Comparativa entre dos sistemas de contención para soportar el empuje lateral del suelo, contando en ambos casos con un muro tablestaca de concreto colado en sitio para caso de excavación en
Zona de Lago, CDMX
Contrast of two proposed containment systems to support the lateral pressure of the ground, in both cases with a concrete sheet pile wall cast on a site for case of excavation in lake Zone, CDMX.
Amparo ZAMORA
1MV Ingeniería, Proyecto y Construcción Geotécnica S.A. de C.V.
RESUMEN: En este artículo se expone la comparativa del diseño geotécnico y proceso constructivo de dos sistemas de contención contando con un muro tablestaca de concreto colado en sitio para una excavación que servirá para alojar dos niveles de sótano; se encuentra en la delegación Cuauhtémoc, en la Zona de Lago. Se muestra la obtención de los diagramas de presiones envolventes para el diseño de los sistemas de contención, los cuales son a base de puntales y anclas activas. De acuerdo con estos análisis, se nos permitió escoger la mejor opción para contener el empuje activo.
ABSTRACT: This article presents the comparative of the geotechnical design and construction process of two containment systems with a concrete sheet pile wall cast on a site for an excavation that will serve for housing two levels; it is in the Cuauhtémoc delegation, Lago Zone. It shows the obtaining of the diagrams of envelope pressures for the design of containment systems, which are based on struts and active anchors. According to these analyzes, it allowed us to choose the best option to contain the active thrust.
1. INTRODUCCIÓN
El proyecto tiene un área de 750.20 m2, se localiza en la delegación Cuauhtémoc, en la Zona de Lago de la Ciudad de México.
De acuerdo con la información proporcionada, se realizará la construcción de un edificio de departamentos, el cual contará con una planta baja y cuatro niveles superiores; contempla dos niveles de sótano, por lo que la excavación alcanzará una profundidad del orden de 7.00 m.
El muro tablestaca de concreto colado en sitio tiene un espesor de 0.40 m y la longitud de pata del muro es de 3.00 m, teniendo así 10 m. de longitud del muro tablestaca de concreto colado en sitio.
2 DISEÑO GEOTÉCNICO
2.1 Presión lateral del suelo
La estratigrafía está formada por una secuencia de arcilla con poca arena fina de consistencia baja hasta los 16 m; bajo este suelo se encuentra una arcilla de consistencia media a firme hasta una profundidad de 23.60 m. Por último, se encuentra un limo con arena fina de consistencia muy firme.
A partir de esta información se calcularon las presiones horizontales relacionados a la masa de suelos, colocando una sobrecarga de 2.0 t/m2; la envolvente de la presión horizontal activa que se desarrolla contra el muro se determinó utilizando el criterio de Terzaghi-Peck (Figura 1). Las presiones horizontales activas se calcularon con la siguiente ecuación (Ref. 1):
Las presiones horizontales pasivas que se desarrollan en la parte interna del muro se evaluaron (Ref. 2):
Figura 1. Diagramas de Terzaghi y Peck para la determinación de cargas en los puntales.
3 DISEÑO GEOTÉCNICO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN
3.1 Sistemas de contención
Los muros de tablestaca de concreto colado en sitio se pueden anclar o apuntalar; en cualquiera de los dos casos el método de diseño es similar.
3.2 Muro tablestaca de concreto colado en sitio apuntalado
A partir del diagrama de presiones mostrado en la figura 1, se realizó el diseño de los puntales. En la tabla 1, se muestra la ubicación de los puntales, en este caso se propusieron dos niveles de puntales de lado a lado.
Una vez definida la posición vertical de los puntales y teniendo el diagrama de presiones horizontales, se determinó las cargas de los puntales para cada nivel. Con ellos se propone las secciones apropiadas para los puntales. Ver tabla 2.
Para el diseño de los puntales se tiene tres tipos de tableros de Muro Tablestaca de concreto colado en sitio: a) 6.25 m de longitud; b) de 5.20 m de longitud y; c) de 4.00 m de longitud.
En cada tablero se consideraron dos puntales por nivel, las cuales tendrán una longitud de 22 m, sin embargo, en los tableros de las esquinas los puntales se colocarán en forma de pata de gallo, teniendo una longitud de 7.5 m.
3.3 Muro tablestaca de concreto colado en sitio con anclas activas.
Se definieron las profundidades de instalación de los tres niveles de anclas, las cuales se presentan en la tabla 3.
Para el diseño de las anclas, a partir de la información obtenida de los diagramas de presiones horizontales y la ubicación de las mismas, se determinó la carga de las anclas para cada nivel
(tabla 4).
Como se mencionó anteriormente en el inciso 3.3, existen tres tipos de tableros.
Para cada tablero se consideraron dos anclas por nivel, las cuales tendrán una inclinación de 45° con respecto a la horizontal.
Se definieron las fuerzas de postensado para cada nivel de anclas, mismas que se resumen en la tabla
5.
El diseño del bulbo se calculó mediante la siguiente expresión (Ref.3):
donde: T es la fuerza de postensado, afectado por un factor de seguridad de 1.5; Pi es la presión de inyección; D es el diámetro del bulbo; ángulo de fricción interna del suelo.
Sustituyendo los valores correspondientes, la longitud del bulbo de las anclas para cada nivel se muestra en la tabla 5.
El ancla estará formada por cables de acero de 0.5 pulgadas de diámetro. El número de cables está en función de la carga de postensado.
La longitud total del ancla, así como la longitud libre, se definió a partir de la información estratigráfica, alojando el bulbo en un suelo limo con arena fina el cual se localiza hasta la profundidad de 23.60 m. La longitud total de cada ancla, longitud libre y de bulbo, se muestra en la tabla 5.
4 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
4.1 Colocación de Puntales
Una vez que se tenga terminado el proceso constructivo del muro tablestaca de concreto colado en sitio, se procederá a excavar las etapas de excavación, se realizaran en dos etapas, empezando con el fondo del predio.
La etapa de excavación 1 comenzará excavándose hasta 0.50 m por debajo del primer nivel de puntales (-1.75 m.); se colocará el primer nivel de puntales de lado a lado y deberán llevar una precarga inicial de 10.00 ton.
Después se excavará hasta 0.50 m por debajo del segundo nivel de puntales (-4.5 m.); colocando el segundo nivel de puntales, dándole a los puntales la precarga que anteriormente se mencionó. Por último, se procederá a excavar hasta el nivel de máxima excavación (7.00 m) y se comenzará de inmediato la construcción de contratrabes y losa de fondo.
Figura 2. Vista de un puntal de lado a lado.
Figura 3. Muro tablestaca de concreto colado en sitio anclado.
4.2 Colocación de anclas activas.
Para el procedimiento constructivo para el muro tablestaca de concreto colado en sitio a base de anclas, consiste primero en fabricar los tirantes o tendones de acuerdo con lo especificado en el proyecto.
En caso de la perforación, se deberá dejar previamente en el muro tablestaca la preparación para perforar, las cuales debe contemplar el espaciamiento. Se realizará la perforación con equipo hidráulico guiado.
Después se procederá a la introducción del tirante en el barreno ya sea manual o con ayuda de una maquinaria que empuje e introduzca el tirante. La inyección del mortero será controlada por un manómetro supervisado por un técnico que registrará la presión de inyección (3 kg/cm2).
La lechada de inyección para la zona del bulbo estará conformada por una mezcla de cemento – arena, adicionada de un estabilizador tipo Flow cable en un 6% en peso del cemento. Su resistencia f’c será de 200 kg/cm2.
Por último, está el proceso de tensado, el cual tiene como fin dar al ancla la capacidad de tensión y contrarrestar los empujes provocados por el suelo de la excavación. Las tensiones para cada nivel de ancla se especifican en la tabla 5.
5 CONCLUSIONES
De acuerdo con los análisis realizados para los dos casos, se recomienda el Muro tablestaca de concreto colado en sitio con puntales.
Debido a que el procedimiento constructivo es de fácil colocación, además de que los puntales pueden ser reutilizados en obras posteriores, y nos permite evaluar el comportamiento del muro.
Por el contrario, con el muro de tablestaca de concreto colado en sitio con anclas activas -a pesar de que el procedimiento constructivo se realiza de arriba hacia abajo y ocupa poco espacio para su instalación- es necesario tomar en cuenta otros factores.
La longitud del bulbo deberá ser más grande o estar empotrado en suelos arenosos, ya que la capacidad de adherencia en el ancla y el suelo es baja en suelos cohesivos, -como es en nuestro caso- ya que se tiene un estrato de arcilla de 16 m.
Así mismo, se debe verificar que la instalación de las anclas no interfiera con construcciones vecinas, instalaciones industriales u otros obstáculos dentro del subsuelo.
Para finalizar, el predio en estudio el nivel de aguas freático se encontró a una profundidad de 2.60 m; por lo tanto, hace que el proceso de perforación e inyección del mortero sea complicado.
6 AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Ing. Jesús Martínez Vara por la atención y asesoría brindada para concluir este trabajo.
Se agradece también la asesoría en temas de ortografía y redacción, así como de traducción a la Lic. Daniela Iñigo P.
Se agradece a la empresa Constructora Corinto S.A de C.V por la información proporcionada del proyecto.
7 REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍAS
Braja M. Das. (2000), Principios de Ingeniería de cimentaciones. Editorial Thomson.
Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C (2002), Manual de Construcción Geotécnica Tomo I, México.
Tamez González, Enrique (2001), Ingeniería de Cimentaciones. México, TGC Geotécnia.