desplome de un conjunto de edificios mal estudio de suelos jaja

5/14/2018 Desplome de Un Conjunto de Edificios Mal Estudio de Suelos JAJA - slidepdf.com

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Desplome de un conjunto de edificios. El calvariode un propietario

Eduardo Rojas, Darío Hurtado, Alfredo Zepeda & María de la Luz PérezUniversidad Autónoma de Querétaro, México

ABSTRACTThis paper presents the case of a three storey group of buildings built on a natural slope located at the north-east of

the city of Querétaro. These buildings have shown severe damage and important movements since they were finishedup to present. In order to determine the causes of the bad behavior of these buildings and to establish a rehabilitationprogram, the owners of the buildings requested six different studies of soil mechanics in addition to the initial one. Theconclusions and recommendations of these studies were frankly disappointing for the owners due to the strongcontradictions found between them and the statements made without the required experimental support. Here some ofthe most relevant errors made in these studies are discussed and, the additional tests and analysis used to determinethe cause of the movements of the buildings are described.

RESUMENSe presenta el caso de un conjunto de edificios de departamentos de tres niveles construidos en una zona de taludubicada al nororiente de la ciudad de Querétaro. Estos edificios han mostrado daños y movimientos importantes

desde que se terminó su construcción hasta la actualidad. Para determinar las causas del mal comportamiento de losedificios y poder establecer un programa de rehabilitación, los propietarios realizaron seis estudios de mecánica desuelos además del estudio inicial. Las conclusiones y recomendaciones de estos estudios resultaron francamentefrustrantes para los propietarios debido a la serie de contradicciones que se encontraron entre ellos y a lasafirmaciones sin sustento experimental que se hicieron. Aquí se discuten algunos de los errores más relevantesencontrados en estos estudios y se describen los ensayes y análisis adicionales con los que se determinó la causa delmal comportamiento de los edificios.

1 ANTECEDENTES

Al nor-oriente de la ciudad de Querétaro se construyó unconjunto habitacional de 14 edificios en condominio los

cuales comenzaron a desplomarse y sufrir daños pocotiempo después de su terminación.Los edificios se construyeron sobre una serie de

rellenos y cortes realizados en una ladera que presentauna pendiente oriente-poniente de 15o. En los rellenosse utilizó el mismo material de los cortes y paraconfinarlos se utilizaron muros de tierra armada con elsistema Keystone.

Cada edificio consta de planta baja y tres niveles. Encada planta se alojan dos departamentos. El acceso alos edificios es por medio de puentes que ligan a losmuros de contención con el segundo nivel del edificio.En el relleno se aloja la zona del estacionamiento comomuestra la Figura 1.

La estructura de los edificios es a base de muros de

carga confinados por marcos de concreto. Lacimentación se resolvió con una losa de concretoarmado colocada sobre una plataforma hecha conmaterial seleccionado y compactado. Los espesores deeste relleno varían de 0.40 hasta 1.7 m. La losa decimentación tiene dimensiones de 20 x 7 m concontratrabes invertidas de 0.25 m de ancho y 0.22 m deperalte. El peso máximo estimado de cada edificio(incluyendo carga viva) es de 935 t por lo que la carga

de contacto entre losa y suelo es de aproximadamente6.7 t/m2.

La construcción de los edificios inició en mayo de2004 y finalizó en 2005. A mediados del año 2006 se

comenzó a observar el desplome de los edificios ademásde diversos daños tales como la aparición de grietas enmuros, la separación de los puentes de acceso, elagrietamiento de firmes en patios y algunas fisuras en lacarpeta asfáltica del estacionamiento. Actualmente dosde los edificios ya han entrado en contacto lo cual puedeprovocar un deterioro acelerado de su estructura.

Debido a esto, los propietarios decidieron efectuaruna serie de estudios geotécnico que les permitiereconocer las causas del desplome de los edificios. Entotal se realizaron cuatro estudios geotécnicosadicionales al estudio original. Además se utilizóinformación de otros dos estudios realizados para unfraccionamiento colindante y edificado por la mismaconstructora. De todos estos estudios el constructor

constató la existencia de serias contradicciones entreellos y no obtuvo una respuesta clara sobre las causasdel mal comportamiento de las estructuras.

En la sección siguiente se revisan algunos de losresultados reportados en cada uno de los estudiosrealizados así como los análisis y ensayes de laboratoriorealizados. De este ejercicio se desprende que existe unafalta de comprensión sobre las limitaciones yaplicabilidad de los ensayes realizados, de cómoreproducir las condiciones de campo en el laboratorio y



que ensayes realizar para el caso de suelos colapsableso expansivos.

2 ESTUDIOS ANTERIORES

2.1 Estudio original

Este estudio lo realizó una compañía local con ampliaexperiencia. El programa de exploración consistióúnicamente en 11 pozos a cielo abierto hasta unaprofundidad de 3 m. Desde aquí se puede decir que laexploración del sitio resulta insuficiente ya que la losa decimentación de cada edificio tiene dimensiones de 20 mx 7 m por lo que, la exploración debió alcanzar al menosla profundidad de 1.5 B es decir 10.5 m. De estos pozosse obtuvieron 10 muestras inalteradas constatándose laexistencia de dos estratos. Uno de color negropotencialmente expansivo con espesores variables de0.3 m hasta 1m. El otro es un limo arcilloso de color caférosáceo que alcanzaba la profundidad de exploración yque muestra manchas blanquecinas indicativo de queposee carbonatos en diversas cantidades. El estratonegro es ampliamente conocido en la zona de Querétaropor tratarse de un suelo arcilloso de alta compresibilidad

de origen volcánico y potencial expansivo sumamentealto, por lo que rutinariamente es retirado del sitio parasustituirse por un relleno de material inerte. Por lo tanto,en este estudio se recomendó sustituir el material negroy apoyarse en el estrato limoso.

Por otro lado, solamente tomando en cuenta suconsistencia y su contenido de agua, se consideró que el

limo café no era colapsable pero sí potencialmenteexpansivo. Sin embargo, no se realizó ningún ensaye delaboratorio para corroborar esta hipótesis siendo que losensayes de colapso-expansión se pueden realizar almismo tiempo que se realizan los ensayes decompresibilidad. Por ello, se recomendó incrementar lahumedad del suelo natural por medio del procedimientode presaturación de tal manera que el suelo expandieracompletamente en una capa superficial deaproximadamente 20 cm antes de iniciar la construcción.

Además se recomendó tomar todas las medidasnecesarias para evitar cambios de humedad del suelotales como colocar firmes con pendientes adecuadas enlos patios, evitar las fugas en las instalaciones hidro-sanitarias, arropar las colindancias y dar pendiente a lasáreas verdes para reducir la infiltración.

Figura 1. Corte del conjunto.

El procedimiento de presaturación para una capa de20 cm es claramente insuficiente cuando se sabe que elespesor del estrato de apoyo alcanza los 20 m. Por otrolado, este procedimiento de presaturación sólo esadecuado para el caso de estructuras temporales convida de uno o dos años. Esto se debe a que la humedaden la masa de suelo siempre tiende a equilibrarse, de talmanera que el agua de zonas húmedas migra tantohorizontal como verticalmente en forma de vapor de

agua, provocando que tan solo en algunos meses, elsuelo pierde su condición saturada y queda sujeto a lasvariaciones estacionales de humedad aún cuando ya sehaya construido la cimentación. En caso de tener unsuelo colapsable, el efecto de humedecer la capasuperficial antes de la construcción, resulta benéfico yaque se produce el colapso durante la colocación ycompactación del relleno de material inerte. Sin embargopara ser realmente efectivo se tuvo que haber



humedecido a una profundidad importante y realizar unacompactación dinámica con una gran masa que se dejacaer de cierta altura. De tal manera que en realidad esteprocedimiento de presaturación no jugó un papelimportante en el comportamiento de los edificios. Lacapacidad de carga admisible la obtienen a partir deensayes de compresión simple al determinar el valor de

la cohesión aparente del suelo cu = 3.95 t/m2

con laecuación

(1)

para la cual se ha considerado un factor de seguridadde 3. Dado que los edificios pesan aproximadamente935 en condiciones de ocupación máxima y su área esde 20 x 7 m entonces transmiten un esfuerzo a lacimentación de aproximadamente 6.7 t/m2. Por lo tanto,se concluye que las cimentaciones de los edificios nopresentan problema por capacidad de carga.

Sin embargo, cuando se realiza un ensaye decompresión simple sobre una muestra no saturada, lasucción del suelo genera un esfuerzo confinante

aparente aproximadamente igual al esfuerzo de succiónmultiplicado por el grado de saturación del suelo. Estoprovoca que los resultados del ensaye queden enfunción de la humedad del material lo cual es claramenteinapropiado. Por otro lado, dado que este material puedealcanzar el estado saturado en caso de una fuga deagua en las instalaciones hidro-sanitarias o porinundación durante lluvias intensas, la capacidad decarga de una estructura construida sobre un material nosaturado debe obtenerse siempre para la condicióncrítica, es decir, la condición saturada. Por lo tanto, paradeterminar la capacidad de carga de una cimentación ensuelos no saturados bajo el criterio de esfuerzos totales,es conveniente realizar una serie de ensayes rápidos UUcon muestras saturadas y no ensayes de compresión

simple.El estudio concluye diciendo que las estructuras no

presentarán problemas de asentamientos del suelo. Sinembargo, no se realizó ninguna prueba de compresión apesar de que la clasificación SUCS indica que es un limode alta compresibilidad y como se verá más adelanteeste es el verdadero problema que enfrentan lasedificaciones. Por otro lado, la presencia de carbonatosen el suelo debió alertar a los geotecnistas sobre laposibilidad de que se tratara de suelos colapsables.

En conclusión este estudio resultó claramenteinsuficiente y peligroso como para emprender laconstrucción de un proyecto de esta magnitud.

2.2 Estudio 2

Lo realizó una compañía especializada en el control deobra. Se realizó un muestreo del material localizado enel predio con el fin de determinar sus característicasfísicas a fin de determinar su conveniencia parautilizarse como material de relleno. Se realizaron 6pozos a cielo abierto clasificando el material tal comose muestra en la Tabla 1.

Se observa que la clasificación del suelo es diversaindicando una heterogeneidad importante del material.Además de la gran variación de su cohesión aparenteque va de 3.4 hasta 11.8 kg/cm2 con un valor promediode 6.9 kg/cm2.Tabla 1. Clasificación y cohesión aparente.

Propiedad P1 P2 P3 P4 P5

Clasificación MH-CH CH MH CH-MH CH-MH

cu(kg/cm2)

9.2 11.8 9.5 3.4 7.5

Contracción 7.7 13.9 15 5.6 8.9

gd (t/m3) 1.3 1.3 1.2 1.3 1.2

wopt (%) 34 23 41 31 32

El peso seco máximo es del orden de 1.3 t/m2 conuna humedad promedio de 30% lo que resulta en unpeso húmedo de 1.7 t/m3. El informe concluye diciendoque el material es adecuado para utilizarse como rellenoen los muros de contención si se tiene la precaución deretirar materiales mayores de 4”. Como complemento a

este estudio se determinó el ángulo de reposo delmaterial limo-arcilloso en condición seca, obteniéndosevalores promedio de 320.

Sin embargo no se estudió el probablecomportamiento expansivo del suelo, que como se verámás adelante, se incrementa con el grado decompactación obteniéndose presiones de expansiónimportantes que podrían provocar movimientos en elmuro de contención y que pueden explicar la apariciónde grietas en los pavimentos de la zona deestacionamiento.

2.3 Estudio 3

Este estudio fue realizado por una compañíaespecializada en geofísica. Se realizaron sondeos derefracción sísmica para conocer los espesores de losestratos y hacer un análisis de la estabilidad del talud.Con los valores de velocidad de propagación de lasondas P y S se evaluaron los módulos elásticosdinámicos y por algún procedimiento no explicado secorrelacionaron con los ángulos de fricción interna delsuelo. Los resultados se muestran en la tabla 2.

Tabla 2. Resultados de la geofísica

CapaH

(m) ν E (t/m2) K (t/m2) φ

1 0.4 0.4 5.8E+3 9.5E+3 90 2 4.9 0.37 1.6E+4 2E+4 110

3 0.3 1.7E+5 1.5E+5 250

En esta tabla llama la atención los valores tanpequeños del ángulo de fricción que se reportan. Si lageofísica reporta valores de módulos elásticos yvolumétricos dinámicos por medio de la medición de lavelocidad de las ondas que se desplazan en el medio, no



resulta obvio como pueda obtenerse un parámetro deresistencia como el ángulo de fricción interna. Es claroque el uso de tales correlaciones es impropio dado losvalores tan pequeños que reporta comparado con losmedidos en laboratorio.

Al realizar el análisis de un talud con esos valores tanpequeños se encuentra que el talud es inestable con fal la

superficial. El resto del informe se dedica a realizar unaserie de diseños de muros de contención para evitar eldeslizamiento. Evidentemente las dimensiones de losmuros resultan excesivas dado que se utilizaronparámetros irreales para su diseño.

2.4 Estudio 4

Se trata de un reporte preliminar efectuado por unacompañía de geotecnia foránea especializada en laconstrucción y recimentación y se realizó ante lapreocupación de los constructores de que existierainestabilidad en el talud como se reporta en el estudioanterior. Este reporte hace notar que el estudio geofísicono incluye resultados de ensayes de laboratorio paracorroborar los valores del ángulo de fricción que seinfieren de mediciones geofísicas. Y remarca que dichosvalores resultan ser irreales.

El estudio concluye que vistas las condiciones de laladera y de las construcciones vecinas es poco probableque exista deslizamiento del talud. Además puntualizaque de existir deslizamiento de talud, este no puede sercontrolado con muros superficiales requiriéndose unamayor longitud de anclaje en el suelo estable.Finalmente señala que el suelo natural no es el másadecuado para usarse como relleno en los muros decontención dado que posee finos y puede formarse untirante de agua que empuje el muro. Sin embargo, este

reporte no toma en cuenta que los muros son de tierraarmada y las juntas de las escamas no sonimpermeables, de manera que no es posible que segenere un empuje hidrostático sobre el muro.

2.5 Estudio 5

Este fue un reporte realizado por la compañía queconstruyó el muro de retención de tierra armada debidoa las conclusiones vertidas en el reporte anterior sobre lainconveniencia del suelo natural como relleno del muro yla posibilidad de la formación de un tirante de agua. Eneste reporte se indica que el material limo-arcilloso esadecuado como relleno del muro siempre y cuando seretire el material de tamaño superior a 4”. Recomiendacompactar el material con rodillo liso de 1.2 toneladas ylargo de 90 cm con un grado de compactación mínimode 85%. La hoja de diseño del muro considera una alturade 3.4 m con la sobrecarga impuesta por la zona deestacionamiento. El peso volumétrico del materialcompactado se estimó de 1.9 t/m2. El refuerzo del muroconsistió en cuatro tiras de refuerzo a las alturas de0.47, 1.22, 2.03 y 2.84 m del tipo SG300 con longitudesde 2.45 en el tramo superior y 2.05 para el resto. Como

relleno se consideró grava con tamaño máximo de 2.5cm asignándole un ángulo de fricción de 350 mientrasque para la cimentación considera un ángulo de 400.Estos valores son superiores a los obtenidos enlaboratorio. Sin embargo, el factor de seguridadcalculado contra deslizamiento fue de 3, de 3.4 contravolteo, de 18 por capacidad de carga, de 4.3 por corte

4.3 y 2.7 por flexión. Por lo tanto, a pesar de que losvalores utilizados para los ángulos de fricción sonsuperiores a los reales, los factores de seguridadalcanzados compensan esta deficiencia. Sin embargo,es posible que existan deformaciones del muroespecialmente porque no se investigó el potencialexpansivo del suelo.

2.6 Estudio 6

Este estudio fue realizado por una compañía local deamplia experiencia en el diseño de pavimentos. En esteestudio se revisa nuevamente la estabilidad del taludnatural dadas las conclusiones del estudio geofísico. Seobtuvieron muestras inalteradas de cuatro pozos a cieloabierto. Se realizó un muestreo de la roca localizada a6.5 m de profundidad. Los muestreos indican lapresencia de un relleno heterogéneo hasta 1.10 m.Posteriormente se encuentra un estrato de limo arcillosode alta compresibilidad y consistencia dura. A partir delos 3 m se encuentra un estrato de boleos empacados enmatriz arcillosa. Se obtuvieron muestras inalteradas decada pozo y se ensayaron en la cámara triaxial. Todoslos ensayes fueron rápidos sin importar el grado desaturación del material. La Tabla 3 indica algunos de losresultados obtenidos.

Tabla 3. Resultados de ensayes triaxiales

Prof (m) w (%) γm(t/m) G(%)Φ(o) c(t/m2)

1.1 23.9 1.53 61.4 30.9 7.6

2.2 31.2 1.59 73.9 35.8 12

2.8 34.4 1.61 79.8 25.9 3.2

3.5 39.7 1.54 78.6 26.5 4.5

2.5 50.6 1.53 86.7 5.9 3.7

3.2 31.6 1.39 57.4 30.5 6.0

5.8 19.2 1.54 51.9 34.3 4.3

De esta tabla se pueden obtener importantesconclusiones. Primero, salta a la vista la granheterogeneidad del suelo dada la diversidad de pesosvolumétricos obtenidos a profundidades similares.

También las humedades y los grados de saturaciónmuestran valores muy diversos. Por la misma razón losángulos de fricción (φ) varían enormemente desde 5.90hasta 35.80 lo mismo que las cohesiones (c) que vandesde 3.2 hasta 12 t/m2. Por tratarse de un mismoestrato de suelo estos valores resultan inverosímiles aunconsiderando la gran heterogeneidad del material. Sinembargo, no se repara en este hecho y se opta por



desechar los resultados que dan valores bajos delángulo de fricción φ. Estos especialistas no hanentendido que los ensayes rápidos pueden resultaradecuados para determinar la cohesión aparente delsuelo saturado cu con el fin de realizar un análisisbasado en esfuerzos totales. Sin embargo tratándose desuelos no saturados, los ensayes se deben realizar en

condiciones drenadas para determinar los parámetros deresistencia reales φ y c.Lamentablemente los ensayes rápidos son los únicos

que realizan una gran cantidad de laboratorios de suelossiendo que un ensaye drenado no les requiere equipo otrabajo adicional aunque sí requiere más tiempo para surealización. Sin embargo, el utilizar valores irrealesobtenidos de pruebas rápidas para suelos no saturadostiene graves repercusiones económicas en la obra asícomo en la seguridad de las estructuras. En la tablaanterior se observa cómo a medida que crece el gradode saturación del suelo el ángulo de fricción se reduce locual es inaceptable dado que el ángulo de friccióninterna de un suelo es una constante física del material.Por lo tanto, es importante remarcar que los ensayesrápidos son inadecuados para el caso de suelos nosaturados al proporcionar parámetros espurios deresistencia.

Para el análisis de estabilidad del talud, en estereporte se consideró un ángulo de 34.30 y una cohesiónde 4.3 t/m2, obteniendo un factor de seguridad contra eldeslizamiento de 4.8. Sin embargo, no explica porquéutiliza esos valores y no cualquier otro de los obtenidosen la tabla 1. Además, dado que se revisa la estabilidadde talud en zona urbana y que dicho talud puedesaturarse ante la ocurrencia de lluvias intensas, elanálisis debe realizarse a partir de ensayes drenados yconsiderando una cohesión igual a cero.

2.7 Estudio 7

Fue realizado por una compañía foránea con granexperiencia en el diseño de obras geotécnicas. Se realizóuna amplia campaña de exploración que comprendióocho sondeos de penetración estándar hasta unaprofundidad de 27 m obteniéndose muestras inalteradaspor medio de barril y corazones de roca. Se realizaron 2pozos a cielo abierto hasta 1.6 m. Hasta ese momentose pudo conocer la estratigrafía completa del sitio algoque se debió haber hecho desde el estudio original.Dicha estratigrafía se muestra en la Figura 1 y consisteen tres estratos: primero un limo café rosáceos conespesores de hasta 20 m. Subyaciendo a este estrato sepuede encontrar una arcilla de alta plasticidad de colorcafé rosácea de espesor promedio de 12m. Ambosmateriales presentan un número de golpes superior a 50en la prueba de penetración estándar. Sin embargo nose hace mención de la presencia de carbonatos en elmaterial. Finalmente cerca de los 10 m de profundidaden la zona sur y a los 8 m en la zona poniente existeroca basáltica fracturada de color gris rojizo con RQDvariable desde 0 hasta 33%. Las fisuras son naturales yse encuentran rellenas de carbonatos. Los pesosvolumétricos del material varían desde 1.55 t/m3 hasta

1.9 t/m3 lo que indica nuevamente una granheterogeneidad en estos materiales.

Se realizaron ensayes triaxiales rápidos bajo doscondiciones: a humedad natural y muestras saturadas.La tabla 4 muestra los resultados de estos ensayes

Tabla 4. Resultados de ensayes UU.

Prof(m) G(%) Cc c(t/m2) φ (0) g(t/m3)

11.2 100 0.29 4 0 1.521.1 90 4 31 1.818.9 90 18 25 1.811.1 95 12 30 1.8511.1 100 3 3 1.5La cohesión aparente promedio de las muestras

saturadas es de 3.5 t/m2 que es inferior a la obtenida enel estudio original a partir de ensayes de compresiónsimple (3.95 t/m2). Es decir que el efecto de la succióndel suelo en el ensaye de compresión simple en estecaso es del orden de 0.45 t/m2 lo cual puede redundar endiseños inseguros. Con el primer valor se obtuvo una

capacidad de carga admisible del suelo en condicióncrítica (saturado) de 8 t/m2 que es inferior a la impuestapor la estructura por lo que se descarta la falla porcapacidad de carga. Sin embargo, se menciona que elproceso de presaturación indujo asentamientosdiferenciales provocando la inclinación del edificio dadopor hecho que el suelo limoso no es expansivo. Sinembargo, no se realizó ningún ensaye para mostrar queefectivamente el suelo no es expansivo. Ensayesadicionales revelan que efectivamente el suelo posee uncierto potencial de expansión como se verá másadelante. De tal manera que el proceso de presaturacióna pesar de ser un procedimiento conceptualmenteequivocado para evitar los daños en suelos expansivos,al haberse limitado a una capa de 20 cm no tienen una

influencia importante en el mal comportamiento de lasestructuras. También se menciona que el rellenomuestra deficiencias en la compactación. Sin embargono se menciona que se haya determinado el grado decompactación de las plataformas.

Por otro lado, se dice que el relleno utilizado en losmuros de contención no cumple con las especificacionesnecesarias y por lo tanto se establece que dichos murosdeberán ser reforzados por medio de dos líneas deanclas de tensión. Sin embargo, como se mostró en losestudios anteriores, el ángulo de fricción del materialutilizado para el relleno es del orden de 320 que esligeramente inferior a los 350 utilizados en el análisis ylos factores de seguridad reportados resultan suficientes

para suplir esta deficiencia. Además este estudio sugierela inclusión de dos drenes de PVC de 2 ½ pulgadascolocados en barrenos dentro de una longitud de 10 m yseparación de 6 m en sentido longitudinal. Sin embargo,al no ser impermeables las juntas de las escamas delmuro, el exceso de agua que pudiera adquirís el suelopor alguna fuga hidro-sanitaria se puede drenar, por loque dichos drenes son innecesarios.

Finalmente, el informe reporta un ensaye decompresibilidad sobre la arcilla localizada a laprofundidad de 11m con grado de saturación inicial del



93%, una relación de vacíos inicial de 1.13 y un pesovolumétrico de 1.68 t/m3. Este ensaye reporta un índicede compresión de 0.29. Este valor resulta inusualmenteelevado para los suelos de la región y sin embargo no sele dio la importancia debida. Este valor indica que seesperan deformaciones volumétricas altas ante lascargas aplicadas y más aún cuando los espesores de los

estratos son grandes. Sin embargo, en el estudio no secalcularon los asentamientos que podría sufrir laestructura debido a la compresión del suelo.

3 CAUSAS DEL DESPLOME

3.1 Ensayes adicionales

Dado que la capacidad de carga del material esadecuada ante las cargas impuestas y de que el talud esestable cabe la posibilidad de que el malcomportamiento de las estructuras se deba adeformaciones volumétricas del material. En tal caso esnecesario revisar si el suelo es de tipo expansivo,colapsable o incluso dispersivo. Para ello, se realizaronensayes de dispersión sobre el suelo naturalobteniéndose que el porcentaje de dispersión máximadel suelo es de 9.09 %.

Estos valores indican que el material estudiado tieneun cierto grado de dispersión al contacto con el agua ypor lo tanto se puede esperar un efecto sobre losparámetros de resistencia del suelo cuando sehumedece. También se realizaron dos series de ensayestriaxiales consolidados drenados sobre el materiallimoso. Para la primera serie, el material se saturó porcapilaridad aunque sólo se logró obtener grados desaturación del orden de 92% y por ello la cohesión nodesapareció completamente. De estos ensayes se

obtuvieron los siguientes parámetros de resistencia:φ = 190 y c = 0.10 kg/cm2.Para el caso de humedad natural se realizó un

ensaye multitriaxial utilizando una sola probeta yaplicando el esfuerzo desviador con tres niveles deesfuerzo confinante. Los valores de resistencia obtenidosfueron φ = 320 y c = 0.20 kg/cm2. es probable que laheterogeneidad del suelo debido a la presencia decarbonatos así como la condición de suelo ligeramentedispersivo además de que es potencialmente expansivoprovoquen estas diferencias en los parámetros deresistencia del material en estado seco y saturado.También se realizaron 32 sondeaos con pala posteadorahasta profundidades de 2.5 m para determinar lashumedades del suelo en diversos puntos de lasestructuras.

Adicionalmente, se determinaron los grados decompactación de las plataformas en 6 puntos diferentes.Solamente la parte superior del relleno de dos de lossondeos alcanzaron grados de compactación por arribadel 90% el resto muestra valores inferiores. Las capasbajas reportan grados de compactación de hasta del83%. Debido a esto resulta importante evaluar losasentamientos que la mala compactación podía imponera los edificios.

También se realizó una serie de ensayes deexpansión-colapso en cada uno de los pozos explorados.Se obtuvieron muestras de suelo en un corte del taludpróximo a los edificios estudiados. De esas muestras selabraron algunas pastillas en el anillo del odómetro.Cada anillo junto con sus piedras porosas se selló conhojas plásticas parafilm con objeto de evitar las pérdidas

de humedad que pudieran afectar los resultados. Losequipos odométricos se ubicaron en un cuarto atemperatura controlada para evitar la influencia de esteparámetro sobre los resultados.

La Figura 2 muestra el comportamiento de tresmuestras de suelo obtenidas a una profundidad de 0.5 mdurante estos ensayes. A cada muestra se le aplicarontres incrementos iguales de carga. Los incrementosfueron de 333, 500 y 700 kPa. Inicialmente a cadamuestra se le aplicó la carga de sitio del sondeo (80kPa) ubicado a 0.5 m de profundidad dejando que ladeformación se estabilizara. Posteriormente se aplicó elprimer incremento de carga y se midió la deformacióncon el tiempo hasta observar la tendencia de ladeformación a estabilizarse lo cual ocurría en un tiempode aproximadamente dos meses. Alcanzada esacondición, se aplicaba el siguiente incremento de carga.Después del tercer incremento se procedió a rasgar elpapel parafilm y se permitió la saturación del materialpor capilaridad. Este procedimiento de ensaye simula loque puede ocurrir en el sitio. Es decir, primero se aplicala carga para llevar al suelo a su condición inicial en elcampo, después se le aplican los incrementos de cargapara simular la construcción de la estructura yfinalmente se simula la saturación del suelo debido auna fuga de agua o lluvia intensa.

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

D e f o r m a c i ó n u n i t a r i a

Tiempo en min

∆σ =∆σ =∆σ =∆σ = 333 kPa

Inc1 Inc 2 Inc 3



-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

D e f o r m a c i ó

n u n i t a r i a

Tiempo en min

∆σ∆σ∆σ∆σ = 500 kPa

Inc 1 Inc2 Inc 3

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.1 1 10 100 1000 10000 100000


Tiempo en min

∆σ∆σ∆σ∆σ = 700 kPa

Inc 1 Inc 2 inc 3

Figura 2. Ensayes de deformación con incrementos decarga de 333, 500 y 700 kPa.

Los valores del índice de compresión se obtuvieronmanteniendo las cargas en la muestra de suelo hastaobservar la estabilización de las deformaciones. Alfinalizar la etapa de carga del ensaye y durante la etapa

de saturación se observó que la mayor parte de lasmuestras sufrieron colapso por saturación. El fenómenode expansión se observó únicamente en las muestrasque se encuentran a profundidades entre 3 y 3.4 m.Estos resultados muestran nuevamente las grandesheterogeneidades del material encontrado en la zona.

De acuerdo con estos ensayes, se encontró que lapresión de expansión del material es deaproximadamente 13 t/m2 la cual resulta superior alesfuerzo total que existe a esa profundidad por lo tanto,el suelo es capaz de levantar a los edificios.

Si los resultados de la Figura 2 se grafican en losejes de deformación contra el logaritmo del esfuerzoaplicado, se obtiene la Figura 3.

-0.08

-0.07

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

100 1000 10000


Esfuerzo (kPa)

Esf 333 Esf 700 Esf 500 (kPa)

Figura 3. Ensayes de compresibilidad con tresincrementos de carga..

En ella se observa que las deformaciones que sufreel material ante las cargas aplicadas siguen unatrayectoria lineal con el logaritmo del esfuerzo de lamisma manera que ocurre con los suelos saturados. Elíndice de compresión representa la pendiente de estalínea y se puede obtener por medio de la ecuación de larecta obtenida para cada ensaye.

En la Figura 3 también se observa que las rectaspara los incrementos de 333 y 700 kPa muestran lamisma pendiente, mientras que para el ensaye conincrementos de 500 kPa la pendiente resulta inferior.

Se sabe que, en el caso de los suelos no saturados,la pendiente de esta recta es función de la succión a queestá sometido el suelo, la cual depende de su grado desaturación (Alonso et al. 1990; Wheeler et al., 2003;Tamagnini, 2004). Entre más seco se encuentra unsuelo, la pendiente de la recta de compresibilidad esmenor mientras que entre mayor sea su humedad, supendiente crece hasta alcanzar el valor del suelo

saturado. De acuerdo con los datos experimentales, lasmuestras cargadas a 333 y 700 kPa tienen un grado desaturación muy similar de 40.5 y 40 % respectivamente,mientras que la que se cargó a 500 kPa muestra ungrado de saturación del 37% por lo cual sucompresibilidad es menor.

El valor del índice de compresión se muestra en latabla 5 para cada uno de los ensayes. Además seincluye el valor del esfuerzo para una deformación nula(ε0) el cual representa el esfuerzo de preconsolidacióndel material.

Tabla 5. Índice de compresión para tres incrementos de

cargaParámetro ∆σ=333kPa ∆σ=5003kPa ∆σ=700kPa

Cc .054 .017 .055

σ0 (kPa) 7 - 9



3.2 Evaluación del fenómeno de asentamiento-colapso-expansión

En el terreno donde se asientan los edificios existentres fuentes principales de deformaciones: losasentamientos instantáneos y de largo plazo producidospor la carga que aplican los edificios al suelo, los

asentamientos producidos por el colapso de algunosestratos de suelo al saturarse y los movimientosascendentes de los estratos expansivos. Cada uno deestos elementos es evaluado a continuación.

La distribución de presiones considerada para lacimentación se tomó con base en la teoría de Bousinesq.Se calcularon los esfuerzos por peso propio del materialasí como los incrementos de esfuerzos que impone laestructura a las profundidades de 2 y hasta 10 m. Paraello se consideró que la estructura impone un esfuerzosobre el terreno de apoyo de 6 t/m2 (considerando cargaviva reducida) y que la cimentación es rectangular delongitud infinita dado que los edificios se colocaron engrupos de 4 sobre una plataforma de 80 m de longitud.Se calculó el incremento de esfuerzo al centro y en laesquina de la cimentación.

Para evaluar los asentamientos producidos en laplataforma de material compactado, se fabricaronmuestras en el odómetro con el mismo grado decompactación de la plataforma (83%) y en esascondiciones se le impuso la carga de sitio más la cargadel edificio. En estos ensayes se obtuvo un índice decompresión del material de Cc = 0.061. Este valor essimilar al del suelo natural de acuerdo con la tabla 5. Elasentamiento esperado considerando que el espesormedio de la plataforma sea de 1.0 m con un grado decompactación de 0.83% y que el edificio aplica unesfuerzo medio al terreno de 5.8 t/m 2 (Tabla 10) a esa

profundidad, es cmTambién se determinó el colapso producido por la

saturación del suelo obteniéndose un valor de 0.83 %para una carga de 4.8 t/m2. Utilizando estos datos se

obtiene que el colapso esperado es cm.De tal manera que el asentamiento en la plataformacompactada debido a la construcción del edificio y suposterior saturación es de 2.83 cm.

Con respecto a los asentamientos esperados en losestratos de material limoso, se observa que estosmateriales presentan un comportamiento atípico, debidoa que entre mayor carga aplicada menor es el colapsoobservado. Incluso en algunos casos se observó uncomportamiento expansivo ante la carga más elevada.

Esto se debe a dos razones: primero, la granheterogeneidad del material encontrado en la zona comoya se comentó anteriormente y segundo, un materialpresenta un comportamiento más expansivo a medidaque se encuentra más compacto (Gens y Alonso, 1992).Esto quiere decir que un material ligeramente expansivopero con una relación de vacíos alta puede presentar uncomportamiento primordialmente colapsable, pero si sereduce su relación de vacíos lo suficiente, entoncespresenta un comportamiento expansivo. A estosmateriales se les ha denominado suelos expanso-

colapsables y su modelación, bajo el estado actual delconocimiento resulta aún muy complicada.

Debido a la heterogeneidad del material en el sitio deconstrucción se pueden encontrar zonas de materialcompacto que muestra un comportamiento expansivo yotras zonas de material suelto que presentan colapsoante el humedecimiento.

El índice de compresión promedio de estosmateriales es del orden de 0.05 de acuerdo con las tabla5 de tal manera que el asentamiento esperado será lasumatoria de los asentamientos hasta una profundidadde 12 m ya que hasta esa profundidad existe unainfluencia del 10% del peso del edificio con respecto alesfuerzo inicial en el terreno.

Para el primer estrato con espesor de 2m ubicadoentre las profundidades de 1 y 3m (debido a la presenciadel relleno de 1m) existe un esfuerzo inicial de 3.4 t/m 2 por peso propio y el esfuerzo final (por el incremento queproporciona la estructura) de acuerdo con la teoría deBousinesq es de 7.9 t/m2, de tal manera que elasentamiento esperado en esa capa es de

cm De la misma manera es posible obtenerlos asentamientos producidos por las siguientes capasde material hasta la profundidad de 10m. La tabla 6muestra los resultados.

El colapso del material al saturarse se puede obtenerde la siguiente manera: considerando que el espesorpromedio de los estratos de suelo colapsable sea de 6 men toda la columna de 12m de profundidad afectada porla construcción de los edificios y tomando un porcentajepromedio de colapso del suelo de 0.5% de acuerdo conlos resultados experimentales, se tiene que el colapsototal en la columna de suelo por saturación es de

cm Es decir que se espera un colapsoaproximado de 3 cm por efecto de saturación del suelo.

De esta manera el asentamiento total esperado por laconstrucción de los edificios y por colapso del terreno es

cm Es decir que se puedeproducir un asentamiento de hasta 9.8 cm en algunaszonas del terreno donde se encuentran cimentados losedificios dependiendo de la disposición de los estratoscolapsables.

Dado que los esfuerzos máximos a la profundidad de3 m son del orden 10 t/m2 y que la presión de expansióndel estrato ubicado a esa misma profundidad es delorden de 13 t/m2, entonces el suelo es capaz de levantaral edificio en cuanto sufre un humedecimiento cercano ala saturación.

Tabla 6. Asentamientos esperados

Profundidad (m) Asentamiento (cm)

2.0 2.104.0 1.106.0 0.578.0 0.4410.0 0,3112.0 0.21Total 4.73



Por otro lado, la expansión esperada en el caso de unestrato con espesor de 2.0 m localizado a unaprofundidad de 3 m en donde los esfuerzos totalespromedio son del orden de 8.5 t/m2 es del orden de 1.1%de acuerdo con los resultados experimentales. Por lotanto en ese caso, el material podrá expandir hasta

cm. Debido a que durante el procesoconstructivo se realizó la presaturación del suelo esprobable que los estratos expansivos superficiales hayantenido este movimiento antes de la construcción de losedificios. Sin embargo no se conoce con precisión ladistribución exacta y espesores de los estratos de sueloscolapsables y expansivos dado las condiciones deheterogeneidad del suelo en la zona.

Si la plataforma tuviera el mismo espesor y el mismogrado de compactación, el asentamiento sería uniforme.Pero debido a las diferencia en espesores de laplataforma y a las heterogeneidades de la compactaciónse pueden generar asentamientos diferenciales. Engeneral, la plataforma tiene espesores mayores hacia

donde se dirige la pendiente del terreno natural (fachadaponiente de los edificios). Sin embargo, la mayor partede los edificios se están inclinando en direccióncontraria. Esto se puede explicar por la presencia delestrato de basalto en la zona poniente del condominio(ver Figura 1) de tal manera que el espesor de suelocompresible en esa zona es inferior al que se encuentrahacia el oriente.

En conclusión, las deformaciones calculadas por losdiversos fenómenos de asentamientos, colapso yexpansión son suficientes para explicar el movimiento delos edificios. Por otro lado, una vez que el edificio seinclina en una dirección, se produce un momento derotación sobre la cimentación lo que provoca que losesfuerzos aplicados sobre el suelo se incrementen en la

zona de mayor asentamiento lo que genera un nuevoincremento de los asentamientos en la zona máshundida.

Si el asentamiento total calculado de 9.7 cm seprodujera en un solo lado del edificio esto provocaría undesplome del 0.5 % en el sentido largo o de 1.5 % en susentido corto. Es decir que el edificio podría inclinarse 5cm en su sentido largo ó 15 cm en su sentido corto.Actualmente las mayores inclinaciones medidas en losedificios son del orden del 1% en el sentido largo.

Esta discrepancia entre los valores teóricos yexperimentales podría atribuirse a la granheterogeneidad que se observó en el suelo a lo largo delos trabajos experimentales de tal manera que algunas

zonas pueden presentar expansiones mientras que otraspresentan asentamientos y colapsos.Por otra parte, de acuerdo con los ensayes realizados

con pala posteadora, se observó que existen algunaszonas con mayor humedad que otras. Estas zonascorresponden con la ubicación de los edificios quepresentan mayores dañados e inclinaciones. El restocorresponde a sitios aledaños a zonas sin pavimentar yáreas verdes. También estos sondeos indican que elmaterial de suelo natural se encuentra prácticamente enla condición saturada hasta la profundidad de 4 m de tal

manera que es previsible que dichos materiales yahayan expandido o colapsado por el efecto del peso delos edificios. Sin embargo, como toda zonaimpermeabilizada tiende a incrementar la humedad delsuelo bajo su superficie, es posible que se sigapresentando el fenómeno de colapso y/o expansiónconforme vaya profundizando la humedad en el

subsuelo.

4 CONCLUSIONES

4.1 En general, se observan graves deficiencias en losestudios de mecánica de suelos que se realizaron paradeterminar las causas del desplome del conjunto deedificios analizado. En especial se observa un abuso delensaye rápido UU el cual no es aplicable para el caso desuelos no saturados. Por otro lado existe pocacomprensión sobre la manera de determinar elcomportamiento de los suelos colapsables y expansivosen el laboratorio y de cómo determinar y mitigar susefectos en una cimentación.

4.2 Existen varias razones que explican la pérdida deverticalidad de los edificios del caso estudiado, entreellas están:

a) Las plataformas sobre las que se construyeron losedificios muestran bajos grados de compactación enalgunas zonas. Los asentamientos esperados en laplataforma en tales condiciones son similares a los delterreno natural.

b) El material encontrado en la zona donde sedesplantan los edificios es sumamente heterogéneomostrando un comportamiento típico de material de tipoexpanso-colapsable además de ser ligeramentedispersivo. Esto ha provocado deformaciones

diferenciales en las cimentaciones que obedecen a ladisposición y espesor de los estratos en cada zona delconjunto provocando la pérdida de verticalidad de losedificios. En relación a los edificios que muestran unamayor inclinación se observó una conjunción de factoresque han provocado este fenómeno: bajo grado decompactación de la plataforma, alta humedad en elestrato bajo la cimentación y presencia de lentes dematerial expansivo.

4.3 El material encontrado en la zona es del tipoexpanso-colapsable y el que se localiza superficialmente(hasta 4 m) se encuentra en condiciones cercanas a lasaturación, por lo que la mayor parte de los colapsos yexpansiones esperadas en las capas superiores ya haocurrido. Sin embargo, debido a la acumulación naturalde humedad en zonas construidas, las capas inferiorespueden incrementar su humedad y provocar movimientoadicionales de expansión o colapso en un futuro.

4.4 Es conveniente monitorear los movimientos einclinación de los edificios durante un periodo de 1 año,y en caso de que éstos se estabilicen se puede procedera revisar sus condiciones de estabilidad y realizar un



proyecto para su renivelación ya sea por medio de lacolocación de lastre o por el método de subexcavación.

5 REFERENCIAS

Alonso E., Gens A. and Josa A. (1990), A Constitutive

model for partially saturated soils, Géotechnique 40:405-430.

Gens A. and Alonso E.E. (1992), A framework for thebehavior of unsaturated expansive clays, Can.Geotech. J. 29: 1013-1032.

Tamagnini R. (2004), An extended Cam-clay model forunsaturated soils with hydraulic hysteresis,Géotechnique 54: 223-228.

Wheeler S.J., Sharma R.S. y Buison M.S.R. (2003),

Coupling hydraulic hysteresis and stress-strainbehaviour in unsaturated soils, Géotechnique 53: 41-54.

desplome de un conjunto de edificios mal estudio de suelos jaja

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