Análisis de solución alternativa al método convencional para la construcción de sótanos, Considerando el uso de anclajes activos Springsol (Patentados por Soletanche Sachy Cimas S A) en los suelos blandos característicos de la Sabana de Bogotá

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“ANÁLISIS DE SOLUCIÓN ALTERNATIVA AL MÉTODO CONVENCIONAL PARA LA CONSTRUCCION DE SOTANOS, CONSIDERANDO EL USO DE ANCLAJES ACTIVOS “SPRINGSOL” (PATENTADOS POR SOLETANCHE BACHY CIMAS S.A) EN LOS SUELOS BLANDOS CARACTERISTICOS DE LA SABANA DE BOGOTÁ”

ANDRES FELIPE CARRILLO NAVARRO FREDY ALEXANDER SALAZAR CUERVO

Monografía para optar por el título de Ingeniero Civil

Director del Proyecto de Grado: Ing. Hernando Villota

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA, INGENIERÍA CIVIL

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Aceptación por los Jurados:

______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________

______________________________________ Firma del Asesor de Trabajo de Grado

______________________________________ Firma del Jurado Interno

______________________________________ Firma del Jurado Externo

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DEDICATORIA

A nuestras familias, con quienes estamos agradecidos, ya que nos han brindado todo su apoyo y han sido parte fundamental para culminar con éxito esta etapa de nuestra vida profesional

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AGRADECIMIENTOS

 Ante todo y en primer lugar a Dios, quien siempre está a nuestro lado de manera incondicional, colocando en nuestro camino las personas, herramientas y oportunidades, las cuales hemos tenido en cuenta para lograr nuestras metas.

 A nuestros padres, quienes con paciencia han esperado lo mejor de nosotros, apoyándonos en cada paso que hemos dado e impulsando cada segundo de nuestras vidas.

 A la empresa Soletanche Bachy Cimas por abrimos las puertas y brindarnos todos los recursos necesarios tanto en información como en conocimientos que permitieron llevar a cabo la realización de este trabajo, el cual es un aporte para contribuir con un granito de arena en el proceso de innovación y desarrollo que esta empresa tiene.

 Al Ingeniero Ivan Cubillos, jefe de diseños de Soletanche Bachy Cimas quien estuvo pendiente del proceso, aportando con todo su conocimiento en la parte técnica para el desarrollo del presente trabajo.

 Al Ingeniero Andres Sánchez, Ingeniero de presupuestos de la empresa Geofundaciones, quien nos ayudó con todo su conocimiento en el tema de costos y presupuestos.

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CONTENIDO

1. REUSMEN ... 10

2. INTRODUCCION ... 11

3. DESCRIPCION DEL PROBLEMA ... 12

4. JUSTIFICACIÓN ... ¡Error! Marcador no definido. 5. OBJETIVOS ... 14

5.1. OBJETIVO GENERAL ... 14

5.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ... 14

6. MARCO TEORICO ... 15

6.1. MÉTODO TOP DOWN PARA CONSTRUCCION DE SOTANOS ... 15

6.1.2. PROCESO CONSTRUCTIVO CON EL MÉTODO TOP-DOWN ... 16

6.2. MÉTODO SPRINGSOL PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS EN FRANCIA 19 6.3. ANCLAJES SPRINGSOL PARA LA ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS BLANDOS ... 21

6.3.1. SECUENCIA DE EJECUCION DEL ANCLAJE SPRINGSOL ... 22

6.4. CREEP DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS ... 26

6.4.1. ENSAYOS DE INVESTIGACION, CONTROL Y ACEPTACION ... 28

6.4.2. PROBLEMAS DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS POR CREEP ... 31

6.5. MODOS DE FALLA DE LOS ANCLAJES ... 31

7. ESTADO DEL ARTE ... 34

7.1. PROYECTOS TOP-DOWN REALIZADOS POR SOLETANCHE ... 34

7.1.1. PROYECTO PLAZA CLARO (TOP-DOWN SOTANOS) ... 34

7.1.2. PROYECTO HOTEL HILTON (TOP-DOWN SOTANOS)... 35

7.2. PAISES DONDE SE HAN REALIZADO TRABAJOS CON EL SPRINGSOL ... 35

7.2.1. PUERTO LLANO ESPAÑA 2010 ... 35

7.2.2. SINGAPUR 2011 ... 36

7.2.3. BILBAO ESPAÑA 2011 ... 37

7.2.4. PARIS FRANCIA 2013 ... 37

7.3. OBRAS REALIZADAS EN BOGOTÁ HACIENDO USO DE ANCLAJES... 38

7.3.1. EDIFICIO ALTOS DEL VIENTO ... 39

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7.3.3. EDIFICIO CRA 7MA CON CALLE 72 (CUELLAR SERRANO GOMEZ)... 40

8. MÉTODOLOGIA ... 42

9. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 44

9.1. ANÁLISIS SOLUCIÓN BASE VS SOLUCIÓN TOP-DOWN PROYECTO HOTEL HILTON ... 44

9.2. ANÁLISIS SOLUCIÓN TOP-DOWN VS SOLUCIÓN A CIELO ABIERTO (MÉTODO SPRINGSOL) PROYECTO HOTEL HILTON ... 50

9.2.1. ANÁLISIS ECONOMICO ... 50

9.2.2. RENDIEMIENTO EN TIEMPO ... 57

9.2.2.1. CONTENCION Y CIMENTACION ... 58

9.2.2.2. EXCAVACION ... 61

9.2.2.3. CONSTRUCCION DE LOSAS Y CIERRE DE VENTANAS DE EXCAVACION ... 63

9.2.3. ANÁLISIS TECNICO... 66

9.2.3.1. ANÁLISIS COMPORTAMIENTO MURO PANTALLA ... 66

9.2.3.2. ANÁLISIS TECNICO DE ANCLAJES ... 71

9.2.4. ANÁLISIS DE PRUEBAS REALIZADAS Y EVENTUALES PRUEBAS A REALIZAR (ANCLAJE SPRINGSOL) ... 79

9.2.4.1. FASE 1. Conocimiento de la herramienta y su funcionamiento... 80

9.2.4.2. FASE 2. Soil-mixe con la herramienta Springsol ... 81

9.2.4.3. FASE 3. Construcción de anclajes verticales de prueba ... 82

9.2.4.4. FASE 4. Construcción de anclajes Springsol reperforados ... 84

10. CONCLUSIONES ... 91

11. RECOMENDACIONES ... 93

12. BIBLIOGRAFIA ... 94

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FIGURAS

Figura 1. Excavación losa de planta baja ... 16

Figura 2. Construcción losa de planta baja ... 17

Figura 3. Excavación por debajo de la losa de planta baja ... 17

Figura 4. Construcción losa sotano1 ... 18

Figura 5. Excavación sótano 2 ... 18

Figura 6. Construcción losa de cimentación sótano 2 ... 19

Figura 7. Cierre de ventanas sótano 1 y planta baja ... 19

Figura 8. SPRINGSOL, pieza utilizada para la excavación y mezcla del suelo con el material. ... 20

Figura 9. Proceso de perforación ... 20

Figura 10. Tipos de uso del SPRINGSOL ... 21

Figura 11. Anclaje SPRINGSOL ... 22

Figura 12. Colocación de la camisa metálica ... 23

Figura 13. Colocación de la camisa metálica ... 24

Figura 14. Inicio de la perforación con la herramienta SPRINGSOL. ... 24

Figura 15. Colocación del anclaje dentro del bulbo. ... 25

Figura 16. Tensionamiento del anclaje ... 26

Figura 17. Valor de creep para diferentes ensayos de carga. ... 27

Figura 18. Cambios en la estructura del suelo circundante al bulbo durante los estados de creep ... 27

Figura 19. Creep vs tiempo y estados del suelo vs Creep ... 28

Figura 20. Escalones del ensayo de investigación ... 29

Figura 21. Ejemplo de curvas de fluencia. ... 29

Figura 22. Análisis de Creep ... 29

Figura 23. Ensayo de control ... 30

Figura 24. Falla por extracción del ancla ... 33

Figura 25. Proyecto plaza claro Bogotá... 34

Figura 26. Modelado Hotel Hilton Bogotá ... 35

Figura 27. Columnas SPRINGSOL (España 2010) ... 36

Figura 28. Columnas SPRINGSOL (Singapur 2011) ... 36

Figura 29. Columnas SPRINGSOL (Bilbao 2011) ... 37

Figura 30. Columnas SPRINGSOL (Paris 2013) ... 38

Figura 31. Edificio altos del viento. ... 39

Figura 32. Propuesta inicial Top-Down proyecto Hotel Hilton... 44

Figura 33. Propuesta final Top-Down proyecto Hotel Hilton ... 45

Figura 34. Perfiles pre cimentados en columnas definitivas ... 47

Figura 35. Plataforma de trabajo, losa planta baja Top-Down ... 48

Figura 36. Excavación a cielo abierto proyecto CC villa del rio (Soletanche Bachy Cimas) ... 54

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Figura 38. Curva de presión vs desplazamiento de la pantalla ... 67

Figura 39. Datos recolectados introducidos en el programa PAROI 2009 para análisis técnico de cada uno de los métodos ... 69

Figura 40. Envolventes de falla solución Springsol ... 69

Figura 41. Datos ingresados para cálculo de parámetros ... 72

Figura 42. Calculo de parámetros para determinar deformaciones ... 73

Figura 43. Adecuación de la herramienta SPRINGSOL en la máquina de perforación ... 80

Figura 44. Soil-mixe con la herramienta SPRINGSOL proyecto plaza claro ... 81

Figura 45. Anclajes verticales de prueba ... 82

Figura 46. Reperforacion del bulbo. ... 87

Figura 47. Colocación del anclaje... 87

Figura 48. Tensionamiento del anclaje. ... 88

Figura 49. Graficá ciclos de carga ... 89

GRAFICÁS Graficá 1.Curva Presión Vs Deformación ... 74

Graficá 2. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 600 mm. ... 75

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TABLAS

Tabla 1. Cantidad pilotes constructivos que se eliminan ... 46

Tabla 2. Disminución de pilotes definitivos solución top-Down vs Solución base ... 47

Tabla 3. Ahorro en concreto al tener uniformidad en pantallas ... 49

Tabla 4. Ahorro total en materiales y dinero solución Top-Down vs Solución base... 49

Tabla 5. Tabla comparativa Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ... 50

Tabla 6. Costo perfiles pre-cimentados ... 52

Tabla 7. Ahorro de materiales en pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ... 53

Tabla 8. Ahorro en dinero pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ... 53

Tabla 9. Costo anclajes SPRINGSOL ... 54

Tabla 10. Costo rampa de excavación a cielo abierto ... 55

Tabla 11. Ahorro de dinero en excavación solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL 55 Tabla 12. Ahorro de dinero en plataforma solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL 56 Tabla 13. Ahorro tentativo Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ... 56

Tabla 14. Duración construcción de muros pantalla y barretes solución Top-Down ... 58

Tabla 15. Duración construcción de pilotes Solución Top-Down ... 59

Tabla 16. Duración construcción de muros pantalla y barretes solución SPRINGSOL... 60

Tabla 17. Duración actividad de contención y cimentación Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ... 61

Tabla 18. Duración excavación de núcleo a cielo abierto solución Top-Down ... 61

Tabla 19. Duración excavación bajo losa solución Top-Down ... 62

Tabla 20. Duración excavación a cielo abierto solución SPRINGSOL ... 62

Tabla 21. Duración total excavación Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ... 63

Tabla 22. Duración construcción de losas y cierre de ventanas solución Top-Down ... 63

Tabla 23. Duración construcción de losas y cierre de ventanas solución SPRINGSOL .... 64

Tabla 24. Duración total construcción de losas Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ... 65

Tabla 25. Duración total proyecto Hotel Hilton con la solución Top-DOWN y la Solución SPRINGSOL ... 65

Tabla 26. Desplazamiento, momentos y cortantes máximos pantallas solución Top-Down vs solución Springsol ... 70

Tabla 27. Deformaciones de los anclajes entre 3 y 60 minutos ... 79

Tabla 28. Características anclajes verticales de prueba ... 83

Tabla 29. Carga de arrancamiento teórica vs carga de arrancamiento experimental prueba fase 3 ... 83

Tabla 30. Parámetros de construcción anclajes SPRINGSOL fase 4 ... 85

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1. REUSMEN

El principal objetivo del presente trabajo es realizar una comparación económica, técnica y de rendimiento entre dos métodos constructivos para la ejecución de sótanos en la ciudad de Bogotá, para así determinar cuál de los dos es más eficiente y se adapta mejor a los requerimientos de construcción que exige esta ciudad. Uno es el método Top-Down, el cual permite a partir de cierto punto como su nombre lo indica construir hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo, este método ha tenido una gran aceptación a nivel de Bogotá generando grandes beneficios los cuales se verán y se explicaran más adelante. Generalmente para este método Top-Down se usan pilotes, vigas y puntales constructivos que ayudan a mantener la estabilidad del suelo, considerando las malas condiciones geo mecánicas que este tiene en la ciudad de Bogotá. El segundo método es el método SPRINGSOL el cual usa una técnica nueva e innovadora, con el que se pretende estabilizar y/o contener masas de suelos cohesivos por medio de anclajes especiales construidos con la herramienta SPRINGSOL (Patentada por Soletanche Bachy) los cuales tienen un mayor diámetro de bulbo y pueden generar una mayor fuerza de fricción, para así gracias a su viabilidad técnica poder realizar excavaciones a cielo abierto, permitiendo acabar la construcción del proyecto 3 semanas antes que con el método top-Down y generando un ahorro del 6% del valor total de este, confirmándolo así como el método más óptimo.

ABSTRACT

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2. INTRODUCCION

El sector de la construcción en Bogotá ha tenido un crecimiento constante en los últimos seis años, buscando aprovechar el terreno no solo de la superficie hacia arriba sino también de la superficie hacia abajo, construyendo edificios cada vez más altos e incentivando la construcción de estructuras subterráneas (Sótanos). Con el paso del tiempo se ha proliferado la construcción de sótanos en edificaciones debido a diferentes factores como: 1) Los nuevos condicionantes urbanísticos, 2) Limitaciones en la disponibilidad de suelos Urbanos, 3) Limitaciones en la altura de los edificios y 4) La necesidad creciente de espacios para estacionamiento de vehículos, entre otros. A su vez la construcción de sótanos está condicionada a otros factores que son necesarios tener en cuenta para su correcta ejecución, algunos son: 1) Proximidad de la obra con edificaciones a su alrededor y con infraestructuras subterráneas como pasos inferiores, el metro en algunas ciudades, o conexiones de servicios públicos, etc. y 2) La presencia del nivel freático.1

Todos estos factores han llevado a que se establezcan y se analicen nuevos procesos o métodos, que tengan una mayor efectividad al momento de realizar la construcción de estructuras subterráneas y que conlleven a un beneficio no solo económico sino que también se produzcan ahorros en el tiempo de ejecución del proyecto. Es aquí donde salen a la luz los diferentes métodos para llevar a cabo esta clase de obras, que para el análisis objeto del presente trabajo son el método TOP-DOWN y el método SPRINGSOL, en donde se busca ratificar a este último como una nueva alternativa que optimice el método Top-Down para la construcción de sótanos, por medio de una comparación técnica, económica y en rendimientos entre estos dos métodos.

Este trabajo es un aporte de investigación que se va a hacer a la empresa Soletanche Bachy Cimas S.A, en donde se evaluara y analizará una nueva alternativa de solución para la construcción de sótanos en Bogotá utilizando anclajes tipo SPRINGSOL. Soletanche Bachy Cimas S.A suministrara toda la información y los recursos necesarios para el desarrollo de este trabajo, el cual contiene tres partes importantes dentro de su estructura para tener en cuenta y analizar: la primera es la que tiene que ver con todo el marco teórico la cual va a explicar varias cosas relevantes en cuanto a cada método y su proceso constructivo, la segunda parte es la que tiene que ver con los resultados y su análisis en la cual de manera muy clara se explicaran los ahorros económicos, en tiempo y la viabilidad técnica al usar el método Springsol, y la tercera parte son las conclusiones en las cuales quedan condensados todos los resultados y dan cierre al objetivo del presente trabajo.

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3. DESCRIPCION DEL PROBLEMA

El suelo de la Sabana de Bogotá está conformado por depósitos de limos, arcillas y ocasionalmente arenas, cuyas características se dieron por el ambiente que dejó el relleno de arcillositas de la era terciaria y la inundación ocurrida en la era cuaternaria. La composición de estos depósitos es una sucesión de limos, arcillas y arcillas-limosas, se puede llegar a encontrar una capa orgánica alrededor de los 23 m, y una lámina de arena fina y densa alrededor de los 34 m. Bajo esta capa se ha comprobado la existencia de grandes cambios en las características geo mecánicas del suelo; algunos sondeos llevados hasta 60 m., muestran una creciente resistencia del suelo (limos arcillosos endurecidos y agrietados).

Tomando como base lo expuesto anteriormente, el suelo de la ciudad de Bogotá es un suelo cohesivo muy blando producto de la sedimentación de todas estas partículas durante muchos años, razón por la cual se ve tan limitada la resistencia y la capacidad de soportar cargas a fricción al momento de realizar construcciones sobre este tipo de suelo. El creep del suelo de la ciudad de Bogotá es muy alto, es por esto que en este tipo de suelos se dificulta hacer trabajos de contención con los anclajes convencionales, ya que la estructura a contener se puede desplazar con el tiempo y generar daños a estructuras o vías colindantes. Para lo anterior es necesario establecer un mecanismo de cimentación y de estabilización de suelos eficiente, el cual permita repartir las cargas y contener masas importantes de suelo, sin que se sufra algún tipo de daño o deformación.

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4. JUSTIFICACIÓN

Bogotá está constituido geológicamente por depósitos de arcilla formados por la desecación de un antiguo lago, con estratos intermedios y discontinuos de arenas y suelos orgánicos. El espesor de los depósitos aumenta gradualmente desde las zonas próximas a los cerros orientales, en donde tienen pocos metros de profundidad, hasta el sector occidental de la Sabana, con sedimentos que varían de 200 hasta 600 m. Este tipo de suelo característico de la ciudad de Bogotá, es un suelo cohesivo, compresible y muy blando, cuya resistencia y capacidad de soportar cargas a fricción se ve limitada al momento de realizar la construcción de edificaciones o estructuras subterráneas sobre este. Por lo anterior es necesario establecer un mecanismo de cimentación y de estabilización de suelos eficiente, el cual permita repartir las cargas y contener masas importantes de suelo, sin que se sufra algún tipo de daño o deformación.

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5. OBJETIVOS

5.1. OBJETIVO GENERAL

- Comparar técnica, económica y productivamente la alternativa propuesta (Método SPRINGSOL), que contempla excavaciones a cielo abierto considerando el uso de anclajes SPRINGSOL, con el método top-Down actual, en el cual se utilizan perfiles pre cimentados en columnas y puntales constructivos para la ejecución de sótanos en la ciudad de Bogotá.

5.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Realizar la recolección de la información necesaria del proyecto Hotel Hilton en cuanto a cronograma, presupuesto, planos, proceso constructivo, etc., cuyos sótanos se construyeron con el método Top-Down por Soletanche Bachy Cimas S.A.

- Identificar los costos y el rendimiento obtenido en tiempo, de la ejecución de los sótanos del proyecto hotel Hilton construidos con el método Top-Down. - Analizar técnicamente la construcción de los sótanos del proyecto Hotel

Hilton utilizando la alternativa propuesta, la cual consiste en realizar una excavación a cielo abierto considerando el uso de los anclajes SPRINGSOL. - Identificar los costos y el rendimiento en tiempo, al utilizar el método SPRINGSOL como una propuesta alternativa para la construcción de los sótanos del proyecto hotel Hilton.

- Realizar la evaluación de las eventuales pruebas complementarias que se puedan realizar a los anclajes SPRINGSOL, teniendo en cuenta toda la instrumentación y los protocolos de prueba correspondientes.

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6. MARCO TEORICO

6.1. MÉTODO TOP DOWN PARA CONSTRUCCION DE SOTANOS

El método constructivo denominado TOP DOWN, “Ascendente‐Descendente” consiste en construir inicialmente las paredes perimetrales y columnas de soporte de la estructura con muros pantalla o pilotes excavados, luego se excava hasta la cota inferior de la primera losa y se vacían las vigas y losa directamente sobre el terreno, repitiendo este proceso en cada nivel de sótanos, excavando y colando contra terreno, se completa así la estructura bajo la superficie (descendente) mientras la estructura superior (ascendente) puede comenzar a construirse en forma independiente apoyándose en la primera losa ya construida, a medida que avanza el proceso. Es decir tanto la construcción por encima y debajo del nivel 0.00 van en paralelo reduciendo el plazo convencional. Sin embargo aquí la excavación e eliminación requiere un tratamiento especial, ya que no se puede realizar las típicas excavaciones a cielo abierto.

El proceso constructivo de “Top Down” (Up Down) comenzó a ser utilizado para la construcción de líneas de metro en los lugares en los que se necesitaba poner en marcha las vías a nivel de rasante casi al mismo tiempo que se construían las estructuras bajo rasante. Este sistema constructivo es un procedimiento alternativo a la excavación a cielo abierto, donde primero se excava el subsuelo para colocar la loza inferior de los sótanos y cimientos de la estructura.

"Si bien la inversión en maquinaria y personal o el gasto en agua, combustible y otros no varía mucho, con la utilización del Top-Down, el costo total de la obra llega a abaratarse hasta en 15%, en condiciones ideales y dependiendo del proyecto", dice Marco Tulio Mendoza Rosas, coordinador de Posgrados de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con la correcta utilización del Top-Down se pueden terminar en 30% menos de tiempo.2

No obstante, también tiene puntos en contra: "La desventaja de este tipo de sistema es que las vigas son elementos provisionales que se tiran a la basura y es un costo

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importante", afirma Pierre Guiot, director general de Cimesa (Empresa del grupo Soletanche Bachy), especializada en este sistema constructivo.

Guiot coincide con Eduardo Roque Medellín, presidente del Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de México (CICEM) al considerar que es fundamental saber sobre qué tipo de suelo se va a construir y que éste sea un suelo blando, arcilloso, porque favorece la utilización de Top-Down.

Con el Top-Down se coloca la primera loza a nivel de suelo y a partir de allí se va excavando y construyendo cada nivel de sótano de arriba hacia abajo. Para este sistema se colocan vigas de acero en el subsuelo que son embebidas con concreto, formando pilotes que servirán para la cimentación de la estructura. Estas columnas se unen con muros de concreto para crear una "caja" subterránea que será excavada para formar el sótano uno.

Una vez concluido el sótano se comienza a excavar hacia abajo la cantidad de sótanos que hayan sido diseñados para el edificio, con la ventaja de que la excavación hacia abajo permite ir construyendo al mismo tiempo la súper estructura.3

6.1.2. PROCESO CONSTRUCTIVO CON EL MÉTODO TOP-DOWN

La construcción de los sótanos por medio de este método, tiene una serie de pasos, los cuales son importantes tenerlos en cuenta para obtener los rendimientos tanto en tiempo como en dinero esperados y no acarrear en costos adicionales.

1) Excavación para construcción losa de planta baja

Figura 1. Excavación losa de planta baja

Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC

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2) Construcción de losa aligerada planta baja (vigas descolgadas, losetas muñones), dejando las ventanas de excavación correspondientes para cada área.

Figura 2. Construcción losa de planta baja

3) Excavación por debajo de losa de planta baja.

Figura 3. Excavación por debajo de la losa de planta baja

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Figura 4. Construcción losa sotano1

5) Excavación por debajo de losa de sótano 1.

Figura 5. Excavación sótano 2

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Figura 6. Construcción losa de cimentación sótano 2

7) Construcción muros de puntos fijos, rampas, etc.

8) Cierre de ventanas en cada una de las áreas en Sótano 1 y planta baja

Figura 7. Cierre de ventanas sótano 1 y planta baja

6.2. MÉTODO SPRINGSOL PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS EN FRANCIA

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Esta mezcla del suelo con material se hace por medio de una perforación, en la cual se coloca una camisa que lleva por dentro la pieza llamada SPRINGSOL.

Figura 8. SPRINGSOL, pieza utilizada para la excavación y mezcla del suelo con el material. Tomado de: SPRINGSOL SOll MIXING AVEC OUTIL OUVRANT

Esta pieza es utilizada para realizar la excavación como se muestra en la figura 9, y por medio de la cual se hace la mezcla del suelo con el material aglutinante.

Figura 9. Proceso de perforación

Tomado de: SPRINGSOL SOll MIXING AVEC OUTIL OUVRANT

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21 Generalmente esta técnica se usa para:

 Hacer mejoramiento de suelos.  Apuntalamiento de suelos.

 Pequeños muro de contención temporal.  Tratamiento de suelos contaminados

Figura 10. Tipos de uso del SPRINGSOL

Tomado de: SPRINGSOL SOll MIXING AVEC OUTIL OUVRANT

6.3. ANCLAJES SPRINGSOL PARA LA ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS BLANDOS

Este tipo de anclajes es desarrollado por Soletanche Bachy Cimas, tomando como base la utilización de la herramienta SPRINSOL patentada en Francia, para la construcción del bulbo de los anclajes en mención. La construcción de este tipo de anclajes hace parte de la propuesta alternativa para la construcción de sótanos en la ciudad de Bogotá.

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bulbo perforado e inyectado con un diámetro de dimensiones bastante considerables, haciendo estas soluciónes desde el punto de vista económico muy poco viables. De esta forma, el objetivo es crear dicho bulbo con la técnica conocida como SPRINGSOL.

Figura 11. Anclaje SPRINGSOL

Tomado de: Nota técnica SBC (Anclajes para suelos arcillosos blandos “Tipo SPRINGSOL”)

6.3.1. SECUENCIA DE EJECUCION DEL ANCLAJE SPRINGSOL

Esta es la métodología de construcción del anclaje SPRINGSOL.

1) Preparación del anclaje: Todos los elementos que van a formar parte de la estructura del anclaje. Especial atención a la posición de estos elementos dentro del tubo guía.

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3) Colocación de la camisa metálica: Se instala una camisa metálica, de 8” de diámetro, entre la plataforma de trabajo y la cabeza de la futura columna de suelo-cemento. Esto se usa para mantener cerrada la herramienta la zona donde no se hará la columna. Se puede reemplazar la camisa por una perforación en estructuras de concreto.

Figura 12. Colocación de la camisa metálica

4) Posicionamiento herramienta: La herramienta de perforación es

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Figura 13. Colocación de la camisa metálica

5) Inicio de la perforación: Una vez fuera de la camisa, la herramienta se abre en el suelo. La perforación en el diámetro aplicado se realiza hasta la parte inferior de la columna.

Figura 14. Inicio de la perforación con la herramienta SPRINGSOL.

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6) Retiro de la herramienta e instalación de tubería: Se retira la herramienta una vez la perforación de la columna ha sido terminada y se instala tubería, para inyección de mortero, qué estará conectada a bomba tipo putzmeister.

7) Inyección de mortero, sustitución y creación del bulbo: Se inyecta mortero con la tubería de perforación. La herramienta se va subiendo del nivel del fondo de excavación a medida que se vayan aumentando volúmenes de mortero previamente establecidos. Una vez se complete el volumen de lechada deseado se retira tubería.

8) Colocación del anclaje: Se procede inmediatamente a insertar el anclaje dentro del bulbo vertido previamente con mortero. Posteriormente se retira la camisa metálica.

Figura 15. Colocación del anclaje dentro del bulbo.

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Figura 16. Tensionamiento del anclaje

6.4. CREEP DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS

El creep es la deformación plástica bajo carga constante que sufre el anclaje, como consecuencia de la fluencia de la interfaz entre el terreno y el bulbo. El parámetro que registra el creep en un ensayo se denomina Ks.

Ecuación 1. Calculo de la deformación plástica (Creep)

Donde ᵹ1 y ᵹ2 son los desplazamientos medidos en la cabeza del anclaje para los tiempos t1 y t2 respectivamente. Todos los anclajes fluyen. Sin embargo, los anclajes definitivos tienden a estabilizar esta deformación diferida en valores de Ks del orden de 1 mm/modulo.

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bajo una carga mantenida durante un tiempo prefijado. El creep admisible depende del tipo de anclaje “provisorio o definitivo”. Normas como la UNE-EN 1537, TA-95, DIN-4125 y PTI, establecen criterios similares pero con variaciones, fruto de la experiencia obtenida en diferentes lugares. Los anclajes provisorios suelen admitir valores de creep, Ks, del orden de 1.5 mm a 1.8 mm/módulo. En la Figura 17 a manera de ejemplo, se muestran registros de algunos ensayos de creep realizados. Se puede apreciar el comportamiento lineal de creep vs carga hasta un valor de Ks de 1 mm/módulo. En la Figura 18 se muestra un esquema de la evolución y aparición de fisuras en el suelo a medida que aumentan los estados de creep indicados en la Figura 17.

Figura 17. Valor de creep para diferentes ensayos de carga.

Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica.

Figura 18. Cambios en la estructura del suelo circundante al bulbo durante los estados de creep Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica.

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comportamiento del creep (Ks) vs el tiempo y los estados del suelo vs el creep a medida que el tiempo aumenta.4

Figura 19. Creep vs tiempo y estados del suelo vs Creep

6.4.1. ENSAYOS DE INVESTIGACION, CONTROL Y ACEPTACION

Las diferentes normativas indican tres tipos de ensayos: investigación (ruptura), control y aceptación. La cantidad de anclajes que son sometidos a pruebas, en relación al total construido, varía de acuerdo al tipo de ensayo, en el caso de ensayos de control, corresponde un porcentaje que se ubica en el rango del 2% al 5%, mientras que para los ensayos de aceptación se exigen valores desde el 88% hasta el 95%.

 ENSAYOS DE INVESTIGACION

Los ensayos de investigación, también conocidos como ensayos de ruptura, tienen por objeto comprobar el comportamiento de un anclaje de servicio hasta la carga máxima que pueda soportar antes de la falla. Se define la carga límite (CL) al estado en el cual, el anclaje se desliza con un pequeño incremento de carga. Suele ser necesario incluir armaduras adicionales para poder llegar a la ruptura. En este tipo de ensayo, habitualmente se llega mediante escalones uniformes (Figura 20) y crecientes hasta cargas del orden del 200% de la carga de servicio (CS), sin sobrepasar el 90% de la carga que experimentará el bulbo, cuando la armadura alcance el límite elástico (para la carga Tp) figura 21. En cada escalón de carga se debe monitorear la evolución del creep (Figura 22).

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Figura 20. Escalones del ensayo de investigación

Figura 21. Ejemplo de curvas de fluencia.

Figura 22. Análisis de Creep

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30  ENSAYOS DE CONTROL

Son los ensayos que se realizan sobre anclajes de servicio elegidos al azar, donde se ejecuta una prueba de carga hasta una carga del orden del 115 % al 130% de la Carga de Servicio (CS), opcionalmente y según normativas puede llegar a valores de hasta 150% de CS. El objetivo es validar las condiciones de diseño de una determinada línea de anclaje o bien zonas con distintos suelos en una misma obra. El anclaje se somete a una serie de escalones de hasta una hora de duración, mediante cargas crecientes y se realiza la medición de creep en cada escalón en al menos 5 puntos durante la hora de ensayo. La variación del creep de cada escalón en función del logaritmo del tiempo presenta la particularidad de medir la velocidad de fluencia, que debe ser constante y menor a 1 mm/modulo para anclajes definitivos y 1.5 mm/modulo para provisorios.

Figura 23. Ensayo de control

 ENSAYOS DE ACEPTACION

Es fundamental y determinante efectuar la medición del creep en el escalón máximo de ensayo para garantizar la vida útil del anclaje. A través del método del ciclo de histéresis de carga o “Método del ciclo” se puede evaluar el comportamiento a la hora de bloquear un anclaje.5

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31

6.4.2. PROBLEMAS DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS POR CREEP

Los bulbos de anclaje colocados en suelos arcillosos o blandos han tenido con frecuencia problemas de capacidad a largo plazo. Se debe esperar comportamiento no satisfactorio de los bulbos en suelos cohesivos con resistencia a la compresión inconfinada menor de 96 kPa y resistencias remoldeadas menores de 48 kPa. En estos suelos se debe esperar comportamiento de fatiga (“creep”).

La longitud del bulbo y el diámetro de este, son factores claves que pueden incidir de manera positiva o negativa en la deformación plástica que pueda llegar a tener el anclaje. En suelos blandos o sueltos se requieren grandes longitudes o diámetros de bulbo.

Para que no se presenten problemas en el bulbo del anclaje se deben garantizar resistencias en el suelo superiores a las indicadas en el párrafo anterior, y que tengan un índice de consistencia superior a 0.8.

Ecuación 2. Calculo de índice de consistencia del suelo.

Dónde:

WL= Límite líquido

W= Contenido de humedad natural WP= Límite plástico

Si se requiere colocar bulbos de anclaje en suelos cohesivos o en suelos granulares con N menor de 10, se recomienda realizar ensayos para evaluar la capacidad de carga a largo plazo de las anclas.6

6.5. MODOS DE FALLA DE LOS ANCLAJES

Hay varios mecanismos posibles de falla de los muros anclados. Estas fallas comúnmente son causadas por exceso de carga sobre un ancla. Las cargas de exceso pueden estar relacionadas con la carga de pre tensionamiento, la secuencia

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de excavaciones, las fuerzas del agua y fuerzas sísmicas, entre otras. Los mecanismos de falla pueden involucrar los tendones, la masa de suelo, el bulbo o las estructuras superficiales.

Los principales tipos de falla son los siguientes:

 Falla del acero del tendón. Al colocarle la carga de tensionamiento el acero del tendón recibe esfuerzos de tensión. Si la carga aplicada es mayor que la capacidad estructural del tendón, ocurre la falla. Para evitar esto se recomienda que la carga de diseño sobre el tendón no exceda el 60% de la resistencia última del tendón.

 Falla de la masa del suelo. Esta falla es debida a la capacidad de soporte del suelo superficial. Si al colocarle la carga de pre tensionamiento, ésta supera la capacidad de soporte del suelo lateral, se produce un movimiento del suelo hacia arriba. Esto ocurre especialmente en las anclas más sub superficiales. Así mismo, se recomienda que la primera hilera de anclajes de arriba hacia abajo se encuentre suficientemente profunda para que la resistencia pasiva del suelo evite la falla.

 Falla de la unión entre el bulbo y el suelo. Los anclajes movilizan una fuerza perimetral entre el bulbo y el suelo. La resistencia de esta interface depende de la presión normal, de la fricción y cohesión en el perímetro del bulbo. En los anclajes acampanados se desarrolla adicionalmente una resistencia relacionada con el acampanamiento. Para aumentar la resistencia entre el bulbo y el suelo se acostumbra a aumentar el diámetro del bulbo o su longitud. Sin embargo, la experiencia muestra que el efecto de aumento de resistencia no ocurre para bulbos con longitudes superiores a 9 o 12 metros (Sabatini y otros, 1999).

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 Falla de la estructura superficial. La estructura superficial puede fallar por punzonamiento o por exceso de esfuerzos de flexión o de cortante. 7

Figura 24. Falla por extracción del ancla

Tomado de: Libro “Deslizamientos: técnicas de remediación”. JAIME SUAREZ

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7. ESTADO DEL ARTE

7.1. PROYECTOS TOP-DOWN REALIZADOS POR SOLETANCHE

En Bogotá el método Top-Down está siendo bastante utilizado, debido a las condiciones que el suelo presenta en esta ciudad, permitiendo la ejecución de proyectos de arriba hacia abajo.

7.1.1. PROYECTO PLAZA CLARO (TOP-DOWN SOTANOS)

La empresa Soletanche Bachy Cimas es una de las que ha implementado este método en algunas construcciones en la ciudad de Bogotá, como por ejemplo el proyecto plaza claro en el cual se realizó la construcción de 4 sótanos utilizando este método, como se observa en la figura 25.

Figura 25. Proyecto plaza claro Bogotá

Tomado de: Presentación Plaza claro (Proceso constructivo) GEO y SBC

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7.1.2. PROYECTO HOTEL HILTON (TOP-DOWN SOTANOS)

El proyecto hotel Hilton, es un Proyecto ubicado en corferias (actual zona de parqueaderos) en la ciudad de Bogotá. Este es un proyecto de 5000 m2 en el cual se va a construir un centro de convenciones de 5 pisos y un hotel de 18 pisos y va a contar con dos sótanos para parqueaderos.

Figura 26. Modelado Hotel Hilton Bogotá

7.2. PAISES DONDE SE HAN REALIZADO TRABAJOS CON EL SPRINGSOL

Alrededor del mundo se han realizado varios trabajos con la herramienta SPRINGSOL para trabajos de estabilización de suelos, a continuación se muestran los países donde se han realizado estas mejoras.

7.2.1. PUERTO LLANO ESPAÑA 2010

Se realiza la mejora del suelo bajo un edificio existente:

- Condiciones de espacio libre bajo: 4.00m

- Rellenos sueltos (arcillas rojas y gravas, N <10)

- Construcción de 2542 columnas SPRINGSOL

- Diámetro de las columnas SPRINGSOL de 400mm

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36

Figura 27. Columnas SPRINGSOL (España 2010)

Tomado de: Presentación SPRINGSOL & SOIL MIXING COLUMNS Soletanche

7.2.2. SINGAPUR 2011

En Singapur se realiza la mejora del suelo para obras de túnel:

- Columnas superpuestas para tratamiento masivo

- Bajo espacio libre

- Tipo de suelo: Arcilla marina (cu = 15 kPa)

- Construcción de 248 columnas sub-horizontales de SPRINGSOL debajo de una pared existente para obras mineras

- Diámetro: 600mm

- Longitud: 2m

- Construcción de 367 columnas verticales para la presión activa y reducción y estabilización vertical de excavaciones

- Diámetro: 600mm - Profundidad: 5 a 13m

Figura 28. Columnas SPRINGSOL (Singapur 2011)

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37 7.2.3. BILBAO ESPAÑA 2011

En Bilbao se realizó la mejora del suelo a través de la losa existente:

- Tipo de suelo: Arenas sueltas

- Construcción de 174 columnas SPRINGSOL - Diámetro: 400mm

- Profundidad: 6m por debajo de la losa

Figura 29. Columnas SPRINGSOL (Bilbao 2011)

7.2.4. PARIS FRANCIA 2013

Se realiza mejora del suelo para el almacenamiento de cemento: - Bajo espacio libre: 7m por debajo de la carretera

- Condiciones del suelo : Rellenos de 0-2m, Arcilla arenosa de 2-4m y Arena arcillosa de 4-8m

- Lámina de agua subterránea a 5m de profundidad

- Contaminación: Plomo: hasta 1000 mg / kg Arsénico: hasta 41 mg / kg Sulfatos: hasta 17.000 mg / kg Carbón orgánico total: hasta 230.000 mg / kg - Construcción de 201 columnas SPRINGSOL

- Herramienta de diámetro fijo ø400mm - Profundidad: 8,5 m

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38

Figura 30. Columnas SPRINGSOL (Paris 2013)

7.3. OBRAS REALIZADAS EN BOGOTÁ HACIENDO USO DE ANCLAJES

El sistema de muros anclados o sistemas de contención usando anclajes, bien sea activos o pasivos, no es nuevo en este medio, no son muchos los casos o construcciones que hayan utilizado estos sistemas de contención en Bogotá y muestren el proceso constructivo. A continuación se mostrarán a manera de ejemplo algunas obras en las cuales se ha considerado la solución de los anclajes como la mejor alternativa técnica y económica para la construcción de muros pantalla.

Los anclajes se pueden construir a través de las pantallas, cuando se han construido muros in situ y en estos casos se van construyendo a media que avanza la excavación, o se pueden construir en forma simultánea con la construcción de los muros ya sea que estas sean en concreto proyectado o con formaleta.

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39 7.3.1. EDIFICIO ALTOS DEL VIENTO

Es un edificio ubicado en la transversal 1ra con calle 69 de la ciudad de Bogotá, este es de 14 pisos de altura. El suelo bajo el cual está ubicada la estructura es arcilla multicolor con algunas intercalaciones de arenisca de consistencia dura.

Debido a la necesidad de realizar cortes de gran altura (18 mts) y la presencia de casa en la parte superior del talud se diseña un muro inclinado de 30 cms de espesor soportado por anclajes permanentes de 40 Toneladas de capacidad y con longitud variable de 24 mts en la parte superior y 12 mts en la parte inferior.

Se resolvió construir el muro utilizando concreto proyectado vía húmeda el cual dio magníficos resultados desde el punto de vista operativo para permitir modelar el muro de acuerdo a la excavación permitiendo obtener un mayor rendimiento, pues se logra tener el muro y anclajes un mes antes de lo previsto.

Este tipo de obra permite tener una zona de trabajo más amplia y libre de todo obstáculo y por consiguiente mayor rendimiento en la construcción de la estructura.

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40 7.3.2. EDIFICIO MONTE ROSA

Este edificio está ubicado en la Avenida 9na entre calles 5 y 6 de la ciudad de Cali y contempla la construcción dos sótanos para parqueaderos y 13 pisos de altura. El estudio de suelos inicial indicaba la presión en la capa superior de los suelos residuales procedentes de la meteorización de areniscas y arcillolita depositados durante el periodo terciario y en la parte inferior sedimentaria, sin presencia de nivel freático. Se resolvió hacer la excavación dejando un talud en la parte que esta contra el cerro.

La construcción de los muros fue muy dispendiosa por la dificultad de armar y formaletear el muro sin que la masa de suelo se moviera y que una vez fundido y alcanzado una resistencia del 70% de la de diseño se procedió a tensionar el anclaje al 50% de su capacidad y una vez terminado cada uno de los tramos se hacia el tensionamiento final.

7.3.3. EDIFICIO CRA 7MA CON CALLE 72 (CUELLAR SERRANO GOMEZ)

La experiencia de construcción de este proyecto no es tan buena, debido a que por un mal diseño de los anclajes que sostenían los muros pantallas, una de estas fallo y causo una catástrofe.

El 09 de mayo de 1994 a las dos de la tarde, se desplomó parte de la calzada de la avenida 72, lo que les costó la vida a cuatro personas. Un informe reciente de la Contraloría Distrital señala que el derrumbe le generó al Distrito una pérdida de 1.219 millones de pesos.

Cada vez que se inicia la construcción de un edificio, en la excavación se debe hacer un muro de contención, cuyo propósito es evitar que se caigan las edificaciones, las vías o la tierra que hay alrededor. Antes de la construcción del muro, se debe realizar un estudio de suelos para que se tenga claramente definido qué tensión debe soportar el muro teniendo en cuenta la calidad del suelo de la zona.

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41

es que el suelo a partir de los 11 metros de profundidad es predominantemente arcilloso, es decir, que es menos rígido. Por lo tanto, la presión que ejerce sobre el muro de contención es aún mayor, es decir un suelo seco no empuja tanto como uno arcilloso. Esa característica -la de ser arcilloso- se mantiene hasta los 18 metros de profundidad, que es donde comenzó el derrumbe. Para explicar cómo se inició el derrumbe hay que tener en cuenta que con el fin de que el muro se sostenga en pie se utilizan unos elementos que se denominan anclajes. Son varas de hierro que se amarran con cemento a la tierra con el propósito de sostener el muro. Si es cerca de la superficie (en este caso a la avenida) el anclaje tiene una longitud mucho mayor, pero a los 18 metros de profundidad su longitud es menor porque se supone que los de arriba son los que están sosteniendo el mayor peso. Y fue justamente, en el tensor de abajo en donde se registró la falla. La sociedad dice: los bulbos del anclaje de los tensores del cuarto nivel no resistieron los empujes y se inició un proceso de deformación excesiva del conjunto. Como la presión aumenta, la tierra comienza a empujar el muro en la parte de abajo, donde se encuentra la berma de fondo, cuya función no es la de resistir esas presiones. Lentamente, la berma comienza a ceder y al ocurrir eso, la parte superior del talud se desploma y es cuando cae parte de la calle 72.

Dice la Sociedad que al desplazarse el muro se rompieron los ductos y tuberías de servicios ubicados por encima de los tensores del nivel superior. De esa manera, la Sociedad desvirtúa la posibilidad de que una filtración de agua haya sido la causante de que el muro se cayera. La Sociedad concluye su informe diciendo: de los estudios realizados por la Comisión se llega a la conclusión que la causa principal de la falla del talud consistió en que la capacidad prevista para el sistema de contención construido fue insuficiente para resistir los empujes generados por los materiales predominantemente arcillosos existentes . 8

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42

8. MÉTODOLOGIA

La métodología a utilizar será una métodología de tipo experimental donde se buscara demostrar y/o verificar la siguiente hipótesis:

- ¿La alternativa propuesta para optimizar la construcción de sótanos en la ciudad de Bogotá con el método SPRINGSOL (Con anclajes especiales) es viable técnicamente, más económica y genera mayores rendimientos en el tiempo de ejecución del proyecto que el método Top-Down (Con perfiles pre-cimentados, vigas y puntales)?

Para el desarrollo del presente trabajo se va a utilizar como referencia el proyecto Hotel Hilton ubicado en corferias en la ciudad de Bogotá, ejecutado por Soletanche Bachy Cimas S.A. La métodología a seguir para realizar el presente trabajo consiste en los siguientes puntos:

1) Visita al proyecto Hotel Hilton para el reconocimiento del mismo, y conocer por parte del director de obra los aspectos más relevantes que se tuvieron en cuenta para la correcta ejecución de este.

2) Recolectar toda la información necesaria del proyecto Hotel Hilton en cuanto a cronograma, presupuesto, planos, proceso constructivo, etc., la cual se va a tomar como base para el desarrollo del presente trabajo.

3) Realizar el análisis técnico, en cuanto a costos y rendimiento en tiempo, de la construcción de los sótanos del proyecto Hotel Hilton realizada con el método Top-Down.

4) Evaluar el diseño de los anclajes SPRINGSOL para proyectos típicos de la sabana de Bogotá.

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6) Realizar el análisis técnico, en cuanto a costos y rendimiento en tiempo, de la construcción de los sótanos del proyecto Hotel Hilton utilizando la alternativa propuesta, la cual consiste en realizar una excavación a cielo abierto considerando el uso de los anclajes SPRINGSOL.

7) Realizar la evaluación de las eventuales pruebas complementarias que se puedan realizar a los anclajes SPRINGSOL.

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44

9. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

9.1. ANÁLISIS SOLUCIÓN BASE VS SOLUCIÓN TOP-DOWN PROYECTO HOTEL HILTON

Inicialmente el proyecto Hotel Hilton se iba a construir con una propuesta convencional con viga anillo y pilotes constructivos, dejando 5 ventanas como se muestra en la figura 32.

Figura 32. Propuesta inicial Top-Down proyecto Hotel Hilton Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC

Esta propuesta se revaluó debido a los siguientes factores:

- Pilotes constructivos, lo cual se traduce en mayores tiempos por actividades adicionales (construcción, demolición, etc.)

- La excavación a segundo sótano se realizaría por etapas controladas lo cual implicaría mayores tiempos de excavación.

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45

- El Área de excavación bajo placa es muy limitada, debido a la gran cantidad de pilotes constructivos (48 elementos).

- Ventanas de excavación de gran área lo que dificulta la logística de la obra y hace más costoso el cierre posterior de las mismas.

- La plataforma de trabajo como se muestra en la figura 32, no permite una correcta logística para llevar a cabo los trabajos debido a que no se cuenta con el espacio suficiente para el tránsito de equipos y acopio de materiales.

- Esta propuesta contemplaba la construcción elementos perimetrales de espesores variables como se muestra en el plano E-105 (Anexo1), E-106 (Anexo 2) y E-107 (Anexo 3): pantallas e= 0.50 m y 0.6 m y barretes de un e = 0.60 m. No hay uniformidad en las dimensiones de los elementos.

Con base a todos estos factores que tienen gran incidencia tanto en tiempo como económicamente al momento de ejecutar el proyecto, se estableció un nuevo diseño Top-Down que reemplaza el diseño base mostrado anteriormente. En la figura 33 se muestra como quedo establecida la distribución de las ventanas y sus tamaños para la ejecución de los sótanos del proyecto Hotel Hilton, en donde se incluyeron puntales estructurales y perfiles pre-cimentados en las columnas.

Figura 33. Propuesta final Top-Down proyecto Hotel Hilton

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46

Este diseño top-Down, tiene las siguientes características:

1) Se eliminan los pilotes constructivos, lo cual genera las siguientes ventajas para el proyecto:

 Son 48 pilotes constructivos según plano E-02 (Anexo 4), que cuantifican un ahorro en materiales de: 831 m3_{de concreto, 831 m}3_{de retiro de} material de excavación y 36 Toneladas de acero, según como se muestra en la tabla 1, teniendo en cuenta las dimensiones contempladas en el plano E-102 (Anexo 5).

Tabla 1. Cantidad pilotes constructivos que se eliminan

 Se ahorra en el tiempo de proceso de excavación, demolición y se ahorra en los costos asociados a estas actividades.

 Las áreas de excavación son mayores, optimizando los tiempos al poder retirar mayor cantidad de material comparado con la propuesta básica.

 Los diseños de Planta Baja (PB) y Sótano 1 (S1) se uniformizan.

2) Uso de perfiles pre-cimentados en las zonas de columnas definitivas de la estructura. Lo cual genera:

 Una reducción en los pilotes definitivos, debido a que estos se pueden reorganizar permitiendo que algunos de pilotes puedan hacerse cuando se llegue a la cota de la cimentación y no hay necesidad de que los pilotes lleguen a la cota de planta baja, puesto que los perfiles metálicos van desde la cimentación hasta la cota superior del terreno sosteniendo la losa, como se muestra en los planos E-101 (Anexo 6), E-102 (Anexo 7), E-103 (Anexo 8) y E-104 (Anexo 9).

TIPO DE PILOTE ø (m))

LONGITUD EFECTIVA (m) CANTIDAD DE PILOTES NIVEL SUPERIOR DE EXCAVACION (m) NIVEL INFERIOR DE EXCAVACION (m) NIVEL SUPERIOR DE FUNDIDA (m) VOLUMEN DE CONCRETO POR PILOTE (m3) VOLUMEN TOTAL DE CONCRETO PILOTES (m3)

KG DE ACERO POR PILOTE

TOTAL KG DE ACERO PILOTES PILOTES

CONSTRUCTIVOS 0.7 45 48 -0.05 -45.05 -0.05 17 831 748 35890

(47)

47

Figura 34. Perfiles pre cimentados en columnas definitivas

Teniendo en cuenta lo anterior los pilotes definitivos se reducen de 254 a 199, en donde se genera un ahorro en concreto y acero el cual se ve reflejado en la tabla 2:

Tabla 2. Disminución de pilotes definitivos solución top-Down vs Solución base

SOLUCIÓN BASE SOLUCIÓN TOP-DOWN

PILOTES

TOTALES 254

PILOTES

TOTALES 199

M3 DE CONCRETO

TOTAL PILOTES 6354

M3 DE CONCRETO

TOTAL PILOTES 5906 KG DE ACERO TOTAL

PILOTES 213653

KG DE ACERO TOTAL

PILOTES 190230 PERFILES

PRECIMENTADOS 45 AHORRO EN CONCRETO

(M3) 448

(48)

48

Los anteriores datos son tomados del cuadro de cantidades realizado (Anexo 10), en donde se establece el número de pilotes para cada solución y la cantidad de acero y concreto que se consume para cada tipo de pilote según los respectivos planos.

3) Se reduce el tamaño de las ventanas de excavación para facilitar la logística de la obra, con esto se mejora:

 Las zonas de acopio de material y zonas de oficinas.

 El tránsito de maquinaria pesada y de volquetas para extracción del material de excavación.

 El movimiento de frentes de trabajo y maquinaria, de forma más segura y eficiente.

Figura 35. Plataforma de trabajo, losa planta baja Top-Down Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC

4) El cierre de las ventanas de excavación es más eficiente y económico dado que se funde desde el inicio un 85% de las placas de PB y S1, lo que significa que se agilizaría el proceso de cierre debido a que hay que pedir menos concreto, menos acero, menos formaletas y demás consumibles para esta actividad.

(49)

49

 Al tener uniformidad en los espesores de las pantallas y los barretes se genera un ahorro en concreto de 631.7 m3, como se muestra en la tabla 3.

Tabla 3. Ahorro en concreto al tener uniformidad en pantallas

SOLUCIÓN BASE SOLUCIÓN TOP-DOWN

M3 DE CONCRETO TOTAL

MUROS PANTALLA 2010

MUROS PANTALLA 1932.5

BARRETES 3553.2

BARRETES 2999

AHORRO DE CONCRETO

(M3) 631.7

Teniendo en cuenta lo mencionado anteriormente, pasar de la solución base a la solución top-Down género un ahorro en dinero el cual se refleja en la tabla 4 mostrada a continuación:

Tabla 4. Ahorro total en materiales y dinero solución Top-Down vs Solución base

AHORRO EN DINERO MÉTODO BASE VS MÉTODO TOP-DOWN

CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA

CONCRETO DE 4000 PSI

(M3) 1910.7 COP 349,000 COP 666,834,300

ACERO (KG) 59423 COP 2,100 COP 124,788,300

PERFILES

PRECIMENTADOS -45 COP 11,371,977 -COP 511,738,965

RETIRO DE MATERIAL DE

EXCAVACION (M3) 831 COP 36,000.00 COP 29,916,000.00

AHORRO TOTAL COP 309,799,635

(50)

50

adelante cuando se compare el método Top-Down con el método a cielo abierto utilizando anclajes SPRINGSOL, el cual es el objetivo del presente trabajo.

9.2. ANÁLISIS SOLUCIÓN TOP-DOWN VS SOLUCIÓN A CIELO ABIERTO (MÉTODO SPRINGSOL) PROYECTO HOTEL HILTON

En la sección anterior se hizo una pequeña comparación en la cual se determinó el ahorro en materiales y posteriormente en dinero al pasar de una solución base de construcción a una solución top-Down. A continuación se mostrará una comparación más detallada de la construcción de la cimentación del proyecto hotel Hilton cuyo objetivo es comparar el método top-Down con un método alternativo a cielo abierto considerando el uso de anclajes SPRINGSOL (Enfoque del presente trabajo), en donde se tendrán en cuenta los costos relacionados con cada método, el tiempo bajo el cual se ejecutan ciertas actividades con cada uno de estos y una comparación desde el punto de vista técnico.

9.2.1. ANÁLISIS ECONOMICO

A continuación se muestra una tabla comparativa en donde de manera general se compara el método top-Down con el método SPRINGSOL a cielo abierto, a la cual se le hará el respectivo análisis.

Tabla 5. Tabla comparativa Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL

MÉTODO TOP-DOWN MÉTODO SPRINGSOL CIMENTACION 1 Descripción técnica a ejecutar

Sistema de pilotes construidos desde planta baja con perfiles

para fase constructiva desde plataforma de

cimentación

Sistema de pilotes construidos desde

plataforma de cimentación.

2 Cantidades principales

Pilotes:

11,580 ml, 7,070 m3 de excavación, 190,230 Kg de acero y

5,906 m3 de concreto

Pilotes:

11,580 ml, 7,070 m3 de excavación, 190,230 Kg de acero

(51)

51 3

Perfiles : 45 pza HEB-340 90,450 kg de

hierro CONTENCION Y EXCAVACION 4 Descripción técnica a ejecutar

Pantalla pre excavada tipo P1 y P2 (Prof Max 16.70 m) con apoyo de losas en

top Down

Pantalla tipo P1 (Prof Max 15.0 m)

5

Cantidades principales

Pantalla + Barretes Tipo Pantalón :

9,863 m2 de perforación y 4,931.5

m3 de concreto

Pantalla + Barretes Tipo Pantalón: 9,442

m2 de perforación y 4,721 m3 de concreto

6 Anclajes 50Ton :

4700 ml

7

Excavación : 2,291 m3 cielo abierto y 40,366 m3 bajo losa

Excavación : 42,657 m3 a cielo abierto

8

Plataformas de trabajos:

Planta Baja con carga : 2ton/m2

Plataformas de trabajos: ninguna

A continuación se procede a analizar cada uno de los puntos expuestos en la tabla anterior para dejar claras las ventajas que pueda presentar uno u otro método:

 En el punto # 1 de la tabla se establece la descripción técnica con la cual se va a ejecutar cada método. Como se mostró en el numeral 8.1 del presente trabajo, el método top-Down contempla la construcción de pilotes con perfiles pre cimentados algunos desde la cota de planta baja y otros desde la cota de cimentación, para el método SPRINGSOL la excavación de todos los pilotes se realizaría desde la cota de planta baja pero serán armados y fundidos hasta la cota de cimentación.

(52)

52

 Teniendo en cuenta lo expuesto en el punto #1 y punto número #3 de la tabla se puede analizar que al construir todos los pilotes desde la cota de cimentación, para el método a cielo abierto no se necesitarían los perfiles pre cimentados que hacen parte del método top-Down. Estos perfiles serian el primer material de ahorro que se generaría al pasar del método top-Down al método SPRINGSOL, cuyo valor se cuantifica en la tabla 6 mostrada a continuación. Cuyas cantidades fueron tomadas del cuadro de cantidades métodos (Anexo 10).

Tabla 6. Costo perfiles pre-cimentados

COSTO PERFILES PRECIMENTADOS

CANTIDAD (UND) PRECIO UNITARIO

PERFILES

PRECIMENTADOS 45 COP 11,124,760

AHORRO TOTAL COP 511,738,960.00

El valor anterior para los perfiles fue tomado del presupuesto Hotel Hilton top-Down (Anexo 11), el cual arroja un valor para estos de $ 511´738,960 (Quinientos once millones setecientos treinta y ocho mil novecientos sesenta pesos).

 En el punto # 4 de la tabla sé establece que las pantallas a construir para para el método top-Down tienen una profundidad de 16.7 mts y son de dos tipos P1 y P2, para el método SPRINGSOL las pantallas tienen una profundidad de 15 mts y son de un solo tipo (P1).

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53

Al disminuir la profundidad de las pantallas y dejar un solo diseño de estas para el método Springsol, se genera un ahorro en materiales el cual se muestra en la tabla 7 a continuación:

Tabla 7. Ahorro de materiales en pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL

SOLUCIÓN TOP-DOWN SOLUCIÓN SPRINGSOL

MUROS PANTALLA 1932.5

M3 DE CONCRETO TOTAL MUROS

PANTALLA

1735.1

KG DE ACERO MUROS

PANTALLA 212580

KG DE ACERO MUROS

PANTALLA 172178

AHORRO EN CONCRETO

(M3) 197.4

AHORRO ACERO (KG) 40402

Las cantidades anteriores se traducen en un ahorro en dinero de:

Tabla 8. Ahorro en dinero pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL

AHORRO EN MATERIALES MUROS PANTALLA MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL

CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA CONCRETO DE 4000

PSI (M3) 197.4 COP 349,000 COP 68,892,600

ACERO (KG) 40402 COP 2,100 COP 84,844,200

Según la tabla anterior son $ 153´736.800 (Ciento cincuenta y tres millones setecientos treinta y seis mil ochocientos pesos) de ahorro en concreto y acero al reducir la profundidad de las pantallas de 16,7 mts a 15 mts en el método Springsol.

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54

a cielo abierto, representando un valor importante dentro del costo que tiene este método.

En la tabla 9 se muestra el costo de los anclajes según las cantidades expuestas en el cuadro de cantidades métodos (Anexo 10) y teniendo como referencia el precio establecido en el presupuesto Hotel Hilton SPRINGSOL (Anexo 12).

Tabla 9. Costo anclajes SPRINGSOL

COSTO ANCLAJES SPRINGSOL

CANTIDAD (ML) PRECIO UNITARIO

ANCLAJES SPRINGSOL 4700 COP 168,113.46

COSTO TOTAL COP 790,133,274.1

 La excavación es una de las actividades que cambia sustancialmente cuando se compara para cada uno de los métodos tal como se muestra en el punto #7 de la tabla. En el método Top-Down la excavación es realizada bajo losa, el material es retirado por las respectivas ventanas y la maquinaria a utilizar es de un tamaño más reducido que si se hiciera la excavación a cielo abierto, por el contrario en el método SPRINGSOL toda la excavación es realizada a cielo abierto, en donde es necesaria la construcción de una rampa para realizar el retiro de material como se muestra en la figura 36.

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55

La rampa de excavación que se construiría tiene un costo de:

Tabla 10. Costo rampa de excavación a cielo abierto

COSTO RAMPA DE EXCAVACION A CIELO ABIERTO

CANTIDAD PRECIO UNITARIO

RAMPA DE EXCAVACION A

CIELO ABIERTO 1 GLB COP 80´000,000 COSTO TOTAL COP 80´000,000

Realizar una excavación a cielo abierto es mucho más económico que realizar la excavación bajo losa, es por eso que esta es otra actividad en la cual se genera un ahorro cuando se compara el método Top-Down con el método Springsol. En las tablas a continuación se muestra el costo de la excavación para cada método y el ahorro en dinero que se genera según los precios establecidos en los presupuestos (Anexo 11 y 12).

Tabla 11. Ahorro de dinero en excavación solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL

AHORRO EN EXCAVACION MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL

CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA MÉTODO TOP-DOWN

M3 DE EXCAVACION

A CIELO ABIERTO 2291 COP 26,105 COP 59,806,555 M3 DE EXCAVACION

BAJO LOSA 40366 COP 31,740 COP 1281,216,840 MÉTODO SPRINGSOL

M3 DE EXCAVACION

A CIELO ABIERTO 42657 COP 26,105 COP 1113,560,985

Al realizar toda la excavación a cielo abierto con el método SPRINGSOL se genera un ahorro de $ 227´462,410 (Doscientos veintisiete millones cuatrocientos sesenta y dos mil cuatrocientos diez pesos) en comparación con el método Top-Down.

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en el método Top Down, en el cual es necesario adecuar el terreno para así poder llevar a cabo toda la logística con materiales y maquinaria para empezar el proceso bajo losa. Es por esto que se generaría un ahorro de 5 cm de peralte de losa lo cual se cuantifica en 234 m3 de concreto de 6000 psi, debido a que el área total del proyecto es de 4680 m2.

Este ahorro reflejado en dinero se muestra en la tabla 11 a continuación: Tabla 12. Ahorro de dinero en plataforma solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL

AHORRO EN PLATAFORMA MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA CONCRETO DE 6000

PSI (M3) 234 COP 380,000 COP 88,920,000

Se genera un ahorro en dinero de $ 88´920,000 (Ochenta y ocho millones novecientos veinte mil pesos).

Teniendo en cuenta todo el análisis realizado anteriormente y tomando los valores calculados tanto en ahorro de dinero en materiales y actividades como en costo de las actividades adicionales, se puede sacar un ahorro tentativo total al pasar del método Top-Down al método SPRINGSOL. Cabe aclarar que para el cálculo del ahorro se tomaron las actividades más relevantes y de mayor impacto que cada método tiene, así como los costos adicionales que genera cada método, es por esto que el cálculo es tentativo debido a que cada actividad tiene muchas otras actividades que la acompaña y no fueron tenidas en cuenta por dar simplicidad y mejor entendimiento al análisis realizado. A continuación en la tabla12 se condensan todos los valores calculados:

Tabla 13. Ahorro tentativo Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL

AHORRO TENTATIVO MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL

ITEM CONCEPTO UM CANTIDAD PU Importe

1 Ahorro perfiles

Metálicos a todo costo UND 46 $ 11,124,760.00 $ 511,738,960.00

2

Ahorro por mayor rendimiento en la cimentación (Tabla 25)