Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior De Ingeniería Y

Arquitectura

Unidad Zacatenco

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior De Ingeniería Y

Arquitectura

Unidad Zacatenco

“DISEÑO GEOTÉCNICO DE LOS

MUROS MILÁN DE LA ESTACIÓN

ZAPATA PERTENECIENTE A LA

LÍNEA 12 DEL SISTEMA DE

TRANSPORTE COLECTIVO METRO”

TRABAJO TERMINAL DEL SEMINARIO “DISEÑO GEOTÉCNICO DE

CIMENTACIONES”

QUE PARA OBTENER EL TITULO

DE INGENIERO CIVIL

PRESENTA:

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

EQUIPO 4

ASESORES

ING.BERNARDO CARRASCO MAYA

ING.DAMIREL MANZANO VÁZQUEZ:

ING. FELIPE SANCHEZ OCAMPO

En la Ciudad de México, Distrito Federal el día 20 del mes de Noviembre del año 2013 el que

suscribe

Cinthya Nava Martínez

Pasante de la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Zacatenco, con número de

boleta 2007310737 manifestar ser el autor intelectual del presente Trabajo Terminal y haber

sido asesorado por los CC.:

Ing. Bernardo Carrasco Maya

Ing. Damirel Manzano Vázquez

Ing.Felipe Sánchez Ocampo

Y cede los derechos del trabajo titulado:

“DISEÑO GEOTÉCNICO DE LOS MUROS MILÁN DE LA ESTACIÓN ZAPATA PERTENECIENTE A LA

LÍNEA 12 DEL SISTEMA DE TRANSPORTE COLECTIVO METRO”

al Instituto Politécnico Nacional para su difusión con fines académicos y de investigación.

A los usuarios de la información aquí contenida, no se les autoriza a reproducirla por ningún

medio sin la autorización expresa de su autor, la cual se puede obtener solicitándola al correo

[email protected] , si el permiso se otorga el usuario deberá dar el agradecimiento

correspondiente y citar la fuente del mismo.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

_i

Marco Teórico ... ii

Objetivo General ... iii

Planteamiento del problema ... iii

Justificación ... iii

CAPITULO 1. GENERALIDADES ... 1

1.1 Localización ... 2

1.2 Zonificación Geotécnica del Distrito Federal ... 3

1.3 Descripción del proyecto ... 4

CAPITULO 2. EXPLORACIÓN, MUESTREO Y ANÁLISIS DEL LABORATORIO ... 8

2.1 Exploración y muestreo ... 9

2.2 Pruebas de laboratorio ... 11

CAPITULO 3. CÁLCULO DEL EMPUJE ACTIVO ... 57

3.1 Teoría de Rankine ... 58

3.2 Empujes actuantes sobre muro Milán ... 59

3.3 Influencia del nivel freático ... 63

CAPITULO 4. DISEÑO DE TROQUELES ... 66

4.1 Consideraciones Generales ... 67

4.2 Reacciones en niveles de arriostre ... 69

4.3 Revisión estructural ... 71

CAPITULO 5. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO ... 87

5.1 Construcción de los muros Milán y de la estación ... 88

Conclusiones ... 90

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

_ii

aunado a la presencia de aguas freáticas, se han buscado métodos para tener una buena

ejecución de obra y que mantengan estables los esfuerzos en el suelo de las estructuras vecinas.

Como resultado de esas investigaciones, se tiene un sistema de construcción a base de muros de

concreto, llamados Milán, el cual tiene por objetivo el confinar las zonas de excavación y de

soportar parcial o totalmente los empujes laterales de la masa de suelo.

Este procedimiento ha resultado el más favorable, tanto por lo económico como por su rapidez en

su construcción, en el aspecto geotécnico tiene como objetivo el de soportar los empujes

horizontales y las cargas de los edificios.

En este trabajo final se presenta el cálculo y diseño geotécnico de los Muros Milán de la Estación

Zapata, correspondiente a la Línea 12 del Sistema de Transporte Colectivo Metro.

En el Capítulo I se hace referencia a la descripción del proyecto y sus generalidades. En el

Capítulo II se muestran los resultados de las pruebas de laboratorio obtenidas de las muestras de

los sondeos, así como el resumen estratigráfico para el diseño geotécnico de los muros que

conforman la estación. En el Capítulo III se muestra el cálculo de los empujes de tierra actuantes

sobre los muros Milán. En el capítulo IV se hace una revisión estructural de los troqueles utilizados

durante la excavación. En el Capítulo V se explica el procedimiento constructivo de la Estación.

Y al final de este trabajo se establecen las conclusiones obtenidas.

Marco Teórico

El Muro Milán tuvo su origen en los años de 1952 a 1953. La idea la concibieron dos ingenieros

italianos, Carlos Veder y Marconi, quienes desarrollaron la idea de construir un Muro profundo in

situ, sin tener que utilizar cimbra para contenerlo.

Todo surgió por la necesidad de construir un sistema de transporte colectivo en la ciudad de Milán

cuyo suelo aluvial con limos y arenas saturadas presentaban muchos problemas de excavaciones.

Por el éxito obtenido la técnica fue adoptada de inmediato en ciudades de otros países europeos.

La idea consistió en su origen en hacer una excavación rectangular del tamaño adecuado

estabilizándolo con lodo bentonítico para después introducir en ella una parrilla de acero de

refuerzo y luego vaciar el concreto que iría desplazando al lodo de estabilización por diferencia de

densidades.

En 1967 el sistema se aplica en México y es muy bien recibido porque tendía a resolver en gran

parte los problemas que se presentan en excavaciones realizadas en las arcillas lacustres del Valle

de México.

Hoy en día el procedimiento constructivo a base de muro Milán es de gran importancia y de

aplicación en la ciudad de México.

Debido a la explosión demográfica, falta de un ordenamiento urbano y necesidad de

desplazamientos masivos, se desarrollan proyectos viales para mitigar estos problemas, uno de

ellos es el Plan maestro del Metro.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

_iii



Coyoacán



Xochimilco



Milpa Alta



Benito Juárez

Tiene correspondencia en la estación Atlalilco con la Línea 8, en la estación Ermita con la Línea 2,

en la estación Zapata de la Línea 3 y en Mixcoac de la Línea 7, siendo esta última una de las

terminales.

Las características técnicas de la línea 12 son:



2.8 km en modo superficial



12 km en viaducto elevado



2.5 km en cajón subterráneo



7.8 km en túnel profundo

El color distintivo de esta línea es el dorado, como identidad gráfica para celebrar el Bicentenario

de la Independencia de México y el Centenario de la Revolución Mexicana.

Objetivo General

Evaluar el diseño geotécnico en la construcción de la estación Zapata perteneciente a la Línea 12

del Sistema de Transporte Colectivo Metro, desarrollando el análisis pertinente para la estimación

de la presión lateral de tierra generada sobre los muros Milán que conforman la estación, así como

para el troquelamiento requerido durante la excavación, además de calcular el asentamiento

esperado durante su vida útil de acuerdo a las condiciones de carga y características del subsuelo

encontrado en el sitio de estudio.

Planteamiento del Problema

Los muros Milán fueron diseñados geotécnicamente mediante la teoría de Rankine, a partir de la

cual se calculó la distribución de presiones horizontales activas de acuerdo a las características

estratigráficas encontradas durante la etapa de exploración. Así mismo, y bajo la misma teoría se

calcularon las cargas actuantes sobre los troqueles que fueron requeridos para dar estabilidad a la

excavación.

Justificación

La importancia de este trabajo radica en la aplicación de la mecánica de suelos para el diseño y

construcción del proyecto vial mas importante en los últimos años de la Ciudad de México, como lo

fue la construcción de la Línea 12 del Sistema de Transporte Colectivo Metro, enfocando este

trabajo particularmente en la estación Zapata, donde fue necesario realizar el diseño geotécnico de

los muros Milán que conforman la estación, así como la estabilidad de la excavación requerida

para su construcción, en base a la teoría de empuje lateral de tierra de Rankine.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁

CAPÍTULO 1

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂

1.1 LOCALIZACIÓN

La estación Zapata de la ya citada Línea 12 del Metro, se localiza sobre el cruce de la Avenida

Félix Cuevas y la Avenida Universidad, al Sur - Poniente de la Ciudad de México entre los

cadenamientos 26 + 055.708 al 26+209.708 perteneciente al trazo de la Línea y con coordenadas

geográficas 19 ° 22´15´´ N 99°9´54´´W.

Figura No.1 Localización de la estación

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃

2 .2 ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA DEL DISTRITO FEDERAL

Considerando la zonificación geotécnica establecida en las Normas Técnicas Complementarias

para Diseño y Construcción de Cimentaciones del Reglamento de Construcciones para el Distrito

Federal (RCDF), vigente, la estructura de la estación quedará ubicada en la Zona II del Valle de

México, la cual se considera de transición, en la que los depósitos profundos se estiman a

profundidades de 20 m de profundidad o menos, y que están constituidos principalmente por

estratos arenosos y limo arenosos intercalados con capas de arcilla lacustres, el espesor de estas

es variable entre decenas de centímetros y pocos metros. Ver figura 2.

Figura No.2 Zonificación Geotécnica. Fuente: Reglamento de Construcciones del

Distrito Federal.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄

1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El túnel de la Línea 12 del Metro de la Ciudad de México inicia en la lumbrera de acceso entre las

estaciones Atlalilco - Mexicaltzingo sobre la Calzada Ermita Iztapalapa. La excavación se realizó

por medio de un escudo de presión balanceada (Figura No.3), con un diámetro externo de 10.20 m

y una longitud aproximada de 6700 m, el cual cruzó por 8 de las 20 estaciones. En su parte inicial

avanzó por depósitos de arcilla lacustre (Zona de Lago) y en su tramo final, por la Zona de

Transición, al Poniente de la Ciudad.

Figura No.3 Escudo de Presión Balanceada.

Fuente:www.etcg.upc.edu/docencia/aula/tunels-a-mexic/pdf.

Para que el escudo pudiera iniciar con el proceso de excavación fue necesaria la instalación de

recursos para su correcto funcionamiento tales como, área de recepción y equipo de carga del

material excavado, líneas de suministro y comunicación al túnel (aire, agua y energía), planta de

fabricación de mortero, subestaciones, oficinas, entre otros.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₇

El procedimiento que se siguió para la excavación fue una construcción enterrada tipo cajón

rectangular, que se compone por muros Milán como elementos estructurales de cimentación y a su

vez como elementos de contención. Para su construcción fue necesario excavar una zanja

estabilizada con lodo bentonítico, de 80 cm de ancho y 27.00 m de profundidad, para

posteriormente colocar el armado del muro y rellenar de concreto para formar los muros pantalla.

Cuando las paredes tengan la resistencia de diseño se procede a la construcción de la losa

superior o losa tapa, que se apoya de forma perimetral al muro, excavando solo el hueco que

ocupa la losa y apoyándola durante su construcción contra el terreno. Cuando la losa y las paredes

están terminadas, puede construirse la superficie (vialidad) mientras continúan los trabajos en la

parte inferior.

Los muros Milán estuvieron sometidos a empujes laterales de tierra producto de de los esfuerzos

efectivos, presiones hidrostáticas y de las edificaciones adyacentes a la excavación, recibiendo

prácticamente toda la carga en medida que avanzaba la excavación, por lo que en su diseño para

optimizar costos y funcionamiento se contemplo la colocación de troqueles.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₈

CAPÍTULO 2

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₉

2.1 EXPLORACIÓN Y MUESTREO

La investigación del subsuelo de la Estación Zapata consistió, de las siguientes actividades:



3 sondeos mixtos utilizando las pruebas de penetración estándar y extracción de muestras

inalteradas con tubo Shelby.



Pruebas de laboratorio en las muestras recuperadas, para definir las características físicas

y mecánicas de los suelos.

Sondeo

Longitud(m)

Cadenamiento (Km)

Localización

SM-8

40.30

26+345

Eje 7 y Gabriel

Mancera

SM-9

40.35

26+100

Eje 7 y Sánchez

Azcona

SM-10

40.05

25+845

Av.Zapata y Av.

Universidad

Tabla No. 1 Localización de sondeos

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₀

Figura No.5 Ubicación de sondeos

SM-8

SM-9

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₁

Los sondeos fueron del tipo mixto, combinando el muestreo alterado por medio de la prueba de

penetración estándar, con el muestreo inalterado mediante tubos Shelby de pared delgada de 4” de

diámetro interior, hincados a presión en suelos blandos a una profundidad de 15.00 m. La

resistencia a la penetración estándar de los suelos se registro midiendo el número de golpes N,

necesarios para hincar los 30 cm centrales del muestreador tipo tubo partido, el avance de

muestreo es de 60 cm.

2.2 PRUEBAS DE LABORATORIO

Los trabajos de laboratorio consistieron en la determinación del contenido de humedad, densidad

de sólidos y limites de consistencia, en las muestras inalteradas se realizaron ensayes de

consolidación unidimensional y de compresión triaxial no consolidada no drenada a fin de evaluar

sus propiedades mecánicas.

A todas las muestras recuperadas en campo se les determinaron en laboratorio las siguientes

pruebas:



Clasificación conforme al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS)



Contenido de agua (ω).



Límites de consistencia líquido y plástico (LL y LP).



Análisis granulométrico por mallas.



Densidad de sólidos.

Para la obtención de propiedades mecánicas se realizaron las siguientes pruebas a muestras

inalteradas obtenidas de los sondeos:



Resistencia al esfuerzo cortante, en pruebas de compresión no confinadas.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₂

PRUEBAS DE LABORATORIO

Sondeo:

SM – 08

Profundidad: 4.22

– 4.34 m

Descripción del suelo:

Arcilla negra

Ver figura No. 6

Sondeo:

SM – 08

Profundidad: 8.05

– 8.17 m

Descripción del suelo:

Arcilla gris-olivo obscuro

Ver figura No. 7

Gráficas Esfuerzo vs Deformación

Figura No. 6 y 7 Prueba de compresión no confinada SM-08.

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

1

14.50

1.88

83

100

2.30

5100

33.0

16.0

Probeta

γ

_e

ω

G

_S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₃

Sondeo:

SM – 08

Profundidad: 10.13

– 10.25 m

Descripción del suelo:

Arcilla café-rojo, con arena fina

Ver figura No. 8

Sondeo:

SM – 08

Profundidad: 11.60

– 11.72 m

Descripción del suelo:

Arcilla café-amarillo, con poca arena fina

Ver figura No. 9

Gráficas Esfuerzo vs Deformación

Figura No. 8 y 9 Prueba de compresión no confinada SM-08

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

1

14.3

2.69

110

100

2.51

2200

46.0

23.0

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₄

Sondeo:

SM – 08

Profundidad: 14.60

– 14.70 m

Descripción del suelo:

Arcilla café-gris claro y café obscuro, con arena fina

Ver figura No.10

Gráfica Esfuerzo vs Deformación

Figura No.10 Prueba de compresión no confinada SM-08

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₅

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

25.0

92.0

2.7

2.28

1.80

-

75

-

95

-

14.90

2

50.0

182.0

3.3

2.28

1.76

-

72

-

94

-

15.00

3

100.0

298.0

4.5

2.28

1.71

-

72

-

96

-

15.00

Figura No.11 Prueba triaxial SM-08

Φ = 26°

Cu = 6.0 kPa

0.00 50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

Esfuerzos normales σ, en kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₆

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

6.25

75.00

15.0

2.24

2.2

-

90

-

91

-

13.20

2

12.50

83.00

15.0

2.24

2.1

-

89

-

94

-

13.60

3

25.00 107.00

13.7

2.24

2.1

-

87

-

94

-

13.70

Figura No.12 Prueba triaxial SM-08

Φ = 18°

Cu = 28.0 kPa

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0

100.0

80.0

60.0

40.0

20.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₇

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

6.25

181.00

10.6

2.61

0.9

-

30

-

90

-

18.20

2

12.50 232.00

11.4

2.61

1.0

-

29

-

78

-

17.10

3

25.00 259.00

15.0

2.61

1.0

-

32

-

85

-

17.30

Figura No.13 Prueba triaxial SM-08

Φ = 19°

Cu =

75.0 kPa

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0

250.0

200.0

150.0

100.0

50.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₈

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

25.0

92.0

5.5

2.47

2.7

-

99

-

92

-

13.40

2

50.0

135.0

6.3

2.47

2.8

-

102

-

90

-

13.20

3

100.0

236.0

5.7

2.47

2.6

-

96

-

93

-

13.60

Figura No.14 Prueba triaxial SM-08

Φ = 13°

Cu = 30.0 kPa

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0

250.0

200.0

150.0

100.0

50.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₁₉

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

25.0

129.0

5.0

2.26

5.7

-

233

-

93

-

11.30

2

50.0

156.0

6.6

2.26

6.1

-

251

-

93

-

11.20

3

100.0

218.0

8.2

2.26

5.9

-

242

-

94

-

11.30

Figura No.15 Prueba triaxial SM-08

Φ = 6°

Cu = 39.0 kPa

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0

250.0

200.0

150.0

100.0

50.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₀

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

50.0

240.0

3.2

2.53

3.4

-

135

-

99

-

13.40

2

100.0

312.0

4.0

2.53

3.5

-

136

-

100

-

13.40

3

200.0

433.0

3.3

2.53

3.4

-

134

-

100

-

13.50

Figura No.16 Prueba triaxial SM-08

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₁

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 08

4.49 - 4.57

2.16

95

2.06

99

13.70

Figura No.17 Curva de compresibilidad SM-08

10.0

100.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₂

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 08

6.20 – 6.25

2.42

20

0.42

100

20.50

Figura No.18 Curva de compresibilidad SM-08

10.0

100.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₃

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 08

8.29 – 8.37

2.35

112.31

2.63

100

13.70

Figura No.19 Curva de compresibilidad SM-08

10.0

100.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₄

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 08

9.62 – 9.70

2.29

258.12

5.95

99.35

11.80

Figura No.20 Curva de compresibilidad SM-08

10.0

100.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₅

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 08

11.84 - 11.92

2.44

38

1.08

86

16.20

Figura No.21 Curva de compresibilidad SM-08

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₆

Sondeo

Prof.

S

w

e

G

γ

SM - 08

14.42 – 14.50

2.30

131

3.04

99

13.20

Figura No.22 Curva de compresibilidad SM-08

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₇

Sondeo:

SM – 09

Profundidad: 2.24

– 2.36 m

Descripción del suelo:

Arcilla café obscuro, con poca arena fina

Ver figura No.23

Sondeo:

SM – 09

Profundidad: 3.97

– 4.09 m

Descripción del suelo:

Arcilla café obscuro con poca arena fina y arcilla orgánica negra

Ver figura No.24

Gráficas Esfuerzo vs Deformación

Figura No. 23 y 24 Prueba de compresión no confinada SM-09

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

1

16.40

1.27

49

96

2.50

2400

61.0

31.0

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₈

Sondeo:

SM – 09

Profundidad: 7.50

– 7.64 m

Descripción del suelo:

Arcilla café obscuro y claro, con poca arena fina

Ver figura No.25

Sondeo:

SM – 09

Profundidad: 9.54

– 9.66 m

Descripción del suelo:

Arcilla gris olivo con raicillas en descomposición

Ver figura No.26

Gráficas Esfuerzo vs Deformación

Figura No. 25 y 26 Prueba de compresión no confinada SM-09

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

1

11.20

4.52

235

96

95.56

2200

87.0

43.0

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₂₉

Sondeo:

SM – 09

Profundidad: 25.44

– 25.56 m

Descripción del suelo:

Arcilla gris olivo y gris claro, con arena fina

Ver figura No.27

Gráfica Esfuerzo vs Deformación

Figura No.27 Prueba de compresión no confinada SM-09

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₀

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

12.5

65.0

15.0

2.18

5.3

-

241

-

99

-

11.70

2

25.0

83.0

8.4

2.18

5.7

-

266

-

100

-

11.90

3

50.0

150.0

8.8

2.18

5.3

-

256

-

100

-

12.40

Figura No.28 Prueba triaxial SM-09

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₁

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

12.5

108.0

10.0

1.98

3.0

-

141

-

92

-

11.80

2

25.0

119.0

10.8

1.98

2.6

-

136

-

100

-

13.00

3

50.0

169.0

8.5

1.98

2.8

-

140

-

100

-

12.70

Figura No.29 Prueba triaxial SM-09

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₂

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

25.0

128.0

7.8

2.29

5.2

-

215

-

95

-

11.60

2

50.0

167.0

10.6

2.29

5.1

-

210

-

95

-

11.70

3

100.0

224.0

9.2

2.29

5.1

-

212

-

95

-

11.70

Figura No.30 Prueba triaxial SM-09

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₃

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

50.0

149.0

6.3

2.18

6.8

-

322

-

100

-

11.80

2

100.0

218.0

4.7

2.18

7.1

-

328

-

100

-

11.50

3

200.0

335.0

6.1

2.18

7.1

-

324

-

100

-

11.50

Figura No.31 Prueba triaxial SM-09

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₄

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 09

3.82 – 3.90

2.41

57

1.34

100

16.20

Figura No.32 Curva de compresibilidad SM-09

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₅

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 09

5.62 – 5.70

2.43

166

4.23

96

12.40

Figura No.33 Curva de compresibilidad SM-09

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₆

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 09

7.42 – 7.50

2.32

397

6.20

100

16.00

Figura No.34 Curva de compresibilidad SM-09

10.0 100.0 1000.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₇

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 09

12.80 – 13.30

2.43

250

6.16

98

11.90

Figura No.35 Curva de compresibilidad SM-09

10.0 100.0 1000.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₈

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 09

15.12 – 15.20

2.51

39

1.00

98

17.50

Figura No.36 Curva de compresibilidad SM-09

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₃₉

Sondeo:

SM – 10

Profundidad: 4.92

– 5.04 m

Descripción del suelo:

Arcilla gris obscuro con raíces en descomposición

Ver figura No.37

Sondeo:

SM – 10

Profundidad: 6.82

– 6.94 m

Descripción del suelo:

Arcilla gris obscuro con raíces, arena fina pumática y negra y grava

¾”

Ver figura No.38

Gráficas Esfuerzo vs Deformación

Figura No. 37 y 38 Prueba de compresión no confinada SM-10

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

1

13.20

2.21

88

90

2.26

2700

28.0

14.0

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₀

Sondeo:

SM – 10

Profundidad: 8.70 m

Descripción del suelo:

Arcilla gris obscuro y rojo con raíces en descomposición

Ver figura No.39

Sondeo:

SM – 10

Profundidad: 10.47

– 10.59 m

Descripción del suelo:

Arcilla olivo con vidrio volcánico y microfósiles

Ver figura No.40

Gráficas Esfuerzo vs Deformación

Figura No. 39 y 40 Prueba de compresión no confinada SM-10

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

1

11.90

4.63

183

93

2.36

2600

79.0

39.0

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₁

Sondeo:

SM – 10

Profundidad: 15.31

– 15.43 m

Descripción del suelo:

Arcilla gris obscuro y rojo con raíces en descomposición

Ver figura No.41

Gráfica Esfuerzo vs Deformación

Figura No. 41 Prueba de compresión no confinada SM-10

Probeta

γ

e

ω

G

S

E

q

c = ½ q

kN/m

%

%

kPa

kPa

kPa

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₂

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

12.5

96.0

4.1

2.35

6.4

-

323

-

100

-

13.40

2

25.0

119.0

6.2

2.35

2.6

-

102

-

93

-

13.30

3

50.0

158.0

6.2

2.35

2.6

-

96

-

86

-

12.70

Figura No.42 Prueba triaxial SM-10

Φ = 16°

Cu = 31.0 kPa

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0

100.0

80.0

60.0

40.0

20.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₃

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

25.0

190.0

5.0

2.32

6.9

-

300

-

100

-

11.80

2

50.0

244.0

5.0

2.32

6.7

-

296

-

100

-

12.00

3

100.0

332.0

4.9

2.32

7.0

-

305

-

100

-

11.80

Figura No.43 Prueba triaxial SM-10

Φ = 14°

Cu = 58.0 kPa

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0 240.0 280.0 320.0 360.0 400.0

200.0

160.0

120.0

80.0

40.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₄

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

25.0

169.0

3.0

2.32

4.7

-

202

-

100

-

12.30

2

50.0

208.0

3.0

2.32

5.4

-

237

-

100

-

12.20

3

100.0

272.0

4.5

2.32

5.6

-

244

-

100

-

12.20

Figura No.44 Prueba triaxial SM-10

Φ = 7°

Cu = 60.0 kPa

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0 240.0 280.0 320.0 360.0 400.0

200.0

160.0

120.0

80.0

40.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₅

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

25.0

188.0

2.8

2.57

1.4

-

54

-

100

-

16.70

2

50.0

241.0

3.5

2.57

1.4

-

56

-

100

-

16.70

3

100.0

345.0

4.0

2.57

1.3

-

52

-

100

-

17.00

Figura No.45 Prueba triaxial SM-10

Φ = 17°

Cu = 48.0 kPa

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0 240.0 280.0 320.0 360.0 400.0

200.0

160.0

120.0

80.0

40.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₆

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

50.0

264.0

3.5

2.59

1.1

-

38

-

86

-

16.70

2

100.0

442.0

4.0

2.59

1.3

-

36

-

73

-

15.40

3

200.0

606.0

6.1

2.59

1.4

-

41

-

77

-

15.40

Figura No.46 Prueba triaxial SM-10

Φ = 32°

Cu = 30 kPa

0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₇

Probeta

σ

σ

ε

S

e

e

w

w

G

G

γ

1

50.0

422.0

2.1

2.52

0.85

-

19

-

56

-

16.80

2

100.0

732.0

3.0

2.52

0.83

-

20

-

59

-

16.80

3

200.0 1090.0

6.0

2.52

0.92

-

20

-

55

-

16.70

Figura No.47 Prueba triaxial SM-10

Φ = 34°

Cu = 120 kPa

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0 1600.0 1800.0 2000.0

1000.0

800.0

600.0

400.0

200.0

0.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₈

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 10

5.16 – 5.24

2.20

86

1.95

97

13.90

Figura No.48 Curva de compresibilidad SM-10

10.0 100.0 1000.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₄₉

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 10

6.62 – 6.70

2.36

55

1.28

100

16.00

Figura No.49 Curva de compresibilidad SM-10

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₀

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 10

8.90 – 8.98

2.31

121

2.84

98

13.30

Figura No.50 Curva de compresibilidad SM-10

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₁

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 10

10.71 – 10.79

2.29

312

7.27

98

11.40

Figura No.51 Curva de compresibilidad SM-10

10.0 100.0 1000.0

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₂

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 10

12.50 – 12.58

2.29

169

3.88

100

12.60

Figura No.52 Curva de compresibilidad SM-10

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₃

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 10

15.02 – 15.10

2.49

60

1.48

100

16.00

Figura No.53 Curva de compresibilidad SM-10

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₄

Sondeo

Prof.

S

ω

e

G

γ

SM - 10

20.42 – 20.50

2.50

115

2.92

99

13.70

Figura No.54 Curva de compresibilidad SM-10

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₅

De acuerdo a los resultados de campo y laboratorio, la caracterización del perfil adoptado para el

diseño del muro Milán y el sistema de troquelamiento es el siguiente:

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₆

La estratigrafía del lugar para su estudio está constituida en la parte superficial por un relleno 1.00

m de espesor, con peso volumétrico promedio de 16.50 kN/m

, cohesión c = 5.00 kPa y ángulo de

fricción interna

= 26º.

Subyace una capa de arcilla arenosa de alta plasticidad con un espesor de 8.00 m; la cual tiene

un peso volumétrico medio de 13.00 kN/m

, cohesión c = 34.00 kPa y ángulo de fricción interna

= 13º.

Por debajo de esta capa aparece un estrato de arcilla de alta plasticidad con intercalaciones de

lentes de arena con un espesor de 7.00 m y con las siguientes propiedades: peso volumétrico de

11.30 kN/m

, cohesión c = 36.00 kPa y ángulo de fricción interna

= 5º.

Le sigue una capa de arcilla arenosa de consistencia media a firme con fragmentos de grava de

3.00 m de espesor, con un peso volumétrico de 17.50 kN/m

, cohesión c = 33.00 kPa y ángulo de

fricción interna

= 11º

Por debajo hay una capa de arena limo arcillosa con un espesor de 3.00 m y un peso volumétrico

de 17.50 kN/m

, cohesión c = 60.00 kPa y ángulo de fricción interna

= 32º.

Los estratos más competentes están constituidos por arena limo arcillosa de espesor igual a 9.00

m con un peso volumétrico de 18.50 kN/m

, cohesión c = 120.00 kPa y ángulo de fricción interna

= 34º

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₇

CAPÍTULO 3

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₈

Cuando no se dispone de espacio suficiente alrededor de una excavación para alojar un talud, se

hace necesario excavar en cortes verticales que requieren generalmente, de algún tipo de

estructura para soportar el empuje horizontal ejercido por los esfuerzos efectivos, neutros y por

sobrecarga. Se recurre entonces al uso de ademes de diversos tipos: de madera, tablaestacas de

concreto o de acero y muros de concreto colados en el sitio, dentro de zanjas estabilizadas con

lechada bentonitica llamados muros Milán.

Para diseñar cualquiera de estos tipos de estructura de contención, así como el sistema de

apuntalamiento necesario para soportarlas, es indispensable determinar las fuerzas producidas por

el empuje lateral de la tierra contenida.

3.1 TEORÍA DE RANKINE

El modelo de cálculo del empuje lateral de los suelos sobre las estructuras de ademe de

excavaciones mas comúnmente empleado en la actualidad se basa en un modelo de equilibrio

plástico del suelo que se encuentra detrás de un muro de contención rígido propuesto por Rankine

en 1857.

EMPUJE ACTIVO

El cálculo de las presiones horizontales activas a lo largo del muro Milán, por parte del suelo

retenido a una profundidad z se determinó mediante la siguientes expresiones :

σh =

+ q) Ka – 2c√Ka + γ

z

Dónde:

= Esfuerzo vertical efectivo a la profundidad z., kPa

q = Sobrecarga debido a los equipos de excavación y transito vehicular, considerada igual a

50 kPa

Ka = Coeficiente de presión activa de tierra, definido por:

Ka = tan

(45º - /2)

c, = Cohesión y ángulo de fricción interna del suelo respectivamente, obtenidos de una prueba

triaxial no consolidada – no drenada.

γw = peso volumétrico del agua igual a 10 kN/m

zw = profundidad desde el nivel freático hasta una profundidad z, m

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₅₉

3.2 EMPUJES ACTUANTES SOBRE MURO MILÁN

De tal forma en las siguientes figuras se muestran los diagramas teóricos de distribución de la

presión horizontal activa basados en la teoría de Rankine:



Cálculo de presiones horizontales activas a la profundidad de los estratos considerados a

lo largo del muro utilizando la expresión anterior. Ver figura 56.



Diagrama de esfuerzos efectivos por peso propio, a la profundidad de los estratos

considerados. Ver figura No.57.



Diagrama de presiones horizontales por sobre carga. Ver figura No 58.



Diagrama de presión intersticial a partir del nivel de aguas freáticas. Ver figura No.59.



Diagrama de presiones horizontales activas generadas a lo largo del muro, cuyo empuje

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₀

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₁

Figura No. 57 Diagrama de esfuerzos efectivos por peso propio.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₂

Figura No. 58 Diagrama de presiones horizontales por sobrecarga.

0.00

1.00

9.00

16.00

19.00

22.00

23.00

27.00

4.00

Profundidad

(m)

1.00

2.00

7.00

3.00

3.00

1.00

4.00

MU

R

O

MILÁN

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₃

INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO

Si se tiene un suelo granular, no cohesivo, que se encuentra sumergido bajo el nivel freático, hasta una profundidad za, el diagrama de

presión activa estará formada por la superposición de dos diagramas: uno debido al peso efectivo del suelo y el otro a la presión

hidrostática:

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₄

Figura No. 60 Diagrama de presiones horizontales activas

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₅

El empuje uniformemente distribuido que debe considerarse para toda la profundidad de la excavación será el promedio de las presiones

horizontales activas calculadas anteriormente, haciendo una compensación uniforme de la carga a lo largo de todo el muro, de acuerdo a la

simplificación planteada en el Manual de diseño geotécnico COVITUR:

Figura No. 61 Diagrama de presiones redistribuidas

Presiones Horizontales Activas (kPa) 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 15.23 82.94 99.52 183.80 219.48 139.50 178.03 111.78 176.40 170.62 22.31 0.00 1.00 9.00 16.00 19.00 22.00 23.00 27.00 4.00 Profundidad (m) 1.00 2.00 7.00 3.00 3.00 1.00 4.00 MURO MILÁ N 2.00 1.00 5.00 2244.00 2243.00 2235.00 2228.00 2225.00 2222.00 2221.00 2217.00 2239.00 Nivel (m) 2242.00 Espesor (m) N. MAX. EXC. N. D. M. M. N.A.F. N. L. C. N. BANQUETA

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₆

CAPÍTULO 4

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₇

4.1 CONSIDERACIONES GENERALES

Como parte muy importante del procedimiento constructivo estará el sistema de troquelamiento de

los Muros Milán. Tomando en cuenta que la excavación se hará desde el nivel de vialidad hasta la

losa de fondo, durante la excavación se tendrán que colocar las vigas madrinas así como los

troqueles requeridos en los niveles correspondientes para dar estabilidad suficiente a los muros

Milán durante todas las etapas constructivas.

Los niveles de troquelamiento fueron considerados en los análisis de dichos muros como apoyos

laterales, estableciendo el primer nivel al nivel de construcción de losa Mezzanine y el segundo

nivel donde las presiones horizontales generadas por el suelo eran mayores.

La carga a la que estarán sometidos tanto las vigas madrinas como los troqueles será la

correspondiente a los Empujes activos del suelo a corto plazo (Empujes inmediatos).

Los troqueles serán elementos que trabajen a flexo compresión donde la flexión será la producida

por su peso propio y la compresión será la transmitida por el empuje del suelo a los muros Milán.

Por lo que se definieron 2 niveles principales de troquelamiento. El nivel NT1 = 2233.50 y el nivel

NT2 = 2227.50.

En base al empuje calculado por medio de la mecánica de suelos y a los niveles antes definidos

para el sistema de troquelamiento se pueden revisar los perfiles propuestos.

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₈

Figura No. 62 Ubicación de troqueles

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

₆₉

4.2 REACCIONES EN LOS NIVELES DE ARRIOSTRE

Con la presión horizontal activa redistribuida anteriormente calculada se pudieron obtener las

cargas sobre los puntales en los niveles de arriostre requeridos durante la excavación, así como

los diagramas de momento y cortante (Ver figura 66).

NIVEL (m)

REACCIÓN (kN)

2233.50

1045.40

2227.50

618.80

CINTHYA NAVA MARTÍNEZ

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DIAGRAMAS DE CORTANTE Y MOMENTO

Figura No. 63 Diagramas de cortante y momento

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4.3 REVISIÓN ESTRUCTURAL

Con las cargas anteriormente calculadas se realizó una revisión estructural de acuerdo al Manual

de diseño en acero por el método de factores de carga y resistencia, Manual LRFD :

Considerando acero estructural ASTM A-36 en los perfiles para el troquelamiento, las revisiones

estructurales contempladas fueron las siguientes:



Compresión axial



Flexión



Interacción de esfuerzos

Fórmulas utilizadas para su diseño por compresión axial:

1. Relación de esbeltez menor a 200 para miembros a compresión definida por:

Donde:

K = Factor de longitud efectiva para miembros en compresión igual a 1.

L = Longitud del miembro analizado en cm.

r = Radio de giro en cm.

2. Parámetro de esbeltez para miembros a compresión:

Donde:

λ

= Parámetro de esbeltez para miembros a compresión.

K = Factor de longitud efectiva para miembros en compresión igual a 1.

L = Longitud del miembro analizado en cm.

r = Radio de giro en cm.

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E = Módulo de elasticidad del acero igual a 2,040,000 kg/cm

.

3. Esfuerzo crítico por compresión usado para determinar la resistencia nominal:

Dónde:

F

= Esfuerzo crítico por compresión en kg/cm

.

λ

= Parámetro de esbeltez para miembros a compresión.

4. Resistencia nominal por compresión:

Dónde:

P

= Resistencia nominal por compresión en kg.

A

= Área total de sección transversal en cm

.

F

= Esfuerzo crítico por compresión en kg/cm

2

.

5. Resistencia de diseño del elemento igual a:

Dónde:

Ø

= Factor de resistencia por compresión igual a 0.85.

P

= Resistencia nominal por compresión en kg.

P

= Carga última a compresión en kg.

6. Carga última a compresión:

Dónde:

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F.C. = Factor de carga igual a 1.5, de acuerdo al Reglamento de Construcciones del Distrito

Federal por ser considerada una estructura perteneciente al Grupo “A” (terminales de transporte).

Fórmulas utilizadas para su diseño por flexión:

1. Momento respecto al eje x de la sección transversal:

Dónde:

M

= Momento respecto al eje x en kg-cm.

w = Carga uniformemente distribuida en kg/m.

l = Longitud del miembro analizado en metros.

2. Carga por pandeo:

Dónde:

P

= Carga de pandeo de Euler correspondiente al eje de flexión en una viga-columna (usada al

calcular el factor de amplificación para momentos correspondientes a la condición arriostrada) en

kg.

E = Módulo de elasticidad del acero igual a 2,040,000 kg/cm

.

l = Momento de inercia respecto al eje x.

K = Factor de longitud efectiva para miembros en compresión igual a 1.

L = Longitud del miembro analizado en cm.