ESTRATEGIAS POSIBLES OBRAS URBANAS PLANTEO DEL PROBLEMA (A)

Transcripción

1 ESTRATEGIAS POSIBLES OBRAS URBANAS PLANTEO DEL PROBLEMA (A)

2 EDIFICACION EN EL MEDIO URBANO La edificación en zona urbana plantea frecuentemente problemas especiales debido a la proximidad de otras estructuras. La repercusión o los efectos que en los vecinos puedan tener los trabajos de la nueva obra, tanto en la estabilidad como en los asientos adquieren una importancia fundamental Las acciones que emprendemos sobre el terreno, como las operaciones de construcción, provocarán inevitablemente movimientos en el terreno, que han de ser compatibles con las características de las estructuras cercanas 2

3 Se deben fijar criterios relativos a la afectación de las propiedades y construcciones vecinas determinando de que forma es mejor y mas seguro llevar a cabo la construcción. Lo importante es reconocer los problemas potenciales y definir los criterios del comportamiento aceptable compatible con el entorno. No es un trabajo individual sino que es necesario diseñar los pasos a seguir ateniendo a las características del terreno, con la consulta de calculistas, geólogos e incluso con el contratista principal del cual se aprovecha su experiencia en situaciones similares. Se debe conocer y forma parte del problema los tipos de cimentación profundidad etc de los edificios vecinos 3

4 Algunas condiciones y restricciones a ser consideradas en toda intervención con respecto al suelo Características del proyecto Topografía del terreno Estructuras contiguas Restricciones de espacio Tamaño y profundidad de la excavación Tipo de suelo Equipo y maquinaria disponible o en condiciones de ser usadas Presencia de aguas subterráneas Seguridad en las excavaciones 4

5 Cáusa de los daños mas comunes en edificios vecinos Descalce de cimentaciones superficiales Movimientos del terreno consecuencias de la excavación del terreno Reduccion de la capacidad portante del terreno por elevación de la napa freática Incremento de los asentamientos por rebajamiento del nivel freático Erosión por arrastre de finos Transmisión de cargas a suelos muy profundos Asiento del nuevo edificio que puede arrastrar al edificio existente 5

6 Las consecuencias legales Los posibles daños en las edificaciones próximas, nos lleva a plantear la necesidad de que la normativa contemplara el problema en forma mas general, obligando a que los proyectos de fundación tuviera en cuenta la influencia de obras futuras; y no caer en el simplismo de que toda la responsabilidad es del que construye. El Código del Ayuntamiento de Nueva York fija el siguiente criterio: Si la nueva excavación es de menos de tres metros, los propietarios de las casas adyacentes son responsables de los daños que puedan provocarse en sus edificios. Si la excavación es superior a tres metros, toda la responsabilidad de los daños recae sobre la nueva obra Si bién peca de excesiva simplificación, muestra la necesidad de legislar sobre este punto teniendo en cuenta los derechos de las partes involucradas 6

7 Excavaciones en el medio urbano Provoca alteraciónes de tensiónes en el suelo y esta alteración del equilibrio conduce a deformaciones del terreno contiguo, lo cual trae consigo el peligro de que las edificaciones vecinas resulten afectadas por la deformación del terreno o por el colapso del mismo.la estrategia a utilizar dependerá del suelo que encontremos 7

8 Hundimiento EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO El retiro de pesos sustanciales de tierra modifica las tensiones existentes en el espacio circundante. 0,4 0,7 h Combadura h La superficie del suelo en los alrededores de la excavación sufre un asiento vertical, incluso en los casos en que los movimientos horizontales hacia el interior son disminuidos por la presencia 8 de un muro o pared de sostenimiento.

9 El asentamiento El asentamiento tiene importancia por tres razones: aspecto, condiciones de servicio y daños a la estructura. Los tipos de asentamiento son: Asentamiento uniforme Existen asentamientos máximos y asentamientos diferenciales. El asentamiento diferencial se caracteriza por la distorsión angular Asentamiento no-uniforme Cimientacion rígida Cimientacion flexible Asentamiento diferente que sufre giro Smin Smax 9

10 Consecuencias del asentamiento diferencial El asentamiento diferencial entre dos puntos dividido por la distancia entre ellos, se usa habitualmente como un índice de daño potencial, al establecer los movimientos permisibles de los edificios Definimos como distorsión angular al cociente entre el asentamiento diferencial entre dos columnas vecinas y la distancia entre ejes. Asientos admisibles: Los asientos admisibles son los asientos ( totales y diferenciales ) máximos que tolera la estructura, incluyendo entrepisos y tabiques, sin que se produzcan daños, como fisuras, descensos o giros que inutilicen la obra. 10

11 Distorsiones angulares límites. Gráficos de Bjerrum (1963) basado en datos presentados por Skempton y Mac Donald (1956) 11

12 Tipo de estructura Código Técnico España Ley 38/1999, Ordenación de la Edificación Valores límite basados en la distorsión angular Límite Estructuras isostáticas y muros de contención 1/300 Estructuras reticuladas con tabiquería de separación 1/500 Estructuras de paneles prefabricados 1/700 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia arriba 1/1000 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia abajo 1/2000 Valores límites basados en la distorsión horizontal Tipo de estructura Límite Muros de carga 1/2000 Para evitar los asientos diferenciales debe procurarse que la tensión del terreno bajo las diferentes cimentaciones sea la misma. No obstante, como el terreno no es homogéneo ni las dimensiones de las cimentaciones son constantes, siempre se producirán inevitablemente asientos diferenciales. Los asientos diferenciales son función de los asientos totales. Los asientos diferenciales oscilan entre los 2/3 y 3/4 del asiento máximo total. 12

13 Los asentamientos diferenciales Las estructuras muy flexibles, se acomodan al suelo Las estructuras muy rígidas se mueven como cuerpo rígido (traslación y rotación) Las estructuras intermedias en general sufren deformaciones ( estructuras hiperestáticas) y se producen esfuerzos que pueden ser muy importantes Los asentamientos pueden producir: 1 Descenso uniforme 2 Rotación rígida 3 Flexión 4 Corte 5 Torsión 13

14 Verificación de la distorsión angular 14

15 Descenso uniforme Rotación rígida Flexión Torsión y corte L El asentamiento diferencial puede estimarse como ¾ del asentamiento máximo calculado 15

16 Las consecuencias de los asentamientos diferenciales 16

17 ESTRATEGIAS POSIBLES LAS EXCAVACIONES EN EL MEDIO URBANO EL SUELO

18 Algunas definiciones previas Excavación La excavación es el movimiento de tierras realizado a cielo abierto y por medios manuales, utilizando pico y palas, o en forma mecánica con excavadoras, y cuyo objeto consiste en alcanzar el plano de arranque de la edificación, es decir las cimentaciones. La excavación puede ser: Desmonte El desmonte es el movimiento de todas las tierras que se encuentran por encima de la rasante del plano de arranque de la edificación. Vaciado El vaciado se realiza cuando el plano de arranque de la edificación se encuentra por debajo del terreno. Terraplenado El terraplenado se realiza cuando el terreno se encuentra por debajo del plano de arranque del edificio y es necesario llevarlo al mismo nivel. 18

19 Minerales varios Minerales varios Minerales varios Que es el suelo? Sistema complejo formado por tres elementos Aire Agua Minerales GRANULARES COHESIVOS 19

20 Fracción gruesa FRACCIÓN MAYOR A 0.075mm (TAMIZ #200) Análisis por vía seca - tamizado Fracción fina FRACCIÓN MENOR A 0.075mm (TAMIZ #200) Análisis por vía humeda - hidrométro 20

21 Aspectos estructurales del suelo Clasificación de los suelos por la proporción en la que se encuentran distribuidas Según el tamaño pueden clasificarse en 3 grupos básicos ARENAS, LIMO, ARCILLA Entre los factores que afectan la Estabilidad Estructural de los suelos tenemos en primer lugar la Distribución de Partículas por Tamaño, que es una de las características mas importantes por cuanto afecta innumerables propiedades de los suelos, entre ellas: la superficie específica, la consistencia, la estructura, la porosidad, la velocidad de infiltración, la conductividad hidráulica, etc. La distribución de partículas por tamaño, se refiere a las proporciones relativas de arenas, limos y arcillas y, también, a las partículas o fragmentos superiores a 2 mm, hasta llegar a los tamaños de gravillas y gravas o fragmentos de mayor tamaño. 21

22 LA ESTRUCTURA DEL SUELO La estructura del suelo depende de: Tamaño de los granos del suelo Forma de los granos del suelo Distribución de los granos del suelo Composición mineralógica La distribución de Partículas por Tamaño afecta la estabilidad estructural notablemente, por cuanto condiciona la tendencia de las partículas a unirse entre si. Para que las partículas de un suelo puedan unirse, se requiere un cierto porcentaje de partículas finas, muy finas y de tamaño arcilla. Los suelos excesivamente arenosos, y cuando su fracción arena es muy gruesa, > de 2 mm, poseen muy poca "agregabilidad". Por el contrario, cuando los suelos poseen un alto contenido de arcilla, su agregabilidad es alta. No quiere decir esto que tengan estabilidad estructural ya que dichos agregados podrían desbaratarse relativamente fácil en el agua. Cuando el suelo no tiene "agregabilidad", es difícil lograr su estabilidad estructural, como es el caso con suelos formados por arenas gruesas. 22

23 Suelos cohesivos Suelos no cohesivos CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN LOS FACTORES QUE DETERMINAN SU COMPORTAMIENTO Suelos estructuralmente estables Su comportamiento depende solo de las propiedades intrínsecos y de factores mecánicos Suelos estructuralmente inestables Su comportamiento no sólo están en relación a las solicitaciones mecánicas, sino que están afectados por factores externos, químicos, ambientales etc. SUELOS COHESIVOS. Partículas muy pequeñas, predominan los efectos electroquímicos superficiales. Las partículas tienden a juntarse (interacción agua-partícula). Suelos plásticos SUELOS NO COHESIVOS: Las partículas del suelo no tienden a juntarse ni a adherirse, sus partículas son relativamente grandes, también se los conoce como suelos granulares o friccionantes (gravas, arenas) SUELOS ORGÁNICOS: Suelos esponjosos, con grumos, comprensibles. No pueden soportar estructuras de ingeniería 23

24 LOS BORDES

25 SUBMURACIÓN Submuración son todos los trabajos de mampostería o estructuras que se realizan bajo la cota del terreno. 25

26 Submuración 26

27 Trabajos sobre los basamentos vecinos. Existen casos de debilitamiento de las estructuras al realizar trabajos sobre los basamentos vecinos, por ejemplo en el caso de medianeras. Antes de realizar trabajos sobre la porción de base que invade el terreno se debe realizar con anterioridad el recalce de la estructura, en base a cálculos que tengan en cuenta el reemplazo correcto de la base a retirar o cortar SECUENCIA DE EXCAVACIÓN Y RECALCE 27

28 Recalce: reparación que se hace en los cimientos de un edificio ya construido Proporciona un nuevo apoyo, transitorio o permanente para las cargas verticales de una estructura. Pueden ser también necesarios para fuerzas horizontales. Son trabajos necesarios para evitar el asentamiento o eventualmente el colapso de las estructuras vecinas. 28

29 Los recalces Preventivos: protege a la estructura existente de los daños que puedan causar a las estructuras adyacentes o de las modificaciones efectuadas en el propio edificio Correctivos: se utiliza para detener el asentamiento progresivo de un edificio o de columnas que provoquen un asentamiento diferencial en el interior de un edificio. De esta manera se gana tiempo para determinar la causa del asentamiento. 29

30 LOS RECALCES INTERVENCIONES 1º - PREVENTIVOS Descargar la parte de la estructura que afecta a la cimentación 2º - CORRECTIVOS Refuerzo Ampliación Sustitución El área de apoyo es suficiente pero la cimentación es insuficiente Mediante inyecciones Mediante agregado de acero La cimentación es la adecuada, le falta superficie de apoyo Ampliación lateral de la cimentación Ampliación por debajo de la cimentación Excesivo deterioro Sustitución de zapatas corridas Sustitución de zapatas aisladas Sustitución mediante puenteado 30

31 Recalces preventivos- Apuntalamiento Los apuntalamientos tienen por objeto asegurar la estabilidad de un elemento que haya sufrido daños que lo hagan inestable o cuando se van a ejecutar trabajos que pueden directa o indirectamente, afectar la estabilidad, integridad y acabados. 31

32 RECALCES El recalce consiste en llevar el plano de fundación de un cimiento a un nivel inferior. El trabajo supone en general, en excavar por debajo del cimiento. Presupone etapas: Apeo del edificio existente Descalce ( excavación hasta el nivel deseado) Ejecución del nuevo cimiento Retiro de las obras provisorias Superficiales consisten en la transferencia de cargas a elementos de cimentación de mayor superficie que los cimientos originales o apoyados en niveles inferiores; pero sin llegar a profundidades considerables. Aumentar las dimensiones del cimiento Aumentar la profundidad de su plano de apoyo para transmitir las cargas a un estrato mas resistente Mejorar la capacidad portante del suelo Profundos Pilotes Pozos profundos Micropilotes 32

33 Tipos de apuntalamientos, descarga la parte de la estructura afectada Viga aguja 33

34 Recalces profundos 34

35 Recalces superficiales 35

36 Sistemas de inyección mejora del terreno por la modificación de sus parámetros geotécnicos mediante la introducción de un fluido. Jet - grouting otros Desagregación del suelo o de rocas pocas compactas, sustituyendolo por cemento con chorros de lechada de cemento ( Grout) a través de cañerías a velocidades muy altas Inyecciones con lechadas de cemento, morteros o productos químicos especiales 1. Inyecciones de impregnación 2. Inyecciones de compactación 3. Relleno de huecos de gran dimensión 36

37 Detalle de recalces Encofrado de la totalidad del recalce y hormigonado hasta el contacto. No es la forma mas conveniente si no se puede comprobar el llenado correcto y contínuo del hormigón. Es muy dificil resolver las uniones 37

38 LAS VARIABLES DEL LUGAR 38

39 CALLE Tráfico urbano Edificio existente 24m Las condicionantes del sitio El terreno a intervenir Tráfico urbano CALLE N 36m Edificio existente 39

40 Cuenca del río Suquía Ubicación de la obra Pendientes naturales 40

41 1890 Ubicación de la obra Cauce del río 41

42 42

43 Afectada por las variaciones mas recientes del cauce del Rio Suquía. Hay tres estratos principales que en orden de aparición son: CAPA ALUVIONAL SUPERIOR Compuesta por limos, limos-arcillosos y limo arenoso estratificado De mediana a baja capacidad portante De 2 a 3 metros de espesor ALUVIÓN GRUESO Compuesto por arena, grava y cantos rodados De buena capacidad portante en general, excepto en lugares aislados, donde existen bolsones blandos de limo ARCILLA LIMOSA MARRÓN ROJIZO Suelo ligeramente cementado con sales silicoférricas, insolubles en agua y por consiguiente estables si están saturados Muy buena capacidad portante -4.30M, PRESENCIA DE LA NAPA FREÁTICA 43

44 Suelos aluviales Son depósitos transportados por el agua en movimiento y depositados cuando la velocidad del agua ha disminuido; estos materiales pueden ser de origen fluvial o lacustre y puede contener partículas finas, gruesas o entremezcladas. Los depósitos generalmente aluviales, son estratificados y la permeabilidad en sentido horizontal es mayor que en la dirección vertical 44

45 Nivel napa freatica -4.50m 45

46 Detalle de fundaciones 46

47 2.25m Corte esquemático transversal Planta baja 1ºsubsuelo 2ºsubsuelo (-5.50m) Cota de fundación -8.10m Terreno del proyecto 47

48 LAS ESTRATEGIAS POSIBLES Excavación con taludes libres Sistemas con apuntalamientos y entibados Pantallas y ménsulas Anclajes de tracción Especiales

49 Altura Talud cualquier superficie inclinada con respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra, sea en forma natural o como consecuencia de la intervención humana en una obra de ingeniería. Los taludes se dividen en naturales, laderas o artificiales cortes y terraplenes Todo talud tiene tendencia a adoptar una forma mas estable ÁNGULO DEL TALUD FUERZAS IMPLICADAS DESEQUILIBRANTES EQUILIBRANTES Corona del talud Gravedad Geometría Infiltración Resistencia al corte del suelo CORONA DEL TALUD CUERPO DEL TALUD BASE FIRME Base firme 49

50 Tipos de deslizamiento de los suelos Deslizamiento según líneas de rotura planas paralelas a la superficie exterior del terreno Deslizamientos circulares Estrato poco resistente Arcillas blandas, limo no plásticos, suelos con elevadas presión de poros 50

51 Excavaciónes con taludes libres Terrenos cohesivos En un suelo con cohesión la estructura que se forma es debido principalmente a las fuerzas iónicas actuantes entre las partículas del suelo. El tamaño de las partículas hace que las fuerzas inter-partículas actuantes superen la fuerza gravitatoria actuante sobre cada partícula 51

52 Cohesión Es la atracción entre partículas, originada por lasa fuerzas moleculares y las películas de agua. Por lo tanto, la cohesión de un suelo variará si cambia su contenido de humedad. La cohesión se mide kg/cm2. Los suelos arcillosos tiene cohesión alta de 0,25 kg/cm2 a 1.5 kg/cm2, o más. Los suelos limosos tienen muy poca, y en las arenas la cohesión es prácticamente nula. c 52

53 La estabilidad de los suelos granulares 53

54 Talud natural La estabilidad global de una determinada obra se pierde cuando la tensión de corte necesaria para mantenerla es superior a la resistencia al corte del terreno. Ocurre en una superficie de rotura que divide a la obra en dos partes. La parte entre la superficie externa y la superficie de rotura desliza sobre el resto Cuando la superficie libre del terreno adopta cierta inclinación, naturalmente se ve sometido fuerzas internas que tienden a nivelarla. Se deberá valorar el grado de seguridad (Fs) que tiene un talud determinado, dados los parámetros resistentes del suelo que lo compone y la geometría del mismo. M Empuje activo relleno B A G F F1 Empuje pasivo54

55 cohesión hc = = densidad del suelo Inclinados y escalonados 4c Tan (45+ /2) La altura máxima teórica que puede tener un talud libre vertical en condiciones estables está relacionada con las propiedades mecánicas y físicas del suelo y en particular con su densidad, cohesión y fricción interna Estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la falla o movimiento. Como primera medida es necesario definir criterios de estabilidad de talud, entendiéndose por tales algo tan simple como el poder decir en un instante dado cual será la inclinación apropiada en un corte o terraplen; casi siempre la mas apropiada será la que se sostiene en el tiempo necesario sin caerse 55

56 Corta al talud Línea de deslizamientos rotacionales III II I Se produce en suelos con alto ángulo de rozamientos (gravas y arenas) o en taludes muy inclinados I Local, círculo del talud II Pasa por el pié de talud III De base falla por traslación sobre un plano débil fuera del pié de talud enla zona de baja pendiente I I I I I I La superficie de rotura pasa por debajo del pié del talud. Se da en taludes tendidos, ángulos formados por el talud y la horizontal bajos o formados por suelos de bajo rozamiento interno, como arcillas y limos 56

57 La altura máxima teórica que puede tener un talud libre vertical en condiciones estables está relacionada con las propiedades mecánicas y físicas del suelo y en particular con su densidad, cohesión y fricción interna METOTODOS DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES reducir la altura del talud excavar según el ángulo que permita mantenerse, sin que el material tienda a deslizarse o desmoronarse Excavar usando banquetas 57

58 Valores de ángulos experimentales para talud inclinado 58

59 Obras provisorias, entibación y apuntalamiento Entibación: son estructuras de sostenimiento de tierras de forma provisoria, durante el proceso de construcción. 59

60 Apuntalados 60

61 MUROS DE CONTENCION 61

62 Estabilidad de pantallas en ménsulas Nivel freático e=p2/3 * h h Muro pantalla con juntas E= empotramiento 62

63 PANTALLAS CON BANQUETAS PROVISIONALES En la primera fase la excavación se ejecuta hasta una profundidad. El muro se comporta como autoportante. A continuación se prosigue la excavación en el centro del solar hasta llegar a la cota definitiva, dejando en la periferia una banqueta que sirve de entibación del muro. 63

64 Anclajes de tracción 64

65 Entibados con anclajes de tracción 65

66 Código de Edificación de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires parágrafo "ANCLAJES", punto "EXCAVACIONES" del Capítulo 5.2 DE LOS TERRAPLENAMIENTOS Y EXCAVACIONES, de la Sección V "DE LA EJECUCION DE LAS OBRAS" "ANCLAJES" Generalidades de los Anclajes a) Autorízase en las obras en construcción la utilización de anclajes de tracción para soporte de muros de submuración y entibamiento que traspasen los límites del predio, tanto en relación a los linderos como así en lo relativo a la línea oficial, en virtud de lo establecido en los artículos , del presente Código. b) El sistema de anclajes deberá tender a resguardar y garantizar la seguridad de trabajadores, los linderos y la vía pública. 1.2 Estudios que acrediten la no interferencia con instalaciones y/o construcciones vecinas, públicas o privadas. 66