Profesor: MI Felipe de Jesús Jerónimo Rodríguez

Transcripción

1 Facultad de Ingeniería Civil. UMSNH Maestría en Infraestructura del Transporte, en la rama de las Vías Terrestres Geotecnia aplicada Tratamiento Geotécnico a muro de mampostería para contención en estacionamiento ubicado en la calle Franz Liszt No. 285, Fraccionamiento la Loma, Morelia, Michoacán. Alumno: Ing. Juan Roberto Flores Prieto 07 1

2 CONTENIDO 1. Introducción Diagnostico de las condiciones de estabilidad del muro del estacionamiento Trabajos de campo y laboratorio Levantamiento topográfico y vectores de desplazamiento Prueba de penetración estándar Pozo a cielo abierto Tratamiento Geotécnico, el problema y su estabilización Análisis de estabilidad del muro de contención Conclusiones Bibliografía

3 1. INTRODUCCIÓN: Condominio edificado en calle Franz Liszt No. 285, Fraccionamiento la Loma, mejor conocido por La Paloma, en Morelia, Michoacán, por: Constructora Vallisoletana S. A. de C. V., Representado por el Ing. Ocampo Carlos Orozco González, Registro Publico No tomo 51, sociedades de comercio Morelia. El condominio consta de 10 departamentos, en dos edificios de 2 y 4 niveles, sin conocer la fecha de su construcción, se estima en el año de 1990, el departamento 101-B fue adquirido en el años de La misma Constructora edifico posteriormente al Norte, en ambos casos con licencias municipales autorizadas, en colindancia, Condominio de 16 departamentos, En la calle Cutzari del mismo fraccionamiento, 4 departamentos por nivel y 4 Niveles. Estos 26 departamentos están adyacentes a un estacionamiento cuyo terraplén esta confinado por un muro de contención. Dicho muro de mampostería sufrió desplazamientos y asentamientos diferenciales, este trabajo pretende resumir el sistema de tratamiento geotécnico que se aplico en este caso en particular. Fugas en acceso a estacionamiento: de Noviembre de 2005 a 7 de Agosto de 2006, aproximadamente siete meses de fuga en acceso a estacionamiento, producto de la línea que alimenta a los vecinos del condominio ubicado al Norte nuestro condominio, reportando en repetidas ocasiones al OOAPAS (Organismo Operador de Agua Potable y Alcantarillado) y a vecinos, Sra. Grisel (Móvil: ). Se giro al OOAPAS oficio el 20 de Abril de 2006, solicitándoles remedie las fugas a la brevedad posible, repare los daños y reubique la toma domiciliaria de los vecinos de Cutzari, que sigue pasando por Franz Liszt No. 285, se anexaron cuatro fotografías del 28 de Marzo y cuatro del 13 de Abril de A finales de Mayo de 2006 se hicieron trabajos de reparación en la fuga en el acceso del estacionamiento, pero siguió dejando el OOAPAS la toma domiciliaria para los vecinos de Cutzari. Fotos 1 a 4. Foto 1: 28 de Marzo de 2006 Foto 2: 13 de Abril de

4 Foto 3: 6 de Mayo de 2006 Foto 4: 18 de Mayo de 2006 Fuga cuantiosa, Los días 4, 5 y 6 de Agosto de 2006, se presenta una fuga considerable, se estima en 4 m3/hr. Aproximadamente 290, 000 litros en los tres días, dado que la fuga no fue visible, el agua se infiltro en el terraplén del estacionamiento, comprometiendo su estabilidad, el 7 de Agosto se repara esta fuga, los días 7, 8 y 9 de Agosto se rellenan con mezcla asfáltica las grietas visibles en el estacionamiento, al observar la inutilidad de reparar las grietas contra la velocidad en que se presentan en la superficie del estacionamiento se decide cortar definitivamente la alimentación hidráulica a vecinos de Cutzari el día 9 de Agosto. 10 de Agosto se da aviso a Protección Civil y a sugerencia de ellos se evacuaron los tres edificios aledaños al estacionamiento. 16 Deptos. Vecinos 2 Deptos. 8 Deptos. Alimentación hidráulica a vecinos Foto 5: 13 de Agosto de 2006 Foto 6: 18 de Agosto de 2006, OOAPAS corta el agua Deslizamiento de muro de contención: a principios de Agosto de 2006 el muro que sostiene el estacionamiento tiene hundimientos diferenciales de orden de 80 cm, tal como se puede apreciar en la foto 5. Los dos departamentos que están desplantados a un lado han sufrido asentamientos diferenciales del mismo orden. 4

5 Foto 7: 13 de Agosto de 2006, bufamiento en base de muro Foto 8: 13 de Agosto de 2006, falla en muro de contención Autoridades del municipio de Morelia intervinieron en los trabajos de estabilización del muro, para lo que contratan a la empresa Tratamientos Geotécnicos S. A. de C. V. representada por su Director el Dr. José Ibarra Torres (Tel , tgeotecnicos@cybercable.net.mx), quien en sus conclusiones atribuye el movimiento del muro al reblandecimiento del material debido a la presencia del agua. Protección Civil Municipal emitió un reporte técnico donde manifiesta varias hipótesis de la falla entre ellas la saturación del material por fugas de agua potable. Posteriormente el Dr. Carlos Chávez Negrete, determina las características del material con el que fue construido el relleno del muro de contención con sondeos exploratorios en la zona del estacionamiento, determinando la profundidad del estrato resistente, finalmente realizo un análisis de estabilidad y determina las posibles causas de la falla del muro. 2. Diagnostico de las condiciones de estabilidad del muro del estacionamiento: Se observa que el edificio oeste del estacionamiento esta construido sobre material de relleno del terraplén, descansando sobre una losa de cimentación de concreto armado, bajo todo el edificio. Este edificio se ha asentado y desplazado horizontalmente en todo su conjunto del orden de 30 y 5cm respectivamente a simple vista hasta el día 17 de Agosto de De la misma manera se observa que el estacionamiento y los edificios del mismo fueron construidos sobre un relleno artificial apoyado contra un muro de mampostería que le sirve como muro de contención, la construcción tiene por lo menos 15 años. El terraplén se construyó sobre el terreno natural que en el terreno del parque municipal Lázaro Cárdenas que se encuentra al oriente del estacionamiento se observa que tiene una inclinación ascendente de unos 18º. El muro de retención de mampostería tiene drenajes de tubo de concreto de 4 de diámetro en una retícula de 2x2 m, como drenaje del material de relleno. 5

6 El terreno sobre el cual fue colocado el concreto para el piso de estacionamiento, se puede apreciar que es un material arcilloso limoso que pudo haber sido una capa de material compactado. El resto del material de relleno, el cual conforma el terraplén, debe ser un material con alto contenido de arcilla ya que por ninguno de los drenes sale agua. Es decir que este terraplén fue diseñado para trabajar en seco, sin presencia de agua natural y/o artificial por la empresa Constructora Vallisoletana S. A. de C. V. ver la tabla 7.1, punto 5: El terraplén y el muro de contención han fallado por saturación del material de relleno, al estarle entrando agua por un periodo entre 1 y 3 años, se observa pues que por las fugas de la red de agua potable, esta condición de saturación origino un mayor peso del relleno y una inestabilidad, por lo qué, tanto el muro de contención como el relleno del terraplén se deslizaron sobre el terreno natural. El agrietamiento en el estacionamiento, se formo debido a que se tiene fricción en el contacto del terreno natural con el material de relleno. Las partes con mayor espesor se deslizan y las de menor espesor no ó lo hacen a una velocidad menor, lo que da lugar a que sé forme el hundimiento del terreno. Debido a la flexión, abombamiento y desplome del muro de contención, esta estructura, sin un adecuado tratamiento geotécnico, fallara provocando que el muro y el material de relleno se desplacen contra el edificio norte, vecinos de Cutzari. El edificio poniente, de dos niveles, de igual manera colapsaría al quitarle el terraplén del estacionamiento. El edificio sur, de cuatro niveles, al parecer no tendría repercusiones con la falla del muro, debido a estar cimentado en estrato firme. 6

7 3. Trabajos de campo y laboratorio: Se realizaron dos sondeos exploratorios de penetración estándar en la zona del estacionamiento dañado. La ubicación de los sondeos se muestra en el esquema de la figura 1, el primero se realizo a una distancia de 1.13m hacia el norte de la cimentación del edificio de cuatro niveles. En la misma dirección a 11.00m se realizó el otro sondeo. Ambos sondeos se realizaron a 4 y 18m respectivamente. Se realizó un pozo a cielo a abierto, P.C.A. 1, se encontró el nivel de desplante, se labró una muestra inalterada, de donde se obtuvieron probetas para realizar pruebas de compresión simple y una de consolidación. Los resultados se utilizaron para determinar la capacidad de carga del terreno y la deformabilidad del suelo. La caracterización del suelo de relleno por el laboratorio, fue posterior a los trabajos urgentes de estabilización del muro. Se comprobara mediante el laboratorio si el tratamiento geotécnico aplicado fue el adecuado. 7

8 3.1 Levantamiento topográfico y vectores de desplazamiento: Se monitoreo del 19 de Agosto de 2006 al 29 de Agosto del mismo año, registrando para 10 puntos en la parte superior del estacionamiento y 12 puntos en la parte inferior del muro de contención, la fecha, hora, desplazamiento vertical y horizontal, así como los acumulados, obteniendo de esta manera los vectores de desplazamiento para este periodo de tiempo, el mas critico, durante la estabilización del muro. Con la información de la geometría del predio y la realización de un levantamiento topográfico actual, se obtuvo una planta donde se observa el desplazamiento total del muro de contención respecto a la geometría original. El desplazamiento horizontal máximo que se midió entre el muro ya estabilizado y la geometría original del predio fue de 85cm. Los desplazamientos mayores se presentaron en el centro del estacionamiento. 8

9 Entrada de En las fotos 9 y 10 se observa donde se presentó el mayor desplazamiento del muro. Se ve claro que la parte central del estacionamiento coincide con el desplazamiento mayor. Esta observación es coherente con las fotografías 1, 2, 3 y 4 donde se observa que existen infiltraciones de agua en el acceso del estacionamiento, producto de fugas de la red de agua potable. Que reblandecieron el suelo de relleno del muro de contención en la zona del estacionamiento. 9

10 Fotos 9 y 10: 29 de Septiembre de 2006, desplazamiento del muro de contención 3.2 Prueba de penetración estándar: Foto 11: 25 de Marzo de 2007, sondeo 2. 10

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12 En el segundo sondeo, Figura 3, se encontró una capa de grava con limo y cascajo hasta 1.32m después se encontró una capa de tezontle muy saturado donde se acumulaba agua hasta una profundidad de 4.40m en la parte inferior se encontró una capa de arcilla de alta plasticidad café obscuro, CH, ésta tiene una consistencia firme y se extiende hasta una profundidad de 9.80m, en este nivel se encontró un limo arenoso con gravas y mayor consistencia que la capa anterior con un espesor de 1.2m, a partir de los 11m se encontró una arcilla limosa de baja plasticidad muy consistente que puede estar cementada, hasta la profundidad máxima del sondeo de 17.74m. 12

13 3.3 Pozo a cielo abierto: De la muestra inalterada, que se extrajo de un lado del edificio sur, se realizo una prueba de compresión simple y una prueba de de consolidación. Con el objetivo de determinar la capacidad de carga del edificio sur y la deformabilidad del suelo. Debido al alto contenido de gravas en el material no se pudieron realizar pruebas de compresión triaxial. Se sometieron a prueba dos especímenes, el primero tuvo una resistencia a la compresión simple no confinada de 2.7 kg f /cm 2 el segundo de 1.6 kg f /cm 2. El promedio fue 2.15 kg f /cm 2. En la prueba de consolidación resultó que el suelo estaba preconsolidado y su coeficiente de consolidación es Cc = 0.072, que corresponde a una compresibilidad muy baja. La carga de preconsolidación resultante fue de 2.10 kg f /cm 2. La permeabilidad del suelo se estimó de la prueba de consolidación en 1.5 x10-6 cm/s. 4. Tratamiento Geotécnico, el problema y su estabilización: El estacionamiento de dos edificios de departamentos y el edificio poniente, se construyo sobre un terraplén apoyado sobre un muro de mampostería frontal en su lado norte y uno lateral en su lado oriente. El piso del estacionamiento es de concreto hidráulico simple de 10cm de espesor. Las tres estructuras, los muros y el piso, confinan el suelo del terraplén. En la primera semana de Agosto de 2006, se agrieto y hundió el piso del estacionamiento y lo mismo le sucedió al edificio poniente, de esa fecha al domingo 20 de Agosto el muro frontal se ha desplazado, unos 20cm, hacia el edificio norte. El muro de mampostería del lado oriente se agrieto y quedo dividido en tres bloques ya que ha habido un mayor desplazamiento del bloque mas al norte, que el del bloque central y este último ha avanzado mas que el bloque mas al sur el cual parece que no se ha desplazado. De la revisión de los agrietamientos en piso del estacionamiento y muros de retención, así como, deformaciones del terreno, se concluye el terraplén y el muro frontal se han deslizado como un bloque sobre una superficie inclinada, está ultima, conformada por el terreno natural sobre el que se deposito el relleno con se construyo el terraplén. El problema se reduce al deslizamiento de un bloque sobre un plano inclinado, y esta formado por el terraplén y el muro de mampostería. El peso W del bloque, se descompone en dos fuerzas, una perpendicular al plano de deslizamiento, Fr, la que 13

14 ofrece la resistencia al deslizamiento y otra fuerza paralela al plano de deslizamiento, Fd, la que provoca el deslizamiento. Donde: Wbloque = 15 (largo del estacionamiento) x 8.5/2 (alto del terraplén/2) x 28.5 (ancho estacionamiento) x 1.8 (peso especifico terraplén y mampostería) Wbloque = 3,193 Ton La fuerza que causa el desequilibrio del terraplén es Ft y es igual a Fd-Fr, para calcularla consideramos una dovela de un metro de espesor y: A = área de contacto entre terreno natural y la base del terraplén, θ = ángulo de inclinación del terreno natural, Φ = ángulo de fricción, c = cohesión = 0 por haberse ya deslizado la cuya de suelo. Wdovela unitaria = 3,193/28.5 = 115 Ton Fd = W Senθ = 115 Sen 18º = 36 Ton Fr = A c + A Cosθ Tan Φ = Cos 18º x Tan 12º = 23 Ton Ft = Fd Fr = = 13 Ton El empuje total o fuerza en desequilibrio en todo el muro frontal es Ft = 13 x 28.5 = 370 Ton y con FS = 1.5 será Ft = 555 Ton Para mantener estable el terraplén y el muro de mampostería se le deberá dar un apoyo mínimo de 555 Ton. Este apoyo mínimo funciona cuando el bloque a estabilizar es roca dura, en nuestro caso la fuerza que tenemos que aplicar es sobre una estructura sin resistencia a la tensión, debemos colocar un mecanismo de retención por medio de anclas cementadas en la roca que transmitan la fuerza resistente de las anclas al muro de mampostería mediante viguetas apoyadas a la mampostería, que distribuyan la fuerza resistente de manera homogénea en todo el muro. Esta línea de apoyo debe tener por lo menos dos apoyos en cada viga, se proponen 6 viguetas del tipo U, a colocar u poco abajo del tercio medio de la altura del muro, que es la zona crítica de empuje de la fuerza inestable apoyada por 10 anclas de cables. Debido a que el muro de mampostería estaba en peligro inminente de colapso se opta por colocar anclas sostenidas en la roca del terreno original, de gran capacidad para que con las primeras 4 a 6 anclas se logre detener el deslizamiento del muro, es decir anclas de 104 Ton de resistencia a la fluencia cada una, esta línea de apoyo equilibrara las fuerzas en desequilibrio, dado que el muro de mampostería es frágil y no es homogéneo como lo seria un muro de concreto armado, se colocaron otras dos líneas de apoyo con sus respectivos cinchos de viguetas de acero, en total se colocaron 28 anclas de 104 Ton cada una lo que nos da una Ft de 2,912 Ton y si consideramos el peso del edificio 14

15 Poniente, el de dos niveles y las cargas vivas posibles en todo el cuerpo del terraplén y con un peso estimado menor a 600 Ton, nuestro factor de seguridad seria de: FS = 2912/( ) = 3.00 > 1.5, Este factor de seguridad nos permite asegurar que el muro no se seguirá deslizando. Finalmente es necesario reforzar el muro de mampostería entre los cinchos de viguetas mediante malla triple torsión colocada bajo las viguetas y fijada con concreto lanzado, de tal manera que evite la rotura de la mampostería y salida del material de relleno del terraplén. También se perforan y dejan 5 drenes, para facilitar el drenaje del terraplén. El tratamiento Geotécnico tal como se aplico se muestra en las siguientes dos figuras a manera de resumen. 15

16 5. Análisis de estabilidad del muro de contención: Para diseñar un muro de contención existen guías ya aprobadas que ayudan a establecer una geometría inicial del muro en la siguiente figura se muestran las guías generales a seguir, en su mayoría depende de la altura del muro. Si suponemos que el muro de contención del estacionamiento es un muro de gravedad con una altura de 9m, que es la altura más probable del muro, la base debería de tener de 0.50 a 0.70H, es decir 4.50 a 6.30m, la altura del talón de 1.08 a 1.50m, la punta debería de medir de 1.08 a 1.50m y la corona del muro debiera ser de 0.60m, se puede tomar el promedio como punto de partida. Es decir una altura de 9.00m, una base de 5.40m, la altura del talón de 1.29m y la longitud de la punta de 1.29m. Dado que no se conocen las dimensiones originales del muro, ni la memoria de cálculo del diseño. Se opta por realizar el análisis de estabilidad con la geometría mostrada en la siguiente figura 6. 16

17 Figura 7.2: Pag. 333 Capitulo 8, Principios de Ingeniería de cimentaciones, Braja M. Das 17

18 Con base en toda la información recopilada y los sondeos realizados, se reconstruyó el perfil del terreno natural. El perfil se muestra en la siguiente figura 7. Con el perfil y los sondeos realizados se efectuó una modelación en elementos finitos, sin tomar en cuenta el anclaje del muro, se considera que el estrato de arcilla de alta plasticidad se reblandeció por causa del escurrimiento de agua y por lo tanto generado un empuje alto y en consecuencia la falla. La resistencia a la penetración estándar se correlaciono con las propiedades mecánicas del suelo y se ingresaron al programa como datos. Se tomó en cuenta el agua encontrada en el estrato de relleno de material granular de la capa superior. Se realizaron los cálculos considerando el ángulo de fricción igual cero, para arcillas saturadas, el factor de seguridad resulta de 1.0, en el límite a punto de fallar, con cohesión de 3.0 Ton/m 2 el suelo colapsa. 18

19 6. Conclusiones: El agua más directa que comprometió la estabilidad del terraplén, proviene de fugas de la red de agua potable. El agua reblandeció la arcilla de alta plasticidad presente en el segundo estrato, lo que disminuyo la resistencia al corte y provocó la falla del muro. El muro de contención en las condiciones actuales, con el tratamiento Geotécnico de anclas, es estable, se debe procurar que no le entre agua al suelo, tanto de fugas como pluvial. 7. Bibliografía: Apuntes de clase de Geotecnia aplicada, Jerónimo Rodríguez MI Felipe de Jesús, 2007, UMSNH. Principios de ingeniería de cimentaciones, Braja M. Das, 2006, Thomson. Estudio de estabilidad del muro de contención de estacionamiento en Franz Liszt, Chávez Negrete Dr. Carlos, 2007, UMSNH. Dictamen de las condiciones de estabilidad de estacionamiento, Ibarra Torres Dr. José, 2006, Tratamientos Geotécnicos S. A. de C. V. 19