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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

EXPERIENCIAS GEOTÉCNICAS EN LA CONSTRUCCIÓN

DE EDIFICACIONES PARA VIVIENDA

Alberto Samuel Menache Varela

RESUMEN Uno de los grandes problemas que enfrenta el país es la de la escasez de reservas territoriales para desarrollo urbano, habitacional o para creación de infraestructura. Por ello la Ingeniería Geotécnica con el pasar de los años se enfrenta con retos cada vez más difíciles de vencer para poder brindar a grandes desarrolladoras inmobiliarias, soluciones en Ingeniería de Cimentaciones complejas, con el auxilio de Técnicas de Construcción Innovadoras, para sacarle provecho a la construcción de viviendas en suelos con problemas geológicos y geotécnicos adversos. Los constructores de viviendas han asumido la mentalidad de construir a tiempo la cantidad de viviendas nuevas para cumplir con la demanda actual.

ABSTRACT One of the most important problems that the country is facing now a days is the lack of territorial reserves for urban, habitational, recreational and infrastructure development. For these, the Geotecnic Engineering, throughout the years has been confronting several challenges, each time more difficult to overcome, in order to provide complex solutions in engineering foundations to real state developers, and by these means, take advantage of the construction of habatational complexs in soils with geological and geotecnical disadvantages. Housing construtors have assumed the habit of constructing on time the amount of new houses just to satisfy the actual demand.

INTRODUCCIÓN En México, así como en buena parte del mundo, se ha venido presentado un auge en la construcción de grandes conjuntos habitacionales sobre todo para personas de recursos económicos bajos a medios. Este tipo de desarrollos pueden incluir desde viviendas unifamiliares hasta edificios de varias decenas de pisos. Cada vez con más frecuencia encontramos grandes porciones de terreno, que otrora fueran campos de cultivo o bosques, que han venido siendo devorados por el crecimiento de las metrópolis. Los nuevos conjuntos habitaciones pueden abarcar desde unos centenares de viviendas hasta miles de ellas y ello implica que se deba tener un nuevo enfoque del problema geotécnico a resolver, porque en realidad debe visualizarse como el desarrollo de nuevas minicuidades donde se conjurarán:

Vivienda unifamiliar o plurifamiliar Vialidades de acceso e internas, en algunas ocasiones se incluyen puentes vehiculares Escuelas Parques y centros deportivos Zonas comerciales Líneas de agua potable, alcantarillado, eléctricas, de gas y telefónicas Plantas de tratamiento, cárcamos de aguas negras y de tormentas Pozos de abastecimiento de agua.

Lo anterior conlleva, desde el punto de vista geotécnico, a comenzar con una visión macro de la zona o región a estudiar, antes de concentrase en el subsuelo del sitio en sí.

Director General, Ingeniería Geotecnológica de México S.A. de C.V., Felicidad no. 83, Col. San Miguel Ajusco, 14700 México, D.F. Teléfono: (55)5846-2587; Fax: (55)5846-4777; [email protected]

V Simposio Nacional de Ingeniería Estructural en la Vivienda Queretaro, Qro. 2007

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VISIÓN MACRO DEL PROBLEMA GEOTÉCNICO

En esta visión macro se deben tener en cuenta los aspectos siguientes: Marco geológico. Donde se identifiquen las principales estructuras como son fallas, aparatos volcánicos, ríos, tipos de rocas, contactos, intrusiones, etc. Ya que ello dará idea del tipo de subsuelo a encontrar y que anomalías esperar. También esta información servirá para orientarnos en la localización de los acuíferos de donde se extraerá el agua potable. Generalmente para un conjunto habitacional, la geología no es un aspecto de importancia a considerar, y se piensa que solo debe aplicarse al caso de grandes obras de infraestructura como son las presas, puentes, carreteras, etc., pero se cometería un serio error al pensar así. Muchos de los problemas que se tratarán más adelante vienen íntimamente relacionados con el marco geológico. Geofísica. Ha resultado ser una herramienta sumamente versátil, de gran ayuda y a su vez económica, que permitirá complementar la información obtenida en el inciso anterior. Se ha empleado con mucho éxito para definir las estructuras geológicas a profundidad, identificar los acuíferos, fallas, contactos, agrietamientos del terreno y sobre todo que aportará información cuantitativa de algunas propiedades de los materiales involucrados. Hidrología: Como ya se mencionó no se trata de un simple edificio o casa habitación, sino de una miniciudad, donde el régimen de lluvias, el manejo del agua pluvial, el agua potable, así como la sanitaria implicarán medidas y estructuras de suma importancia que los ingenieros civiles tendrán que diseñar y construir. Cobra singular importancia el equilibrio hidrológico de la zona, ya que en muchas partes del país se está presentando la sobreexplotación de los acuíferos con el consecuente agrietamiento del subsuelo provocado por las fuerzas de filtración que se generan junto con la consecuente pérdida de humedad. Sismicidad. Es bien conocido este aspecto en el emplazamiento de un conjunto urbano y viene muy ligado tanto al marco geológico como al tipo de subsuelo existente. Tipo de subsuelo. Ya en los reglamentos de construcción se clasifican los suelos como:

Duros o firmes De transición Blandos

Su comportamiento será muy distinto tanto ante acciones estáticas como dinámicas. En algunos casos la capacidad de carga admisible será el parámetro dominante, mientras que en otros las deformaciones del terreno tendrán prioridad.

ENFOQUE PARTICULAR DEL PROBLEMA GEOTÉCNICO Toca ahora pasar al enfoque particular de cada uno de los predios en que se emplazarán esta minicuidades o grandes desarrollos habitacionales. Para ser más claro se abordarán una serie de experiencias vividas en este renglón.

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Conjunto Habitacional de Cuatro Torres de 10 niveles, cada una, emplazadas sobre roca caliza dura, en la Cd. de Monterrey, N.L

BLOQUEINESTABLE

DIRECCIÓN DELDESPLAZAMIENTO

Grietas deTensión

Figura 1 Conjunto Habitacional San Jerónimo, Monterrey, N.L. Durante una lluvia torrencial ocurrida en el año 2005, un bloque de roca caliza de grandes dimensiones, con intercalaciones de lutitas y arcillas, deslizó contra una batería de casas emplazadas al pie del mismo. Durante el proceso de desplazamiento se rompió una tubería de agua potable a presión que existía en la cresta, con lo cual el empuje hidrostático se magnificó y el movimiento fue más espectacular por las dimensiones y el corrimiento que adquirió.

Figura 2 Vista aérea, se observa la falla geológica del sitio


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Sobre este bloque se tenía pensado construir cuatro torres habitacionales de 10 pisos cada una de ellas. Hasta ese momento solo se había edificado la primera y estaba en proceso de ocupación. Asimismo, y con el objeto de dar acceso al conjunto, se había colocado un terraplén de 11 m de altura sostenido por un muro de contención en su cabecera. Como puede apreciarse, los edificios, cimentados sobre zapatas aisladas transmitirían presiones de contacto del orden de 35 a 40 t/m2, el terraplén unas 24 t/m2, y el muro de contención alrededor de 50 t/m2; valores muy inferiores a la capacidad de carga admisible que puede tener una roca de esta calidad. Confiados en la competencia de la roca, no se efectuó estudio geológico alguno o de Mecánica de Rocas. Las condiciones reales eran que el conjunto de edificios se estaba emplazando sobre un gran bloque de roca que ya había sufrido desplazamientos en el pasado lejano, y que la resistencia entre los estratos delgados de lutita y arcilla, que se encontraban intercalados entre las calizas, correspondía a la residual. Adicionalmente, unos años antes se abrió la calle emplazada al pie del talud, y cortaron la continuidad de los estratos. Para agravar la situación, la inclinación de las capas, resultó perpendicular al trazo de la calle, con lo cual las condiciones cinemáticas para un deslizamiento estaban dadas desde entonces, y es muy posible que el bloque de roca se encontrara en condiciones muy cercanas al de equilibrio límite. Al colocar en la cresta el peso del terraplén de acceso, las condiciones de inestabilidad aumentaron. Al ocurrir lluvias de cierta magnitud durante varios días seguidos, las grietas y fracturas comenzaron a saturarse de agua y a generar empuje hidrostático sobre las caras de las cuñas, así como a reducir el esfuerzo efectivo en la base de la superficie de falla. En las primeras tres figuras se presenta, en primer término el arreglo general de las construcciones, enseguida la geometría del problema y en la tercera el bloque deslizado. Reaprecia que el primer edificio no se desplantó sobre el bloque inestable, pero el deslizamiento del segundo si cortó la rampa de acceso al estacionamiento del primero.

Figura 3 Zona deslizada después del movimiento del 9 de septiembre de 2004

La siguiente figura muestra el corrimiento en la calle de abajo. Prácticamente desaparece la calle de 3.50 m de ancho más la banqueta y la masa de roca prácticamente llegó al límite de las casas.

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Figura 4 Zona deslizada en la parte baja sobre la calle Privada de Anillo Periférico

Figura 5 Estratigrafía del macizo rocoso

En esta foto se aprecia la estratigrafía del macizo rocoso, compuesta por estratos delgados de roca caliza, intercalados con estratos de lutitas de 2 a 30 cm de espesor, así como varios sistemas de fracturas, algunos de ellos rellenos de arcilla.


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Figura 6 Plano de Falla en la Parte Superior de la Zona de Deslizamiento

Obsérvese el plano de falla sobre el cual ocurrió el deslizamiento.

Figura 7 Vista General de la Zona de Deslizamiento

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El problema en realidad resultó mucho más complejo que el propio movimiento del bloque de roca descrito. Como los sistemas de fracturas en realidad se presentan en familias, era muy probable que pudiera existir una segunda superficie potencial de falla atrás de la primera, que pudiera activarse al quedar liberada por el movimiento del premier bloque. Para averiguarlo se efectuó un reconocimiento geológico y de mecánica de rocas, tanto a pie como por helicóptero, con el propósito de tener un panorama completo del sistema de bloques y delimitar su influencia. En la foto anterior, se puede observar que cruzando la calle aparece un edificio de tres niveles y varias casas habitacionales a su izquierda, todo ello apoyados en una pared de roca caliza. Sin embargo, al darle la vuelta al edificio, se detectó que dicha pared de roca, solo tenía unos cuantos metros de espesor, y que detrás de ella existía una falla geológica de 20 m de ancho, rellena de material arcilloso y pedacería de roca, y era realmente sobre este nuevo material sobre el cual se apoyaba el edificio y las casas vecinas. Además, se reveló que al desaparecer el bloque que deslizó, se generaba una nueva superficie de movimiento, que quedaba delimitada por esta gran falla detectada.

Figura 8 Zona por Donde Atraviesa la Falla geológica F1 (Corte en el Fraccionamiento de las Lajas)

De esta forma se conformó el modelo geológico-geotécnico del sitio y se dieron las recomendaciones pertinentes tanto para estabilizar el bloque que sufrió el movimiento como para incrementar el factor de seguridad en la segunda zona inestable detectada.


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F1

F2

F4

Bloque 1

Bloque 2

Bloque 4

Bloque 5

Bloque 3

Figura 9 Ubicación de los bloques estructurales

En el primero de los casos se removió la parte superior del bloque inestable (bloque 4) para restarle peso e incrementar su factor de seguridad ante el deslizamiento, amen de buscar que existiera continuidad en las capas inclinadas de calizas. En el segundo caso, la pared de roca existente en la parte frontal del edificio (bloque 3) se fijó al macizo de roca posterior (Bloque 2), por medio de anclas de tensión postensadas, con una longitud tal de que se cruzara el ancho total de la falla y se cumpliera con la longitud de anclaje dentro del bloque 2.

Algunas experiencias de grandes urbanizaciones en suelos blandos del exlago de Texcoco, Edo. de México Fraccionamiento “Las Américas”. Emplazado en la zona de Ecatepec, Edo. De México, en lo que otrora fue la Planta de Sosa Texcoco, caracterizada por la estructura en forma de caracol que aún persiste, se está construyendo una miniciudad de 15,000 viviendas, más todo el equipamiento urbano correspondiente. El subsuelo, en su parte norte corresponde a la transición baja del Cerro de Chiconaultla con el Exlago de Texcoco, y rápidamente se transforma en un suelo blando virgen, de muy baja resistencia al esfuerzo cortante y muy elevada compresibilidad al avanzar hacia el sur. Después de efectuar el estudio macro del ambiente geológico e identificar los probables problemas a encontrar, se emprendió la campaña de exploración de Mecánica de Suelos, con barrenaciones profundas, hasta alcanzar la capa dura, independientemente de que solo se tuvieran viviendas de dos niveles como máximo.

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El primer punto que se trató correspondió a la posición de la capa dura, ya que ésta se profundizaba desde los 11.00 m en la porción norte a más de 22 m en la zona sur. Este hecho modificó el planteamiento inicial de drenar el fraccionamiento de Sur a Norte para conectarse con el drenaje existente en la Av. Central.

Figura 10 Ubicación Regional de la Zona de Sosa Texcoco


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Si se tomaba en cuenta el fenómeno de la consolidación regional, existente en la zona de los ex lagos de Texcoco, México, Xaltocan y Zumpango, resultaría que a corto plazo las tuberías trabajarían con pendiente negativa, como acontece actualmente con el Gran Canal, ya que el asentamiento es función de los espesores de los estratos compresibles. El problema de la capacidad de carga admisible, así como el de los asentamientos, se trató en forma tridimensional, por bloques de manzanas, ya que tanto las superficies de falla como los bulbos de esfuerzos se sobreponen debido a la magnitud de la zona construida. El arreglo en planta de las distintas manzanas que conforman el conjunto juega un papel fundamental en el comportamiento esperado.

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M-57 SECC

ION

D

SECC

ION

DE D

IBUJ

O VI

SECCION DE DIBUJO VI

SECCION DE DIBUJO I

AV. 1o. DE MAYO

PROLONGACION AV. OAXACA

PROLONGACION SALTILLO

PROLONGACION

CALLE VERACRUZ

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M-130

M-101

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M-108

M-111M-112

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M-133

M-132

M-50

SECCION DE DIBUJO VI

AV. MARIANO MATAMOROS

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AV. MARIANO MATAMOROS

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DEPOSITO DE EVAPORACION SOLAR "EL CARACOL"

JARDINES DE MOSECCION BOSQ

SECCION FUENTESJARDINES DE MORELOS

115.00 m.

101.7

0 m.

327.27 m.

10.11

m.

1 12 .7

3 m.

124.6

9 m.

r=1 1

2 .74 m

.

r=17

5.88 m

.

Comision Nacional del Agua

EJE DEL CANAL DE COSTERA

EJE

DE

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EJE

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Segun Oficio

SCT 710.304.0325/03Segun Oficio

SECC

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SECC

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IBUJ

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SECCION DE DIBUJO III SECCION DE DIBUJO IV

CONTINUA SECCION IV

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SCT 710.304.0325/03

ZONA FEDERAL

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Figura 11 Sembrado General de “Fraccionamiento Las Américas”

Por ejemplo. En este caso se observó que la superficie del suelo, por manzana, se asentaban formando superficies muy planas al centro, pero con fuertes asentamientos de tipo diferencial en los extremos, que superaban las magnitudes especificadas en el Reglamento para las Construcciones. Para corregir este fenómeno se especificaron lastres de concreto en las viviendas de las cabeceras de las manzanas. Asimismo, ciertas manzanas sufrían giros por las influencias de sus vecinas. En estos casos se realizaron ajustes al arreglo general de las viviendas para minimizar el efecto.

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0 20 40 60 80 100 120 1400

20

40

60

80

100

1.89

1.94

2.58

2.50

7.04

1.95

2.01

2.76

2.75

2.11

2.82

2.737.11

2.00

1.91

1.96

2.19

2.58

2.352.00

7.15

1.91

2.11

0 20 40 60 80 100 120 1400

20

40

60

80

1007.02

7.11

1.941.94

7.12

2.141.97

2.20

2.04

7.13

2.111.95

1.482.54

1.972.09

7.02

2.052.03

1.90

2.06

7.12

Figura 12 Curvas de Igual Isovalores y Vectores de Desplazamiento, en Sembrado de Viviendas

VIVIENDA

MUERTO DE CONCRETO POBRE DE 100x50x700

100 cm

50 cm

DE INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURACASA DEL EXTREMO (APLICAR LA SOLUCIÓN

VIVIENDA

Figura 13 Colocación de Lastres en las Viviendas Extremos para Minimizar el Efecto de Catenaria.

Como puede verse estos fenómenos no se hubieran detectado, si el Estudio de Mecánica de Suelos se hubiera limitado al análisis de una sola vivienda de dos niveles.


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Figura 14 Viviendas de Dos Niveles

Figura 15 Viviendas Tipo

Otro de los problemas que se tuvo que resolver fue el de la construcción de cárcamos hasta de 12 m de profundidad y con diámetros de 6 m a 25 m. En estos suelos las excavaciones a cielo abierto con taludes y bajo el agua freática eran imposibles, y en las excavaciones profundas se presentaba tanto el fenómeno de extrusión lateral como el de la falla de fondo. El problema se resolvió cambiando la geometría de los tanques de rectangulares a redondas (de forma tal que la estructura trabajara como un cilindro de pared delgada sometida solo a esfuerzos de compresión), hincando un muro tablestaca con una longitud de pata tal que permitiera tener un factor de seguridad adecuado contra la falla de fondo y restringiera la flotación del cilindro. La falla por extrusión lateral quedaba anulada y el nivel freático se controló con ayuda de pozos de bombeo con bombas de tipo eyector.

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Figura 16 Construcción de Cárcamos Sanitarios para Unidades Habitacionales

Figura 17 Construcción de Cárcamos de Sanitarios para Unidades Habitacionales, por Medio de Tablestaca


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Figura 18 Construcción de Cárcamo Mediante el Método de Pozo Indio para Unidades Habitacionales

Referencias y Bibliografía Alberto S. Menache Varela, Gilberto Jaramillo Meza, (2001), “Estudio de Mecánica de Suelos para el nuevo desarrollo Habitacional Las Américas, Sosas Texcoco, Edo. México ”. Alberto S. Menache Varela, (2005), “Estudio Geotécnico para Conjunto Habitacional de Cuatro Torres de 10 niveles, cada una, emplazadas sobre roca caliza dura, en la Cd. de Monterrey, N.L”

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