OBRAS URBANAS
PLANTEO DEL PROBLEMA
(A)
EDIFICACION EN EL MEDIO URBANO
La edificación en zona urbana plantea frecuentemente
problemas especiales debido a la proximidad de otras
estructuras. La repercusión o los efectos que en los
vecinos puedan tener los trabajos de la nueva obra,
tanto en la estabilidad como en los asientos adquieren
una importancia fundamental
Las acciones que emprendemos sobre el terreno, como
las operaciones de construcción, provocarán
inevitablemente movimientos en el terreno, que han de
ser compatibles con las características de las estructuras
Se deben fijar criterios relativos a la afectación de las
propiedades y construcciones vecinas determinando de que
forma es mejor y mas seguro llevar a cabo la construcción.
Lo importante es reconocer los problemas potenciales y definir
los criterios del comportamiento aceptable compatible con el
entorno.
No es un trabajo individual sino que es necesario diseñar los
pasos a seguir ateniendo a las características del terreno, con la
consulta de calculistas, geólogos e incluso con el contratista
principal del cual se aprovecha su experiencia en situaciones
similares.
Se debe conocer y forma parte del problema los tipos de
cimentación profundidad etc de los edificios vecinos
Algunas condiciones y restricciones a ser consideradas
en toda intervención con respecto al suelo
Características del proyecto
Topografía del terreno
Estructuras contiguas
Restricciones de espacio
Tamaño y profundidad de la excavación
Tipo de suelo
Equipo y maquinaria disponible o en
condiciones de ser usadas
Presencia de aguas subterráneas
Seguridad en las excavaciones
Cáusa de los daños mas comunes en edificios vecinos
Descalce de cimentaciones superficiales
Movimientos del terreno consecuencias de la
excavación del terreno
Reduccion de la capacidad portante del terreno
por elevación de la napa freática
Incremento de los asentamientos por
rebajamiento del nivel freático
Erosión por arrastre de finos
Transmisión de cargas a suelos muy profundos
Asiento del nuevo edificio que puede arrastrar al
edificio existente
Las consecuencias legales
Los posibles daños en las edificaciones próximas, nos lleva a
plantear la necesidad de que la normativa contemplara el
problema en forma mas general, obligando a que los
proyectos de fundación tuviera en cuenta la influencia de
obras futuras; y no caer en el simplismo de que toda la
responsabilidad es del que construye.
El Código del Ayuntamiento de Nueva York fija el siguiente
criterio:
“Si la nueva excavación es de menos de tres
metros, los propietarios de las casas adyacentes son
responsables de los daños que puedan provocarse en sus
edificios. Si la excavación es superior a tres metros, toda la
responsabilidad de los daños recae sobre la nueva obra”
Si bién peca de excesiva simplificación , muestra la
necesidad de legislar sobre este punto teniendo en cuenta
los derechos de las partes involucradas
Excavaciones en el medio urbano
Provoca alteraciónes de tensiónes en
el suelo y esta alteración del equilibrio
conduce a deformaciones del terreno
contiguo, lo cual trae consigo el
peligro de que las edificaciones vecinas
resulten afectadas por la deformación
del terreno o por el colapso del mismo
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…….La estrategia a utilizar dependerá del suelo
que encontremos
EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO
Hund
imient
o
Combadura 0,4 ≈ 0,7 hh
El retiro de pesos sustanciales de tierra modifica las tensiones existentes en el
espacio circundante.
La superficie del suelo en los alrededores de la excavación sufre
un asiento vertical, incluso en los casos en que los movimientos
horizontales hacia el interior son disminuidos por la presencia
El asentamiento
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El asentamiento tiene importancia por tres razones: aspecto, condiciones de servicio y daños a la estructura. Los tipos de asentamiento son:
Asentamiento uniforme Asentamiento no-uniforme Asentamiento diferente que sufre giro Cimientacion rígida Cimientacion flexible Smax Smin
Existen asentamientos máximos y asentamientos diferenciales. El asentamiento diferencial se
El asentamiento diferencial entre dos puntos dividido por la
distancia entre ellos, se usa habitualmente como un índice
de daño potencial, al establecer los movimientos permisibles
de los edificios
Definimos como distorsión angular al cociente entre el
asentamiento diferencial entre dos columnas vecinas y la
distancia entre ejes.
Consecuencias del asentamiento diferencial
Asientos admisibles: Los asientos admisibles son los asientos
( totales y diferenciales ) máximos que tolera la estructura,
incluyendo entrepisos y tabiques, sin que se produzcan
Distorsiones angulares límites. Gráficos de
Bjerrum (1963) basado en datos presentados
por Skempton y Mac Donald (1956)
Código Técnico – España
Ley 38/1999, Ordenación de la Edificación
Valores límite basados en la distorsión angular
Tipo de estructura Límite
Estructuras isostáticas y muros de contención 1/300 Estructuras reticuladas con tabiquería de separación 1/500 Estructuras de paneles prefabricados 1/700 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia arriba 1/1000 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia abajo 1/2000
Valores límites basados en la distorsión horizontal
Tipo de estructura Límite
Muros de carga 1/2000
Para evitar los asientos diferenciales debe procurarse que la tensión del terreno bajo las diferentes cimentaciones sea la misma. No obstante, como el terreno no es
homogéneo ni las dimensiones de las cimentaciones son constantes, siempre se producirán inevitablemente asientos diferenciales.
Los asentamientos diferenciales
Las estructuras muy flexibles, se acomodan al suelo
Las estructuras muy rígidas se mueven como cuerpo
rígido (traslación y rotación)
Las estructuras intermedias en general sufren
deformaciones ( estructuras hiperestáticas) y se
producen esfuerzos que pueden ser muy importantes
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Los asentamientos pueden producir: 1 Descenso uniforme
2 Rotación rígida 3 Flexión
4 Corte 5 Torsión
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Descenso uniforme Rotación rígida Flexión Torsión y corte
L
El asentamiento
diferencial puede
estimarse como ¾
del asentamiento
máximo calculado
Las consecuencias de los asentamientos
diferenciales
LAS EXCAVACIONES EN EL MEDIO
URBANO
EL SUELO
Algunas definiciones previas
Excavación
La excavación es el movimiento de tierras realizado a cielo abierto y por
medios manuales, utilizando pico y palas, o en forma mecánica con
excavadoras, y cuyo objeto consiste en alcanzar el plano de arranque de la
edificación, es decir las cimentaciones.
La excavación puede ser:
Desmonte
El desmonte es el movimiento de todas las tierras que se encuentran por
encima de la rasante del plano de arranque de la edificación.
Vaciado
El vaciado se realiza cuando el plano de arranque de la edificación se
encuentra por debajo del terreno.
Terraplenado
El terraplenado
se realiza cuando el terreno se encuentra por debajo del
plano de arranque del edificio y es necesario llevarlo al mismo nivel.
Que es el suelo?
19 Minerales varios Mi ner ales vari os Min er ales vari osSistema complejo
formado por tres
elementos
•Aire
•Agua
•Minerales
Fracción gruesa
Fracción fina
FRACCIÓN MAYOR A
0.075mm (TAMIZ #200)
Análisis por vía seca - tamizado
FRACCIÓN MENOR A
0.075mm (TAMIZ #200)
Análisis por vía humeda
Clasificación de los suelos por
la
proporción en la que se
encuentran distribuidas
Según el tamaño pueden
clasificarse en 3 grupos básicos
ARENAS, LIMO, ARCILLA
21
Aspectos estructurales del suelo
Entre los factores que afectan la Estabilidad Estructural de los suelos
tenemos en primer lugar la Distribución de Partículas por Tamaño, que es una de las características mas importantes por cuanto afecta innumerables propiedades de los suelos, entre ellas: la superficie específica, la
consistencia, la estructura, la porosidad, la velocidad de infiltración, la conductividad hidráulica, etc.
La distribución de partículas por tamaño, se refiere a las proporciones
relativas de arenas, limos y arcillas y, también, a las partículas o fragmentos superiores a 2 mm, hasta llegar a los tamaños de gravillas y gravas o
LA ESTRUCTURA DEL SUELO
La distribución de Partículas por Tamaño afecta la estabilidad estructural notablemente, por cuanto condiciona la tendencia de las partículas a unirse entre si.
Para que las partículas de un suelo puedan unirse , se requiere un cierto porcentaje de partículas finas, muy finas y de tamaño arcilla. Los suelos excesivamente arenosos, y cuando su fracción arena es muy gruesa, > de 2 mm, poseen muy poca
"agregabilidad". Por el contrario, cuando los suelos poseen un alto contenido de arcilla, su agregabilidad es alta. No quiere decir esto que tengan estabilidad estructural ya que dichos agregados podrían desbaratarse relativamente fácil en el
agua. Cuando el suelo no tiene "agregabilidad", es difícil lograr su estabilidad estructural, como es el caso con suelos formados por arenas gruesas.
La estructura del suelo depende de:
•Tamaño de los granos del suelo
•Forma de los granos del suelo
•Distribución de los granos del suelo
•Composición mineralógica
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Suelos cohesivos
Suelos no cohesivos
SUELOS COHESIVOS. Partículas muy pequeñas, predominan los efectos electroquímicos superficiales.
Las partículas tienden a juntarse (interacción agua-partícula). Suelos
plásticos
SUELOS NO COHESIVOS: Las partículas del suelo no tienden a juntarse ni a
adherirse, sus partículas son
relativamente grandes, también se los conoce como suelos granulares o
friccionantes (gravas, arenas)
SUELOS ORGÁNICOS: Suelos esponjosos, con grumos, comprensibles. No pueden soportar estructuras de ingeniería
CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN LOS FACTORES QUE DETERMINAN SU COMPORTAMIENTO
Suelos estructuralmente estables
Su comportamiento depende solo de las propiedades intrínsecos y de factores mecánicos
Suelos estructuralmente inestables
Su comportamiento no sólo están en relación a las solicitaciones mecánicas, sino que están afectados por factores externos, químicos, ambientales etc.
SUBMURACIÓN
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Submuración
son todos los trabajos de mampostería o estructuras que se realizan bajo la cota del terreno.Trabajos sobre los basamentos vecinos
.Existen casos de debilitamiento de las estructuras al realizar trabajos sobre los basamentos vecinos, por ejemplo en el caso de medianeras . Antes de realizar trabajos sobre la porción de base que invade el terreno se debe realizar con
anterioridad el recalce de la estructura, en base a cálculos que tengan en cuenta el reemplazo correcto de la base a retirar o cortar.
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1 4 2 5 3 6 1
Recalce: reparación que se hace en los
cimientos de un edificio ya construido
Proporciona un nuevo apoyo, transitorio o
permanente para las cargas verticales de una
estructura. Pueden ser también necesarios
para fuerzas horizontales. Son trabajos
necesarios para evitar el asentamiento o
eventualmente el colapso de las estructuras
vecinas.
Los recalces
Preventivos:
protege a la estructura
existente de los daños que puedan causar a
las estructuras adyacentes o de las
modificaciones efectuadas en el propio
edificio
Correctivos:
se utiliza para detener el
asentamiento progresivo de un edificio o de
columnas que provoquen un asentamiento
diferencial en el interior de un edificio. De
esta manera se gana tiempo para determinar
la causa del asentamiento.
INTERVENCIONES
1º - PREVENTIVOS
Descargar la parte de la estructura que afecta a la cimentación2º - CORRECTIVOS
Refuerzo
El área de apoyo es suficiente pero la cimentación es insuficiente
•Mediante inyecciones
•Mediante agregado de acero
Ampliación
La cimentación es la adecuada, le falta superficie de apoyo
•Ampliación lateral de la cimentación •Ampliación por debajo de la cimentación
Sustitución
Excesivo deterioro
•Sustitución de zapatas corridas •Sustitución de zapatas aisladas •Sustitución mediante puenteado
LOS RECALCES
Recalces preventivos- Apuntalamiento
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Los apuntalamientos tienen por objeto
asegurar la estabilidad de un elemento que
haya sufrido daños que lo hagan inestable o
cuando se van a ejecutar trabajos que pueden
directa o indirectamente, afectar la
estabilidad, integridad y acabados.
RECALCES
Superficiales
consisten en la transferencia de cargas a elementos de
cimentación de mayor superficie que los cimientos originales o apoyados en
niveles inferiores; pero sin llegar a profundidades considerables.
•Aumentar las dimensiones del cimiento
•Aumentar la profundidad de su plano de apoyo para transmitir las
cargas a un estrato mas resistente
•Mejorar la capacidad portante del suelo
Profundos
•Pilotes
•Pozos profundos
El recalce consiste en llevar el plano de fundación de un cimiento a un nivel inferior. El trabajo supone en general, en excavar por debajo del cimiento. Presupone etapas:
•Apeo del edificio existente
•Descalce ( excavación hasta el nivel deseado) •Ejecución del nuevo cimiento
Tipos de apuntalamientos, descarga
la parte de la estructura afectada
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Recalces superficiales
Sistemas de inyección mejora del terreno por la
modificación de sus parámetros geotécnicos mediante la
introducción de un fluido.
Jet - grouting Desagregación del suelo o de rocas pocas compactas,
sustituyendolo por cemento con chorros de lechada de
cemento ( Grout) a través de cañerías a velocidades muy
altas
otros
Inyecciones con lechadas de cemento, morteros o
productos químicos especiales
1. Inyecciones de impregnación
2. Inyecciones de compactación
3. Relleno de huecos de gran
Detalle de recalces
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Encofrado de la totalidad del recalce y hormigonado hasta el
contacto. No es la forma mas conveniente
si no se puede
comprobar el llenado correcto y contínuo del hormigón. Es muy
dificil resolver las uniones
Las condicionantes del sitio
39 36m 24m N CALLE C AL LE Tráfico urbano Trá fi co u rb ano Edificio existente Edif ic io existenteEl terreno a intervenir
Cuenca del río Suquía
Ubicación de la obra
Pendientes naturales
1890
41
Ubicación de la obra
Afectada por las variaciones mas recientes del cauce del
Rio Suquía. Hay tres estratos principales que en orden de
aparición son:
CAPA ALUVIONAL SUPERIOR
Compuesta por limos, limos-arcillosos y limo
arenoso estratificado
De mediana a baja capacidad portante
De 2 a 3 metros de espesor
ALUVIÓN GRUESO
Compuesto por arena, grava y cantos rodados
De buena capacidad portante en general, excepto
en lugares aislados, donde existen “bolsones”
blandos de limo
ARCILLA LIMOSA MARRÓN ROJIZO
Suelo ligeramente cementado con sales
silicoférricas, insolubles en agua y por consiguiente
estables si están saturados
Muy buena capacidad portante
-4.30M, PRESENCIA DE LA NAPA FREÁTICA
Suelos aluviales
Son depósitos transportados por el agua en movimiento y depositados
cuando la velocidad del agua ha disminuido; estos materiales pueden ser de
origen fluvial o lacustre y puede contener partículas finas , gruesas o
entremezcladas. Los depósitos generalmente aluviales, son estratificados
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Nivel napa freatica -4.50m
Cota de fundación -8.10m
2ºsubsuelo (-5.50m) 1ºsubsuelo
Planta baja
Corte esquemático transversal
47
2.
25m
LAS ESTRATEGIAS POSIBLES
Excavación con taludes libres
Sistemas con apuntalamientos y entibados
Pantallas y ménsulas
Anclajes de tracción
BASE FIRME
CORONA DEL TALUD
ÁNGULO
DEL TALUD
Alt
ura
CUERPO DEL
TALUD
Talud cualquier superficie inclinada con respecto a la horizontal que hayan de
adoptar permanentemente las estructuras de tierra, sea en forma natural o
como consecuencia de la intervención humana en una obra de ingeniería. Los
taludes se dividen en “naturales”, laderas o artificiales “cortes y terraplenes”
Base firme
Corona del talud
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Todo talud tiene tendencia a adoptar una forma mas estable
FUERZAS IMPLICADASDESEQUILIBRANTES EQUILIBRANTES Gravedad
Infiltración
Geometría
Tipos de deslizamiento de los suelos
Deslizamiento según líneas de rotura
planas paralelas a la superficie exterior
del terreno
Deslizamientos circulares
Estrato poco resistente Arcillas blandas, limo no plásticos, suelos con
Excavaciónes con taludes libres
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En un suelo con cohesión la
estructura que se forma es debido
principalmente a las fuerzas iónicas
actuantes entre las partículas del
suelo. El tamaño de las partículas
hace que las fuerzas inter-partículas
actuantes superen la fuerza
gravitatoria actuante sobre cada
partícula
Cohesión
Es la atracción entre partículas, originada por lasa fuerzas moleculares y las películas de agua. Por lo tanto, la cohesión de un suelo variará si cambia su contenido de humedad. La cohesión se mide kg/cm2. Los suelos arcillosos tiene cohesión alta de 0,25 kg/cm2 a 1.5 kg/cm2, o más. Los suelos limosos tienen muy
poca, y en las arenas la cohesión es prácticamente nula.
La estabilidad de los suelos granulares
Talud natural
La estabilidad global de una determinada obra se pierde cuando la tensión de corte necesaria para mantenerla es superior a la resistencia al corte del terreno. Ocurre en una superficie de rotura que divide a la obra en dos partes.
La parte entre la superficie externa y la superficie de rotura desliza sobre el resto
Cuando la superficie libre del terreno adopta cierta inclinación, naturalmente se ve sometido fuerzas internas que tienden a nivelarla.
Se deberá valorar el grado de seguridad (Fs) que tiene un talud
determinado, dados los parámetros resistentes del suelo que lo compone y la geometría del mismo.
M
F1
A BG
Empuje relleno Empuje activoInclinados y escalonados
55 La altura máxima teórica que puede
tener un talud libre vertical en condiciones estables está relacionada con las propiedades mecánicas y físicas
del suelo y en particular con su densidad, cohesión y fricción interna
hc = 4c Tan (45+/2)
= densidad
del suelo
Estabilidad a la seguridad de una
masa de tierra contra la falla o
movimiento. Como primera medida
es necesario definir criterios de
estabilidad de talud,
entendiéndose por tales algo tan
simple como el poder decir en un
instante dado cual será la
inclinación apropiada en un corte o
terraplen; casi siempre la mas
apropiada será la que se sostiene
en el tiempo necesario sin caerse
I Local, círculo del talud
II Pasa por el pié de talud
III De base falla por traslación
sobre un plano débil fuera del
pié de talud enla zona de baja
pendiente
Línea de deslizamientos rotacionales
I
II
III
Corta al talud Se produce en suelos con alto ángulo de rozamientos (gravas y arenas) o en taludes muy inclinados
La superficie de rotura pasa por debajo del pié del talud. Se da en taludes tendidos, ángulos formados por el talud y la horizontal bajos o formados por suelos de bajo rozamiento interno, como arcillas y limos
La altura máxima teórica que puede tener un talud libre vertical en
condiciones estables está relacionada con las propiedades mecánicas y físicas del suelo y en particular con su densidad, cohesión y fricción interna
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METOTODOS DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES
reducir la altura del talud
excavar según el ángulo
que permita mantenerse,
sin que el material tienda a
deslizarse o desmoronarse
Valores de ángulos experimentales para
talud inclinado
Obras provisorias, entibación y
apuntalamiento
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Entibación: son estructuras de sostenimiento de
tierras de forma provisoria, durante el proceso de
construcción.
MUROS DE CONTENCION
Nivel freático
h
E= empotramiento
Muro pantalla con juntas
e=P2/3 * h
PANTALLAS CON BANQUETAS PROVISIONALES
En la primera fase la excavación se ejecuta hasta una
profundidad. El muro se comporta como
autoportante. A continuación se prosigue la
excavación en el centro del solar hasta llegar a la
cota definitiva, dejando en la periferia una banqueta
que sirve de entibación del muro
.Entibados con anclajes de tracción
5.2.2.7 "ANCLAJES"
5.2.2.7.1 Generalidades de los Anclajes a) Autorízase en las obras en
construcción la utilización de anclajes de tracción para soporte de muros de submuración y entibamiento que
traspasen los límites del predio, tanto en relación a los linderos como así en lo relativo a la línea oficial, en virtud de lo establecido en los artículos 5.2.2.2., 5.2.2.3 del presente Código. b) El sistema de anclajes deberá tender a resguardar y garantizar la seguridad de trabajadores, los linderos y la vía pública.
1.2 Estudios que acrediten la no interferencia con instalaciones y/o construcciones vecinas,
Código de Edificación de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires parágrafo 5.2.2.7 "ANCLAJES", punto 5.2.2.0 "EXCAVACIONES" del Capítulo 5.2 DE LOS TERRAPLENAMIENTOS Y EXCAVACIONES, de la
