CALZADURAS DE CONCRETO EN LOS SUELOS GRAVO-ARENOSOS DE LIMA METROPOLITANA

Transcripción

1 CALZADURAS DE CONCRETO EN LOS SUELOS GRAVO-ARENOSOS DE LIMA METROPOLITANA Arnaldo Carrillo Gil, I. C.,M. en I. Profesor Emérito de la Universidad Nacional de Ingeniería Profesor de Ingeniería Civil de la Universidad Ricardo Palma Presidente del Instituto Peruano de Ingeniería Geotécnica y Geoambiental. Cualquier excavación que se practique en los suelos granulares gruesos de Lima, causa disipación de esfuerzos concentrados en el terreno y su correspondiente expansión en el suelo adyacente, lo que redunda en asentamientos y formación de grietas de tensión que originan cuñas de deslizamiento que pueden ser activadas por efecto de sobrecargas estáticas o dinámicas generadas en el área de excavación y cuyo disparador casi siempre es el agua infiltrada en el medio poroso. La repercusión o efectos que en las estructuras adyacentes puedan tener los trabajos de una excavación mayor de diez metros tanto en su estabilidad como en futuros asentamientos, adquiere fundamental importancia en muchas áreas de la ciudad, como es el caso del reciente derrumbe ocurrido en la primera cuadra de la Av. 28 de Julio en Miraflores, donde debió recurrirse a un adecuado diseño de la excavación, de sus calzaduras y soportes, que hubieran evitado los movimientos del terreno y la caída del muro que ha afectado a los vecinos y originado demandas judiciales y retrasos en la construcción. La excavación profunda de sótanos, con el retiro de pesos substanciales de suelo, modifica de manera importante las tensiones existentes en el espacio circundante. Estos cambios de tensiones han producido en los suelos granulares gruesos de Lima Metropolitana levantamiento imperceptible del fondo de las excavaciones y desplazamientos horizontales importantes hacia el interior de las paredes de la misma para ocasionar finalmente derrumbes que en algunos casos han cobrado vidas humanas y en otros han originado daños en las estructuras cercanas cuyo costo en muchos casos se acerca y aún sobrepasa el costo de construcción de la misma cimentación. Para evitar problemas y adoptar criterios bien fundados, es recomendable tomar en consideración el probable comportamiento del suelo, que por encontrarse en estado compacto y estar conformado por piedras y grava empacada en arena, se ha confiado en el pasado demasiado en su resistencia y soporte lateral, sin estimar la magnitud de sus movimientos y las probables consecuencias que puede acarrear no prever un adecuado procedimiento de diseño y construcción y mejor aún, un buen proyecto de excavación y calzaduras como producto de comprobaciones y estudios bien hechos. Debido a la naturaleza compleja de la redistribución de esfuerzos causados por una excavación en estos suelos, además de la presencia de variables inherentes al proceso constructivo tales como el uso inadecuado de máquinas y pericia de la mano de obra, cuyos efectos son muy difíciles de predecir y controlar, se han combinado los resultados

2 de investigaciones que venimos haciendo hace más de quince años, con numerosas medidas del movimiento del talud en excavaciones profundas ejecutadas en diferentes partes de la ciudad, lo que nos ha permitido establecer que una determinada zona de las paredes de la excavación esta sometida principalmente a deformaciones por esfuerzo cortante como consecuencia de la relación que existe entre la longitud y espesor de la zona de trabajo, así como por causa de las propiedades no-lineales del suelo, siendo secundarias y mínimas las deformaciones por flexión, condiciones que regulan un modelo de comportamiento típico con asentamientos e inclinaciones hacia la excavación cuanto a efectos laterales traducidos en deformaciones horizontales del terreno a lo largo de las paredes de la calzadura. De los numerosos casos estudiados se establece que un gran número de factores interrelacionados influyen en la magnitud y distribución de los movimientos que acompañan a la ejecución de una excavación en el suelo granular grueso de Lima, algunos de los cuales han ocurrido en el caso reciente de la calle Porta; éstos pueden deberse a una programación inadecuada del proceso y forma de excavación, a eventos sísmicos ocurridos durante las diferentes etapas de construcción, a falta de soporte o inconveniente colocación de puntales, y a rotura de tuberías de agua o desagüe durante el proceso constructivo. En todos los casos, hay que tomar en cuenta que antes de practicarse la excavación en todas sus secciones existía equilibrio de empujes y como consecuencia de la descarga se origina un déficit de tensiones produciéndose deformaciones horizontales del terreno que superponiendo efectos se llega a la conclusión de que la pared lateral de la excavación se deforma de manera importante en su parte superior moviéndose casi paralelamente hacia el centro de la excavación, estimándose que en el fondo de la misma este movimiento es pequeño, por lo que deberá tomarse mayor cuidado en el apuntalamiento o protección del talud de corte en su coronación durante la excavación y construcción, y menor en el pié de la misma. Estos desplazamientos dependen de factores tales como rigidez del muro, dimensiones y profundidad de excavación, propiedades del suelo, tipo de apuntalamiento o anclaje a colocarse, además del procedimiento constructivo correspondiente. Nuestra experiencia en este tipo de procedimientos especiales de la construcción geotécnica y la práctica profesional peruana, indica que las calzaduras se ejecutan excavando zanjas de forma rectangular, o mucho mejor trapezoidal, a intervalos bajo la cimentación vecina, éstas zanjas se rellenan con concreto hasta la parte inferior de la cimentación, construyéndolas por paneles alternados hasta constituir una faja continua de apuntalamiento unida a la otra antigua y colocada a la profundidad requerida. Las longitudes que queden sin apoyo por la formación de los paneles alternados se distribuyen por igual a lo largo de la zona de calzaduras y se recomienda que en ningún caso la suma de las longitudes sin apoyo exceda a un cuarto de la longitud total por calzar. Cuando el muro vecino esta excesivamente cargado, nosotros recomendamos que la longitud sin apoyo en cualquier punto dado no debe exceder a un quinto o un sexto de la longitud total, además de tomarse la precaución de apuntalar adecuadamente la coronación del muro. En algunos casos, como fase final en la calzadura se suele llevar a cabo una inyección de lechada de cemento a presión en las líneas recurrentes entre la obra antigua y la nueva. Esto hace que el terreno bajo la nueva cimentación se vea sometido a esfuerzos previos, que en calzaduras pequeñas quizá no sean necesarios, pero puede resultar ventajoso en cimentaciones anchas o de formas irregulares en las que es difícil asegurar una

3 distribución completa del concreto bajo la estructura, sin embargo, se considera siempre que un relleno de concreto prácticamente seco proporciona mayor solidez que uno blando o húmedo. Durante la ejecución de una excavación para sótanos, se aconseja tomar en cuenta algunas precauciones, como resultado de nuestra experiencia y estudios previos realizados. Así se puede aumentar la altura de una excavación vertical no apuntalada siempre que no se sobrepase de una altura máxima de cinco metros para condiciones de equilibrio crítico de estabilidad y suelo con baja resistencia y presencia de humedad. Para las mismas condiciones anteriores y con presencia de grieta de tensión ya formada, se puede considerar que para cualquier calzadura el talud siempre será inestable En condiciones de humedad o saturación del cuerpo del talud se puede considerar estable para sobrecargas livianas, sin embargo para alcanzar un factor de seguridad de 1.50 promedio, sólo se podría llegar a una altura teórica de metros; pasada esta profundidad y en todos los casos mayor de metros es necesario el apuntalamiento en la coronación de la excavación para que se oponga a la formación de grietas de tensión que originan las potenciales cuñas de deslizamiento y la consiguiente inestabilidad de las edificaciones vecinas. Finalmente, el procedimiento constructivo debe tomar en cuenta dejar bermas o espaldones de tierra como soporte provisional de la excavación, los mismos que serán retirados posteriormente una vez terminada la calzadura o colocados los puntales apoyados en la estructura del sótano del edificio en construcción, empleando el sistema ascendente-descendente que consiste en levantar la estructura en el centro de la excavación para actuar como soporte, o en su defecto alojar columnas definitivas de la cimentación de los sótanos en perforaciones realizadas desde la superficie del terreno apoyadas en la parte inferior, lo que permite iniciar la construcción en forma ascendente al mismo tiempo que la excavación se practica de forma descendente, soportándose con los techos o puntales apoyados en ellos, procedimiento que ha sido ejecutado en nuestro medio con éxito en el caso de excavaciones mayores de metros de profundidad con edificios adyacentes hasta de 15 a 25 pisos de altura. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Carrillo Gil, A., 1977, Correlations of the seismic effects on the soils of Peru, Procc. IX International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Tokyo, Japan. Carrillo Gil, A., 1979, Estabilidad y resistencia del conglomerado de Lima Metropolitana, Revista El Ingeniero Civil, Vol. I, Lima, Perú. Carrillo Gil, A., 1979, Comportamiento dinámico del suelo fluvio-aluvial de Lima, Memorias del VI Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos, Lima, Perú. Carrillo Gil, A., 1981, Geotechnical aspects in the stability and excavation on coarsegrained soils, Procc. Symposium on Engineering Behavior of Coarse Grained Soils, Boulders and Rocks, GEOMECH-81, India.

4 Carrillo Gil, A., 1982, Excavaciones profundas y calzaduras en suelos granulares gruesos, Memorias del I Congreso Chileno de Ingeniería Geotécnica, Chile. Carrillo Gil, A., Ríos, R., 1982, Problemas de excavaciones profundas en la ciudad de Lima, Memorias del IV Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Chiclayo, Perú. Carrillo Gil, A., Garcia, E., 1985, A study on stability of natural cliff with seismic effects, Proc. XI International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, San Francisco, USA. Carrillo Gil, A., 1986, Cimentación y estabilidad dinámica de los suelos del Perú, Seminario de Actualización de Conocimientos, Vol. 1, Comité Peruano de Mecánica de Suelos, Fundaciones y Mecánica de Rocas, Lima, Perú. Carrillo Gil, A., 1986, Prevención y Supervisión en los trabajos especializados de Ingeniería Geotécnica, Memorias del VI Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Cajamarca, Perú. Carrillo Gil, A., 1987, Geotécnia en obras superficiales lineales, Relator General de la Sesión V del VIII Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Cartagena, Colombia. Carrillo Gil, A., 1987, Gravas y arena del conglomerado de Lima: Una predicción de su comportamiento, Estudio de las Gravas del Comité Regional de la Sociedad Internacional de mecánica de Suelos, Cartagena, Colombia. Carrillo Gil, A., 1991, Propiedades geotécnicas de los suelos de América, Panelista, IX Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Vol. IV, Viña del Mar, Chile. Carrillo Gil, A., 1994, Estabilidad y tratamiento de taludes en la Costa verde, Forum Plan Maestro de Desarrollo de la Costa Verde, Lima, Perú. Carrillo Gil, A., 1996, Peligros en el suelos de Lima: las fallas por excavaciones profundas, Revista Medio de Construcción, Lima, Perú.

5 PROBABLE MECANISMO DE FALLA 1- Estado de equilibrio del suelo antes de la excavación. 2- Modificación de los esfuerzos existentes y formación de grietas de tensión Rotura de tuberías de agua o desagüe. 3- Agrietamiento y colapso de estructuras livianas cimentadas en la coronación del talud vertical. 4- Probable distribución de empujes sobre el muro de calzadura construido. 5- Colapso del muro y caída de parte de las edificaciones ya agrietadas. 6- Estado final de falla del muro de calzadura.

6 FALLA EN LA CALZADURA DE LA CALLE PORTA, EN MIRAFLORES PANEL FOTOGRAFICO