Cimentación de un edificio sobre roca fracturada
Foundation of a building on fractured rock
Julia CERVANTES
1MV Ingeniería, Proyecto y Construcción Geotécnica S.A. de C.V.
RESUMEN: En este artículo se presenta el análisis realizado para la cimentación de un par de edificios de departamentos de 16 niveles cada uno e igual arquitectura, localizados en el estado de Querétaro. Atendiendo al sembrado arquitectónico, se realizó la exploración geotécnica correspondiente: 2 sondeos mixtos con recuperación de núcleos de roca con barril N.Q., hasta una profundidad de 20.20 m. El diseño de la cimentación se basó en los resultados del Índice de Calidad de la Roca y de las pruebas de resistencia, complementando con el uso de correlaciones. Considerando las cargas del análisis estructural, se presentó como resultado de solución de cimentación zapatas aisladas, con un desplante máximo de 3.60 m, variando estas alturas con el nivel de piso terminado y el nivel de terreno natural. Aunque los resultados son satisfactorios, las dimensiones y peso propio de la estructura podrían a simple vista contemplar una solución con pilas.
ABSTRACT: This article presents the analysis performed for the foundation of a pair of 16-level apartment buildings each one and same architecture, located in the State of Queretaro. According to architectural seeding, was carried out the corresponding geotechnical exploration; 2 mixed drilling cores of rock with barrel N.Q. recovery, to a depth of 20.20 m. The design of the foundation was based on the results of the index of the rock quality, and the tests of resistance, complemented by the use of correlations. Considering the loads of structural analysis, it was presented as a result of solution of foundation spot footing, with a maximum depth of foundation of 3.60 m, varying these heights with the finished floor level and the level of natural terrain. Although the results are satisfactory, the dimensions and weight of the structure, could at first glance, contemplate a solution with pile foundation.
1. INTRODUCCIÓN
El predio en estudio se localiza en la zona oriente del centro del estado de Querétaro. Algunas características que hacen particular a la faja volcánica transmexicana, son la variabilidad en las estructuras volcánicas; la presencia de algunas rocas alcalinas de afinidad intraplaca a pesar del dominio del vulcanismo calco alcalino, que pueden interpretarse como basaltos de isla oceánica derivados de un manto no contaminado por la subducción, y que se han emplazado desde Mioceno hasta el presente.
El predio en estudio se encuentra céntricamente rodeado de 3 principales Volcanes: El Zamorano, Santa Cruz y El Cimatario. La frontera entre el municipio de Querétaro y El Márquez pertenece a los límites de la cuenca del sistema hidrológico Lerma-Laja, el cual tiene una captación de lluvia muy alta de entre los 2’194,496 a los 4’374, 010 millones de m3, por lo que la composición básica del suelo contiene depósitos aluviales y residuales. El conjunto de estructuras volcánicas características del paisaje de Querétaro se conformó sobre un paleo-relieve constituido por las rocas sedimentarias del Mesozoico, plegadas, correlativas con las que afloran en la Sierra Madre Oriental.
2 TIPO DE SUELO
El predio en estudio se encuentra en el poniente de Santiago de Querétaro, Municipio de el Márquez, la cual corresponde una zona pétrea constituida por materiales firmes, en el que se puede encontrar superficialmente materiales limo - arenosos cementados de consistencia firme, así como gravas y arenas productos de la meteorización de la roca de compacidad densa.
También puede encontrarse superficialmente el basamento típico de la región, lo cual se puede corroborar con los trabajos de campo y los resultados de laboratorio obtenidos del sitio.
El predio cuenta con una pendiente del 16% aproximadamente, así como se puede apreciar en la figura 1, donde se observa que dicha pendiente desemboca en la cuenca Lerma-Laja.
Se realizó como método de exploración dos sondeos mixtos (SM), los cuales se llevaron a una profundidad máxima de 20.20 m, donde se logró obtener núcleos de roca, con barril N.Q. (Figura 4.), realizando con esto los siguientes perfiles estratigráficos de las figuras 2 y 3:
Figura 1. Vista panorámica y límite del predio.
Figura 2. Perfil estratigráfico del SM-01.
Figura 3. Perfil estratigráfico del SM-02.
Figura 4. Núcleos de roca obtenidos.
Las propiedades anteriores, son las que se tomaron como estratigrafía de diseño para el análisis del estado límite de falla y estado límite de servicio.
3 ESTADO LÍMITE DE FALLA Y ESTADO LÍMITE DE SERVICIO.
Debido a las características de la estratigrafía encontrada y el peso propio de la estructura, se consideraron dos tipos de cimentación: zapatas aisladas unidas con contratrabes y pilas de cimentación, aunque para el caso práctico, solo se expondrá el análisis obtenido de la solución con zapatas.
3.1 Zapatas aisladas
3.1.1 Estado Límite de Falla
La capacidad de carga suelo-zapata, como se señala en el inciso 3.3 de las normas técnicas complementarias de cimentaciones, para zapatas desplantadas en roca, se calculó atendiendo la siguiente ecuación:
Tabla 1. Propiedades mecánicas definidos laboratorio.
Donde: ΣQFc= Suma de las acciones verticales a tomar en cuenta en la combinación considerada, afectada por su respectivo factor de carga; A= Área del cimiento en m2; Qu= resistencia a la compresión simple admisible de la roca en t/m2.
Para obtener las dimensiones adecuadas en cada uno de los apoyos, se realizó un análisis a la inversa para que nos arrojara las dimensiones mínimas y así soportar el peso propio de la estructura en cada apoyo más el peso de su cimentación como se muestra a continuación:
dando como resultado lo siguiente:
Tabla 2. Resultados del estado límite de falla.
3.1.2 Estado Límite de Servicio
El análisis de asentamientos apoyados o empotrados en roca es un problema difícil debido a la naturaleza discontinua de la masa rocosa.
En roca sana los asentamientos elásticos son pequeños y pueden despreciarse. Los asentamientos importantes ocurren comúnmente con la presencia de juntas abiertas en la masa rocosa y en rocas sedimentarias con intercalaciones de material compresible. Por lo que se hizo la revisión de los asentamientos generados en la roca atendiendo el criterio del Manual de Cimentaciones Profundas de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, con la siguiente expresión:
Donde: Sp= asentamiento en la base de la zapata en cm; Q=carga aplicada em la cabeza de la zapataen kg; Is=Factor de influencia de asentamiento adimensional; B=ancho de empotramiento en la roca en cm; Er= Modulo de elasticidad de la roca en kg/cm2. Arrojando los siguientes resultados:
Tabla 2. Resultados del estado límite de falla.
Cabe destacar que los módulos de elasticidad propuestos se obtuvieron de acuerdo con las correlaciones indicadas en el libro de Ingeniería Geológica.
4 CONCLUSIONES
Inicialmente, por las características encontradas en el predio, se había pensado como solución más optima pilas de cimentación, por su eficacia en su procedimiento constructivo; se realizaron los análisis correspondientes para dicha solución, obteniendo resultados favorables y a su vez factibles. Sin embargo, la solución de cimentación más económica es la construcción de zapatas aisladas, lo cual nos hizo tomarlo en consideración, realizando los análisis anteriormente expresados, obteniendo de igual manera una factibilidad para su construcción.
5 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. y su infinita paciencia.
6 REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍAS
SMMS (2001). “Manual de Cimentaciones Profundas”, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos A.C., México.
CFE (1986). “Manual de Diseño de Obras Civiles”, Geotecnia, Mecánica de Rocas, B.3.3.
Cimentaciones en Roca, Instituto de Investigaciones Eléctricas, México.
Luis I. González de Vallejo, Mercedes Ferrer, Luis
Ortuño, Carlos Oteo (2002). “Ingeniería Geológica”, Pearson Educación, Madrid.
GF, FCICRM (1988). “Reglamento General de Construcciones del Estado de Querétaro”, México.
SMMS (1977). “Vocabulario de Mecánica de Suelos”, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos A.C.,
México.