=

1

4 cos(2.14)

donde:

Peso especifico del suelo.c Cohesin ngulo de friccin interna

Criterio de Nash y Jones (1963)

Siguiendo este criterio, se analiza la estabilidad de trincheras enjarradas con lodobentontico, suponiendo que se desarrolla una membrana impermeable en la interfazsuelo-lodo, y que se ejerce una fuerza hidrosttica en las paredes de la trinchera. Sise acepta la existencia de una membrana impermeable en la cara interior de laexcavacin, entonces cualquier fluido ejerce un empuje hacia el suelo, obtenindoseun diagrama de cuerpo libre como el de la Figura 2.30a. Si no se presentan cambiosen los esfuerzos efectivos y si el corte permanece abierto solo por unos das,

entonces C=CU, =0, =0 y cr=45, Figura 2.30b. El factor de seguridad, F, ser:

( )Hc

FL

u

=

4(1.15)

donde:

L Peso volumtrico del lodo.cu Resistencia no drenada del suelo.

Este anlisis ignora la existencia de posibles grietas en el suelo, las que reducen elvalor de dicho factor.

Figura 1.30 Criterio de Nash y Jones

Criterio de Aas (1976)Resistencia no drenada

El problema ms delicado relacionado con el anlisis de estabilidad de trincherasestabilizadas con lodo en arcillas blandas, es la seleccin de valores adecuados dela resistencia al esfuerzo cortante del suelo. Algunas experiencias de los ltimosaos muestran que el anlisis no-drenado basado en la prueba tradicional de veleta

R

squeda por palabra


48/186

43

conduce a estimaciones incorrectas del factor de seguridad para todos los tipos dearcilla.

La experiencia en clculos de estabilidad de excavaciones indica claramente que eluso indiscriminado de la resistencia medida con veleta, cuando sta excede el valor

correspondiente a 0.2 veces el esfuerzo efectivo, conduce a sobre-estimaciones delas condiciones de estabilidad y diseos inseguros. Por ello, cuando menos ensituaciones donde se descarga la arcilla por algunos das, como en el caso detrincheras estabilizadas con lodo, las altas resistencias al esfuerzo cortante medidasen la parte superior intemperizada de la arcilla deben ser consideradas conprecaucin.

Modelo de falla

Se considera adecuado realizar los clculos de estabilidad considerando un modelode falla basado en suposiciones simples: la masa deslizante est constituida por dosbloques y la falla se desarrolla por un movimiento del bloque inferior horizontal (H)hacia el interior de la trinchera, al mismo tiempo que el bloque superior experimentaun movimiento vertical (V) (Figura 1.31).

Figura 1.31 Condiciones supuestas de falla

Por otro lado, se supone que a lo largo de los dos planos inclinados a 45 lascondiciones de esfuerzo corresponden a un estado de falla activa, por lo que laresistencia al esfuerzo cortante movilizada a lo largo de estos planos es igual a lamedida en el ensaye triaxial de compresin. Adems, se considera que en lassuperficies de deslizamiento verticales se moviliza la resistencia modificada de veleta

(cV), que es igual a la resistencia real medida con veleta observada en el fondo delcuerpo deslizante (a la profundidad H) y que decrece en forma lineal hacia lasuperficie donde vale cero.

El propsito de este grupo de consideraciones simples es compensar:

La presencia de grietas en la superficie intemperizada de la trinchera.

R

squeda por palabra


49/186

44

La ya citada sobre-estimacin de la resistencia medida con veleta en la zonasuperficial intemperizada.

El hecho de que este mecanismo de falla puede no ser es el ms crtico. La posibilidad de desarrollo de una falla progresiva debido a la ms temprana

movilizacin de resistencia a lo largo de los planos inclinados que en 1os

verticales.

En la Figura 1.32 se presenta el diagrama de cuerpo libre para el problema encuestin, considerando que


50/186

45

por lo que la ecuacin anterior se simplifica a:

( )

++

=

L

H

C

C

H

CF

V

T

L

V860602

2.. (1.17)

Se considera adems que, si H/L < 7.5, el plano de falla del fondo se extiendetericamente hasta el nivel del terreno, =1; por lo que el factor de seguridad resulta:

( )

+

=

L

H

C

C

H

CF

V

T

L

V9402

2. (1.18)

Estas ltimas ecuaciones se pueden escribir de manera similar a la expresin para elclculo de la estabilidad de cortes y excavaciones. En este caso el nmero deestabilidad, no solo refleja la geometra de la trinchera sino tambin la anisotropa enla resistencia al esfuerzo cortante:

( ) sLV N

H

CF

2= (1.19)

s

L

V N

H

Q

H

CF

+

=

2

42

(1.20)

Donde Q es la sobrecarga uniformemente repartida y que acta dentro del rea de latraza superior del prisma de falla.

Adaptacin del criterio Noruego de Aas (Santoyo, 1996)

Para aprovechar la experiencia Noruega conviene establecer una comparacincualitativa de esas peculiares arcillas con las de Mxico. Al respecto, se puedeestablecer que:

Las arcillas de Oslo son muy blandas, sin embargo, presentan menorplasticidad y mayor peso volumtrico.

Asumiendo que el peso volumtrico de las de Oslo es del orden de 1.4 vecesms grande, y su resistencia similar, se puede aceptar que las de Mxico debenser potencialmente ms estables en condiciones similares.

A lo anterior se debe agregar que las arcillas noruegas son muy sensitivas; estoes, fcilmente pierden su resistencia con deformaciones pequeas.

R

squeda por palabra


51/186

46

Considerando que en las arcillas sensitivas de Oslo los tiempos de falla varanentre 2 y 10 horas, se puede establecer que en las de Mxico, esto ocurrir entiempos mucho mayores.

La ec.1.1 puede ser modificada para las caractersticas del subsuelo de la Ciudad de

Mxico, aceptando como significativa la resistencia no drenada medida en unaprueba triaxial CU y que la relacin cT/cV = 1 para tomar en cuenta la anisotropa, yaque en el caso de las arcillas de Mxico la resistencia medida con veleta es mayorque la medida en la prueba triaxial. Bajo estas consideraciones, el factor deseguridad se puede expresar como:

( )

+

=

L

H

H

CF

L

T9402

2. (1.21)

Nuevamente la influencia de la sobrecarga en el factor de seguridad puede serconsiderada mediante la expresin

(1.22)

donde:

Peso especfico del suelo.L Peso especfico del lodo.cV Resistencia al esfuerzo cortante medida con veleta a la profundidad D.cT Resistencia al esfuerzo cortante medida en la prueba triaxial CU a la

profundidad D.H Profundidad de la trinchera.L Longitud de la trinchera.Q Sobrecarga uniformemente repartida y que acta dentro del rea de la

traza superior del prisma de falla.Criterio de Alberro y Auvinet (1984)

Este criterio considera una trinchera de largo L y ancho B y revisa las condiciones deestabilidad de una masa prismtica truncada por un plano de deslizamiento a 45(Figura 1.33).

+

+=

LH

H

QH

CF

L

T9402

2

42

.

R

squeda por palabra


52/186

47

Figura1.33 Criterio de Alberro y Auvinet (1984)-

El factor de seguridad se estableci considerando las fuerzas de la Figura 1-33. El

factor de seguridad mnimo se obtuvo cuando (F/) = 0, F min.

Se distinguen los siguientes cuatro casos (Tabla 2.7):

1) Cohesin del terreno constante sin sobrecarga. Ecuacin de equilibrio:

P2=(W1 + W2 )(S1 + S2 + S3 + S1 + S3 + S2) (1.23)

2) Cohesin constante con sobrecarga uniformemente distribuida, Q, en lasuperficie. Considera la ecuacin de equilibrio anterior.

3) Cohesin variable con la profundidad y sobrecarga en la superficie. Seconsideran las siguientes hiptesis:

La cohesin que puede desarrollarse en los planos de falla verticales puedeestimarse a partir de la resistencia al corte medida con veleta (Cv) a laprofundidad H.

La cohesin que puede desarrollarse en un plano de falla inclinado a 45 puedeestimarse a partir de la resistencia al corte medida en prueba triaxial CU, CT a laprofundidad H.

Ambas cohesiones presentan una variacin lineal con la profundidad. La cohesin media en las paredes verticales del prisma es: C=CV (1-) / 2

La cohesin media en las paredes de la cua es: C = CT (2-) / 2 La solucin para determinar el valor crtico de , que minimiza al factor de

seguridad de la excavacin, se har numricamente, aplicando el mtodo deaproximaciones sucesivas.

4) Modificacin al criterio de Alberro y Auvinet para considerar nivel de lodovariable en la trinchera. Como en el caso anterior, se recurre a una solucin

R

squeda por palabra


53/186

48

numrica para encontrar el valor de que minimiza al factor de seguridad de latrinchera.

Tabla1.7 Criterio de Alberro y Auvinet (1984)

donde:

Peso volumtrico del suelo.L Peso volumtrico del lodo.c Cohesin del suelo.

Q Sobrecarga uniformemente distribuida.cV Resistencia al esfuerzo cortante medida con veleta.cT Resistencia al esfuerzo cortante medida en la prueba triaxial CU.H Profundidad analizada.L Longitud de la trinchera.B Ancho de la trinchera.

R

squeda por palabra


54/186

49

1.5.4.1.2.Estabilidad de trincheras en suelos friccionantes

Criterio de Nash y Jones (1963)

Estos autores consideran el equilibrio en la trinchera como se indica en la Figura

1.34.

Figura1.34 Criterio de Nash y Jones(1963), para suelos friccionantes

En general, en

mruros milan

Documents