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Sociedad Mexicana de

Ingeniería Geotécnica, A.C.

XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica

Noviembre 14 a 16, 2012 – Cancún, Quintana Roo

Procedimiento constructivo para la estabilización de una excavación con Muro Milán y Anclas en zona de transición de la Ciudad de México

Constructive process for stabilization of an excavation with a diaphragm wall and anchors in transition zone of Mexico City

Juan Manuel CUEVAS1

1Director de construcción, Consorcio Excoge SA de CV (Grupo Cuevas)

RESUMEN: Se presenta el procedimiento constructivo aplicado para estabilizar una excavación de 15.0 m de profundidad, realizada en la zona de transición de la Ciudad de México, así como su comportamiento a partir del monitoreo topográfico de puntos de observación instalados en el perímetro. El predio donde se desarrolla el proyecto cuenta con una superficie del orden de 11,000 m2, albergará 4 niveles de sótano y 8 niveles sobre la banqueta; para garantizar la estabilidad de la excavación y sus colindancias se construyó un muro Milán de 40 cm de espesor y 21.0 m de profundidad, complementado con 3 niveles de anclas postensadas; durante la construcción se llevó un monitoreo topográfico que permitió observar el comportamiento continuo de la excavación y sus colindancias. Se describe la problemática presentada durante la construcción del muro Milán y las anclas, mencionando las alternativas adoptadas para cumplir con las especificaciones de diseño, las herramientas y equipos utilizados. La estratigrafía del sitio corresponde con la de zona de transición de la Ciudad de México, la piezometría reporta un manto colgado alojado dentro de la columna de suelo que será excavada para albergar a los sótanos en proyecto.

ABSTRACT: We present a constructive procedure applied to stabilize an excavation depth of 15.0 m, made in the transition zone of Mexico City and its behavior from topographic monitoring observation points installed on the perimeter.The property where the project is developed with a surface of about 11,000 m2, that will serve to build four levels of basement and eight levels on the sidewalk. To ensure the stability of the excavation and its adjacencies diaphragm wall was built of 40 cm thick 21.0 m depth, supplemented with three levels of post-tensioned anchors, during construction monitoring was possible to observe topographic continuous behavior of the excavation and its adjacencies. It describes the problems presented during the diaphragm wall anchors, mentioning the alternatives adopted to meet the design specifications, tools and equipment used. The stratigraphy of the site corresponds to the transition zone of Mexico City the piezometric reports a mantle hung housed within the soil column will be excavated to accommodate the planned basement.

1 OBJETIVO

Difundir el procedimiento constructivo aplicado para estabilizar una excavación de 15.0 m de profundidad, realizada en la zona de transición de la ciudad de México, así como su comportamiento a partir del monitoreo topográfico de puntos de observación instalados en el perímetro.

2 INTRODUCCIÓN

El predio donde se desarrolla el proyecto cuenta con una superficie del orden de 11,000 m2 (Figura. 1), albergará 4 niveles de sótano y 8 niveles sobre la banqueta (Figura. 2); para garantizar la estabilidad de la excavación y sus colindancias se construyó un muro Milán de 40 cm de espesor y 21.0 m de profundidad complementado con 3 niveles de anclas

postensadas (Figura. 3); durante la construcción se llevó un monitoreo topográfico que permitió observar el comportamiento continuo de la excavación y sus colindancias.

2.1 ColindanciasEl predio colinda al Norte con Av. Popocatépetl (eje 8), al Sur con un edificio que cuenta con semisótano, planta baja y tres niveles, en su parte central y a paño de la colindancia, el edificio cuenta con un apéndice con dos niveles adicionales; al Oriente con la calle Mayorazgo de Solís y al Poniente con Av. Universidad donde se tiene al cajón del Sistema de Transporte Colectivo de la ciudad de México (Metro) (Figura 1).

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

2 Título del trabajo

Figura 1. Planta del predio y sembrado de tableros del muro Milán.

Figura 2. Corte arquitectónico A-A’ .

3 ESTRATIGRÁFIA Y PIEZOMETRÍA

La estratigrafía corresponde a la zona de transición, está formada por una costra superficial que se extiende a los 2.0 m de profundidad aproximadamente (Fig. 3); seguida por una secuencia de arcillas y limos arcillosos de consistencia baja a media, que se intercalan con arenas de origen aluvial, poco limosas y prácticamente limpias, de compacidad baja a media, que alcanzan aproximadamente 13 m de profundidad; bajo estos suelos se tiene arenas limosas con gravas y boleos muy compactas de origen aluvial; superficialmente en algunas zonas, entre 2.00 y 3.20 m de profundidad se encontró un relleno compuesto por arena, limo, fragmentos de tabique, cascajo y restos de cimentaciones antiguas. La piezometría (Ref. 1) presenta un manto colgado comprendido entre 6.0 y 10.0 m de profundidad, piezómetros abiertos instalados a 16.0 y 23.5 m de profundidad manifiestan un abatimiento total.

Figura 3. Estratigrafía y sistema de estabilización (Corte B-B’).

Tabla 1. Especificaciones de las anclas__________________________________________________Nivel Lt La Lp Nt F tens Pi

(m) (m) (m) (ton) (kg/cm²)__________________________________________________1 29.0 9.0 20.0 7 95 5.02 28.0 13.0 15.0 8 135 5.03 17.0 12.5 4.5 8 130 5.0__________________________________________________Lt, longitud total de ancla; La, longitud activa; Lp, longitud pasiva; F tens, fuerza de tensado; Pi, presión de inyección.

4 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

Después de realizado el trazo se procedió con la construcción del brocal perimetral, en algunas zonas del predio, por la presencia de rellenos de cascajo con espesores hasta de 3.20 m y debido a que el brocal sólo ocupará el metro superior, se obligó a sustituir ese relleno por un material inerte de baja plasticidad, compactado por lo menos al 90 % de su peso volumétrico seco máximo Próctor Estándar, esto con la finalidad de garantizar la estabilidad de la zanja durante la excavación, de lo contrario se corría el riesgo de que con la vibración producida por la maquinaria durante las maniobras de almejeo se vaciara el relleno provocando la falla (Figura 4 y Foto 1).

4.1 Excavación de la zanjaEsta se realizó utilizando almejas hidráulicas y mecánicas (Foto 2), estabilizando las paredes de la excavación con lodo bentonítico cuidando la calidad del mismo, como fue el PH del agua, viscosidad, peso volumétrico, contenido de arena, etc.; la excavación fue muy ágil en los estratos conformados


(sólo poner primer autor, ver ejemplo) APELLIDO Inicial del nombre et al. 3

por la costra superficial y secuencia de arcillas y limos arcillosos con intercalaciones de arenas, el rendimiento se redujo sustancialmente en las arenas limosas con gravas y boleos muy compactas encontradas a partir de los 13.0 m de profundidad, lo que obligó a implementar perforaciones previas para romper la estructura del suelo y reducir el área en el plano del corte, en cada tablero de 6.0 m de ancho se realizaron 5 perforaciones previas, con esto se logró incrementar los rendimientos, reduciendo además el esfuerzo de las almejas, en la Figura 5, se presenta la distribución de las perforaciones previas.

Figura 4. Sustitución de relleno por material controlado.

Figura 5. Distribución de perforaciones previas en tableros de 6.0 m de ancho.

Foto 1. Relleno superficial que se sustituyó por material controlado en zona de muro Milán.

Foto 2. Excavación de zanja con almeja.

4.2 Instalación de las juntas metálicasUna vez concluida la excavación de la zanja se continuó con la instalación de las juntas metálicas, colocando escantillones en el brocal para garantizar su posición en planta y cuidando su verticalidad.

4.3 Limpieza del lodo bentoníticoDespués de instaladas las juntas metálicas y previamente a la colocación del acero de refuerzo dentro de la zanja, se cambió el lodo bentonítico por lodo limpio, bombeándolo desde el fondo de la zanja con una bomba sumergible para lodos de 15 H.P., con gasto del orden de 12.0 lps, y descargando lodo limpio a nivel del brocal, suspendiendo el bombeo cuando la descarga de la bomba mostraba un lodo con características similares al que se estaba vaciando en el brocal.

4.4 Izaje y colocación del acero de refuerzoSe continuó con el izaje y colocación del acero de refuerzo, cuidando que éste bajara totalmente libre y vertical, con movimiento suave y previsto de sus



centradores (pollos) para evitar tallones en las paredes de la excavación que pudieran generar caídos (Foto 3). Para evitar deformaciones del acero de refuerzo por irregularidades en el fondo de la zanja, se decidió dejarlo suspendido mediante la colocación de trampas con varilla del No. 10 apoyadas en la corona del brocal. Durante el descenso del armado, en la posición de las anclas proyectadas, se instalaron boquillas a base de tubos de PVC hidráulico, a pesar de que las maniobras se realizaron con sumo cuidado, la gran mayoría de éstas no quedaron en su lugar y fue necesario perforar el muro con extractoras de corazones.

Foto 3. Izaje y colocación de armado de muro Milán dentro de la excavación.

4.5 Colado del muroSe realizó instalando dos tuberías Tremie ubicadas en los cuartos extremos de los tableros (Foto 4), para que cada una de ellas abarcara la mitad del tablero y el colado se llevara de manera uniforme; es importante realizar el vaciado de concreto de manera continua evitando tiempos prolongados entre la terminación de una olla e inicio del vaciado de la siguiente, de lo contrario es probable que el concreto endurezca ocasionando el taponamiento de la tubería Tremie y con ello la presencia de juntas frías; en algunos proyectos se utiliza concreto con permanencia de al menos dos horas, lo que retarda el fraguado inicial del concreto y permite realizar los colados con mayor control.

4.6 Retiro de juntasEn los primeros tableros las juntas se retiraron utilizando la draga destinada para las maniobras, observándose gran dificultad para ello, aun cuando se tuvo el cuidado de despegarlas durante el colado y excavando posteriormente la posición adyacente del tablero contiguo, golpeando suavemente a la junta metálica con la almeja durante las maniobras de excavación, la dificultad para el retiro se atribuyó a la socavación de la zanja en los estratos de arenas

limpias que no fueron sellados totalmente con la junta, fluyendo el concreto hacia el respaldo de la misma y obviamente confinándola. Este problema se resolvió utilizando un vibro hincador que facilitó la extracción de las juntas aun cuando habían pasado hasta dos días de realizado el colado (Foto 5).

Foto 4. Tuberías Tremie instaladas en los cuartos extremos para colado del tablero.

Foto 5. Extracción de juntas metálicas empleando vibro-hincador.

4.7 Excavación del predioDespués de avanzado el muro Milán en al menos el 50 % del perímetro, se inició la excavación llevándola 1.0 m abajo del primer nivel de anclaje, traslapando actividades de muro Milán, excavación y anclaje (Foto 6), reduciendo sustancialmente los espacios para las maniobras con la maquinaria pesada, con ello se redujeron significativamente los avances en la construcción del muro por la interferencia entre los diferentes grupos de trabajo.



4.8 Perforación del muroA pesar de que se instalaron boquillas en los

armados donde se ubicarían las anclas, por las condiciones propias de la colocación de los armados en las zanjas y el procedimiento del colado, amen de realizar las maniobras con el debido cuidado, éstas no quedaron en su lugar por lo que fue necesario perforar el muro en los sitios de proyección de las anclas, para ello fue necesario el empleo de corazonadoras de concreto, actividad que de origen no se tenía contemplada y que obligó a destinar un número importante de estos equipos para dar los avances requeridos para cumplir con el programa (Foto 7).

Foto 6. Aspecto de la obra durante el traslape de actividades.

Foto 7. Perforación de muro de concreto con extractora de corazones para continuar con la perforación neumática para instalación del ancla.

4.9 Perforación para la instalación del anclaLas perforaciones contaron con 6 pulgadas de

diámetro y longitudes variables, comprendidas entre

17.00 y 29.00 m, con inclinaciones de 35, 30 y 20 grados, para la primera, segunda y tercera líneas, respectivamente (Ref. 2), se utilizaron perforadoras neumáticas (Foto 8) y como herramienta de corte broca Drag, la estabilidad de las perforaciones en general fue satisfactoria, a excepción de una zona sobre Popocatépetl (Eje 8) y la primera y segunda líneas de anclas sobre la calle de Mayorazgo de Solís, donde se encontraron materiales muy saturados que obligaron a la implementación de ademes y/o cementación y reperforación de los barrenos.

Foto 8. Perforación con equipo neumático para instalación del ancla.

4.10 Habilitado e instalación del anclaSimultáneamente a la perforación, se habilitaron las anclas cuidando los detalles de diseño, procediendo con su instalación, revisando que éstas entraran libres en los barrenos (Foto 9) y retirando aquellas que no alcanzaron el fondo por la presencia de caídos, situación que se agravó precisamente en las zonas de Popocatépetl y Mayorazgo de Solís.

Foto 9. Introducción del ancla en la perforación.



4.11 Preparación de la mezcla de inyecciónLa mezcla se preparó incorporando primeramente el agua, adicionándole la proporción de cemento y finalmente un aditivo estabilizador de volumen y acelerante de fraguado, la proporción utilizada está referida al peso de los materiales y es la siguiente:

Agua 1.0Cemento 1.6Aditivo festermix 1.0 % respecto el peso del cemento.Los volúmenes de mezcla fueron preparados en cantidades apropiadas que pudieran inyectarse en un lapso máximo de una hora para evitar desperdicios importantes por el fraguado violento debido al trabajo del aditivo.

4.12 Inyección de la mezclaEl diseño recomendó una presión de inyección de 5.0 kg/cm2, en todas las anclas se logró, observando que en la zona de suelos muy saturados mencionados con anterioridad, los consumos de mezcla se dispararon hasta 4.5 veces el volumen teórico, cuando el consumo en general se ubicó en 2.0 veces el teórico.

4.13 Instalación de cabezales de reacciónDespués de inyectadas las anclas se continuó con la instalación de los cabezales de reacción, éstos se anclaron al muro Milán con pasadores de varilla utilizando resina epóxica para confinarlas y grout para garantizar el contacto de la placa con la superficie del muro Milán (Foto 10).

Foto 10. Pasadores de varilla con resina epóxica para recibir sistema de reacción.

4.14 Tensado del anclaA las 72 hrs. de inyectadas las anclas con la mezcla de diseño, se procedió a realizar el tensado de las mismas, utilizando un cilindro hidráulico debidamente calibrado (Foto 11), observándose que en general se alcanzaron las cargas de diseño, a excepción de aproximadamente el 2 % de ellas que

quedaron por debajo del nivel de proyecto, lo que obligó a instalar anclas adicionales para garantizar la estabilidad de esos tableros, éstas anclas se ubicaron en las zonas de suelos muy saturados encontradas sobre Popocatépetl y Mayorazgo de Solís.

4.15 Continuación de la excavaciónUna vez tensado el primer nivel de anclaje, se continuó con la excavación para la instalación del segundo, después de tensado éste, se procedió con la excavación para alcanzar el tercer nivel de anclas y finalmente llevar la excavación a su nivel de proyecto (Foto 12).

Foto 11. Aspecto del ancla durante el tensado.

Foto 12. Excavación a nivel de proyecto, obsérvense los tres niveles de anclaje.

4.16 Monitoreo topográficoDurante el proceso de construcción, se implementó un sistema de monitoreo de la excavación y sus colindancias, conformado por líneas de colimación y puntos de nivelación, observándose desplazamientos horizontales y verticales máximos acumulados de 1.0 cm (Figura 6)



Figura 6 Comportamiento del muro Milán y sus colindancias a partir del monitoreo topográfico.

5 CONCLUSIONES

a) La sustitución de los rellenos de cascajo por materiales controlados permitió realizar la excavación de la zanja para muro Milán con seguridad, evitando la falla.

b) Le perforación previa aplicada en los estra-tos resistentes, permitió a las almejas llevar la excavación a nivel de proyecto, aumen-tando sus rendimientos.

c) El empleo de vibrohincador facilitó la extrac-ción de las juntas metálicas, realizando ma-niobras más seguras y expeditas.

d) Por el procedimiento aplicado para la colo-cación del acero de refuerzo y colado del muro, es imposible garantizar que las boqui-llas instaladas en la posición del anclaje per-manezcan en su lugar, por lo que general-mente se requerirá reperforar al muro con extractoras de concreto.

e) En suelos de alta compresibilidad muy satu-rados será necesario el empleo de ademes metálicos recuperables, cementación y re-perforación del barreno o cualquier otra al-ternativa que permita garantizar la estabili-dad de la perforación.

f) La inyección de la mezcla se suspenderá hasta que los consumos sean nulos, garanti-zando siempre la presión de inyección, con-siderando que en suelos muy saturados y/o agrietados, los sobreconsumos se dispara-rán sustancialmente.

g) Del monitoreo topográfico se concluye que tanto el muro Milán como sus colindancias se comportaron satisfactoriamente, los des-plazamientos máximos registrados fueron de 1.0 cm, tanto en sentido vertical como hori-zontal.

6 REFERENCIAS

Ingenieros Especialistas en Cimentaciones, S. C. (2010). “Estudio Geotécnico para el diseño de la cimentación”.

Ingenieros Cuevas Asociados, S.C. (2011-2012). Di-seño del muro Milán y sistema de anclaje, (Notas Técnicas).


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