Universidad Autónoma de GuerreroUnidad Académica de Ingeniería

Ingeniero Constructor

Fundamentos de Geotecnia

.Hundimiento del terreno de la Ciudad de México, Palacio de Bellas Artes y Catedral Metropolitana.

Juan Jesús González RomeroGrupo: 501 TV.

Chilpancingo de los Bravo Gro, Noviembre de 2015

INTRODUCCIÓN

En el subsuelo de la Ciudad de México se encuentran una serie de materiales aluviales, constituidos esencialmente por gravas y arenas, intercalados con productos volcánicos, principalmente lavas y escorias. Estos materiales forman el acuífero explotado para el abastecimiento de sus habitantes. La mayor parte del área metropolitana de la CM presenta hundimientos del terreno que varían de una zona a otra de acuerdo con la constitución del suelo. Los hundimientos, al ser diferenciales, provocan diversos problemas, entre ellos la operación por gravedad de la red de drenaje subsuperficial.

EXTRACCIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA Y HUNDIMIENTOS DEL TERRENO

La CM originalmente se abastecía de agua de un gran número de manantiales. Al incrementarse las demandas, se recurrió a la extracción de agua del subsuelo, primeramente con varios cientos de pozos someros (norias) de los que en la literatura de mencionan más de mil para el año de 1986 (DDF 1982). Posiblemente el hundimiento de la CM se inició en esas fechas. Nivelaciones realizadas de 1891 a 1895 ya registran hundimientos de 5cm por año. En el periodo de 1936-1944, se perforaron los primeros 93 pozos profundos que provocaron hundimientos en el centro de la CM de hasta 18 cm por año. Entre 1938 y 1948, continúala perforación que va extendiéndose intermitentemente hacia los alrededores del Centro Histórico. El año de 1960 se puede marcar como la frontera en que se inició la disminución de la extracción de agua en el centro de la CM y, a su vez, el inicio de la explotación acuífera en el sur (Xochimilco – Chalco).

En la ilustración 1 se muestra el hundimiento del terreno y la extracción de agua subterránea en el centro de la CM, observándose que tuvo su mayor nivel en los años cuarenta y cincuenta, periodo en el que el hundimiento del terreno se aceleró. A partir de los años sesenta, la extracción en el centro de la CM ha disminuido notablemente; sin embargo, el hundimiento ha continuado aunque en menor grado.

Otra observación importante es que la magnitud del hundimiento total del terreno está en relación con el espesor de las arcillas. Se formaron secciones geológicas a lo largo de los drenes estudiados, donde se confirmó la relación entre el hundimiento del terreno y el espesor de las arcillas lacustres.

CARACTERISTICAS DE LAS ARCILLAS

Las arcillas se encuentran cubriendo la parte plana de la ciudad de México y corresponden a sedimentos de los antiguos lagos. Tienen un espesor que fluctúa entre 40 y 60 m en la mayor parte del valle, el cual se acuña hacia las elevaciones topográficas o se incrementa en áreas aisladas.

Las arcillas están saturadas y presentan un nivel freático a los 2 y 3 m de profundidad. Bajo ellas, se encuentra un acuífero que originalmente funcionaba como confinado imprimiendo una presión ascendente a la base de las arcillas. Actualmente, en la mayor parte de la zona metropolitana de la CM la explotación del acuífero, modificando el tipo de acuífero de confinado a libre y eliminando la presión hidráulica ascendente que el acuífero ejercía hacia la base de las arcillas.

Diversas pruebas efectuadas a las arcillas más superficiales han permitido calcular un coeficiente de compresibilidad que va de 0.11 a 6 ; una relación de vacíos que varía de 2 a 15 y una permeabilidad entre 1 x y 1 x

HUNDIMIENTO 1891-1994La ilustración 4 muestra el hundimiento acumulado del terreno de 1891 a 1994, observándose máximos de poco más de 10 m en el centro de la CM; hundimientos entre 6 y 7 m del centro hacia el Aeropuerto Internacional de la ciudad de México; hundimientos ligeramente mayores a 6 m en el canal Nacional y en el canal de Chalco, en el tramo donde se encuentra la batería de pozos Tlahuac-Neza; y hundimientos ligeramente mayores a 5 m en el área de Tláhuac. Los hundimientos tienden a desaparecer hacia las elevaciones topográficas correspondientes a la sierra de las Cruces al poniente, la sierra del Chichinautzin al sur, y el cerro de la Estrella y la sierra de Santa Catarina en el centro-este de la ciudad de México.

HUNDIMIENTO 1983-1992

Por der el periodo con mayor consistencia en nivelaciones diferenciales, la DGCOH-DDF construyó la configuración del hundimiento del terreno para el periodo 1983-1992, la cual se muestra en la ilustración 5, donde se observa que los mayores hundimientos se registraron en la zona oriental, alrededor del aeropuerto internacional, con un promedio de entre 150 y 250 cm; hacia el centro de la ciudad el hundimiento registrado en el periodo aquí tratado es de alrededor de 100 com. En el sur, entre Xochimilco y Tláhuac, los hundimientos han sido de entre 100 y poco más de 150 cm. Se hace notar que esta configuración se construyó con más de 1,500 bancos de nivel que se han venido midiendo cada dos años.

HUNDIMIENTO MEDIO ANUAL

Tomando en cuenta que la configuración mencionada en el inciso anterior presenta buen control y amplia distribución para un periodo de nueve años, se consideró que podría tomarse como representativa para la obtención de un hundimiento medio anual.De esta manera, se dividieron los datos de la configuración entre 9 y se obtuvo el hundimiento medio anual, observándose valores máximos de 30 cm en ,os límites entre el Distrito Federal Y ciudad Nezahualcóyotl; entre 20 y 25 cm anuales de hundimiento en el Aeropuerto Internacional; alrededor de 10 cm en el centro de la CM; entre 2 y 5 cm en el área de Azcapotzalco, y alrededor de 15 cm en las áreas de Xochimilco y el canal de Chalco, en el tramo donde se ubica la batería de pozos Tláhuac-Neza.

HUNDIMIENTO DEL PALACIO DE BELLAS ARTES

La construcción del Teatro Nacional, actual Palacio Nacional de Bellas Artes, se inició en 1904, se detuvo durante 12 años y reanudó en 1932, para ser inaugurado dos años después. El diseño original de la cimentación fue del Ing. Gonzalo Garita, pero despertó incertidumbres que justificaron la participación del Ing. William H. Birkmire.

La estructura empezó a sufrir asentamientos casi desde el inicio de su construcción, Birkmire los trató de aminorar recomendando colocar perimetralmente una tablestaca de acero, pero como su influencia fue despreciable Adamo Boari decidió inyectar el subsuelo con morteros, afirmando que se hacía en París y en Nueva York, lo que era incierto; de seguro supo que era una práctica usual en la ciudad de México, quizá el primer caso de ese ingenio fue en 1881 para corregir el comportamiento de la Estación del Ferrocarril Mexicano, en Buenavista.  

Notables ingenieros y arquitectos desde fines del siglo pasado han venido luchando en contra de los efectos del hundimiento regional del Valle de México, fenómeno que genera los asentamientos que afectan y destruyen paulatina e inexorablemente edificios e instalaciones de la ciudad. Sin duda, el caso más connotado de ese enfrentamiento fue el del Teatro Nacional, actual Palacio de Bellas Artes, ambicioso proyecto que desde su diseño y construcción mereció la participación de los mejores Ingenieros del país y del extranjero.

Los hundimientos diferenciales se advirtieron desde 1906, a la conclusión de su plataforma de cimentación. Para finales de 1908 la situación era alarmante, por ello a partir de 1910 y hasta 1925 se ensayó endurecer el subsuelo bajo el Teatro, mediante campañas de inyección, primero de lechada de cemento y después de mortero fluido de cal con arena, todo ello con el objetivo de detenerlos o al menos uniformizarlos. Admira que, en 1881 se hizo lo mismo en la Estación del Ferrocarril Mexicano, en Buenavista, Figura 1, dado que había sufrido asentamientos.

Los hundimientos diferenciales se advirtieron desde 1906, a la conclusión de su plataforma de cimentación. Para finales de 1908 la situación era alarmante, por ello a partir de 1910 y hasta 1925 se ensayó endurecer el subsuelo bajo el Teatro, mediante campañas de inyección, primero de lechada de cemento y después de mortero fluido de cal con arena, todo ello con el objetivo de detenerlos o al menos uniformizarlos. Admira que, en 1881 se hizo lo mismo en la Estación del Ferrocarril Mexicano, en Buenavista, Figura 1, dado que había sufrido asentamientos.

Sobre la efectividad de la inyección del subsuelo hubo mucha polémica, el fenómeno del hundimiento regional no había sido entendido, no se contaba con referencias topográficas confiables, además, la carencia de conceptos geotécnicos impidió tener un análisis racional. El caso perdió actualidad, la turbulencia política de esos años redujo el interés por el tema. Finalmente, el Teatro Nacional quedó inconcluso. La información técnica fue archivada y sólo predominó el injusto juicio de que "la inyección no había servido"

MEJORAMIENTO DEL SUBSUELO CON INYECCIÓN DE MORTERO: Después del proceso de subexcavación se realizó la inyección de mortero al subsuelo, que fue otra de las grandes aportaciones que se hicieron durante la intervención al Palacio de Bellas Artes. Tuvo como objetivo específico lograr que el hundimiento sea uniforme, y así detener totalmente los hundimientos diferenciales o, al menos, conseguir que no fueran significativos, ya que de lo contrario la técnica de subexcavación resultaría ser solo un procedimiento correctivo al que se tendría que recurrir periódicamente. La inyección de mortero como procedimiento de prevención fue la técnica que evitó posibles hundimientos significativos futuros.

Sobre la efectividad de la inyección del subsuelo hubo mucha polémica, el fenómeno del hundimiento regional no había sido entendido, no se contaba con referencias topográficas confiables, además, la carencia de conceptos geotécnicos impidió tener un análisis racional. El caso perdió actualidad, la turbulencia política de esos años redujo el interés por el tema. Finalmente, el Teatro Nacional quedó inconcluso. La información técnica fue archivada y sólo predominó el injusto juicio de que "la inyección no había servido“

Figura 1. Estación del ferrocarril Mexicano construida en 1875, se inyectó su subsuelo en 1881, para combatir los hundimientos y fisuras

que sufría

La técnica de inyección de morteros en los suelos arcillosos blandos induce el fenómeno del fracturamiento hidráulico, se forman así delgadas placas de mortero verticales con ocasionales lentes horizontales en los estratos permeables. Al inyectar en una retícula de puntos se conforma en el área inyectada un arreglo de láminas duras y paralelas, alternadas con franjas de suelo blando, Figura 3. Como consecuencia esa área tratada será menos deformable que la masa original de suelo blando, aunque es importante advertir que este artificio no fue comprendido en ese tiempo.

Figura : Inyección de la mezcla de mortero

¿QUÉ ES UN HUNDIMIENTO DIFERENCIAL?

Un hundimiento diferencial indica, a grandes rasgos, que cada parte de un inmueble se hunde de diferente manera, no al mismo ritmo, lo que causa en la mayoría de los casos mayor inestabilidad. El proceso histórico muestra por qué se originaron las irregularidades del suelo. Los terrenos que fueron cargados comprimieron los estratos arcillosos, y los convirtieron en puntos más resistentes o menos deformables que los que no soportaron construcciones anteriores al Palacio de Bellas Artes.

Algunas de estas construcciones fueron demolidas después para reutilizar el material pétreo, aunque el suelo que las soportaba ya estaba comprimido y dio lugar a puntos o zonas “duras”. Cuando hay amplios intervalos de tiempo entre las diferentes construcciones que fatigan el terreno, este se consolida y tiene mayor resistencia que los lugares que no fueron sometidos al proceso de compresión.

 

PROBLEMAS DE HUNDIMIENTO DIFERENCIAL

Se desconocen los hundimientos iniciales, que seguramente se midieron a partir de 1904; sólo se sabe que construida la plataforma de cimentación se asentó diferencialmente 7.3 cm. Para el año de 1907 estaba "casi concluida la estructura metálica"; las mediciones mostraron que ya tenía inclinación al poniente, “lo que hizo necesario reforzar los cimientos de ese lado”. Boari dio la siguiente explicación: "En ese año la plataforma se inclinó hacia el suroeste; algunos meses después varió la inclinación hacia el noroeste y desde entonces sigue esa dirección".

Para averiguar las causas del hundimiento se hicieron varios pozos alrededor de la plataforma, en los que se observaron variaciones en el nivel de agua, se observó que el agua corría con dirección noroeste, la cual coincidía con el hundimiento. Se interpretó que este flujo de agua lo causaban los trabajos de excavación de zanjas para el drenaje que se construía en la calle de Tacuba y se dedujo que ese era el origen del problema del hundimiento, cuando sólo pudo haber tenido una cierta contribución.

Aquí se ve una imagen, el Museo de Bellas Artes de México, en donde el descenso en la calle de acceso y de todo el edificio alcanza a 3 metros.

BIBLIOGRAFÍAS

- http://es.scribd.com/doc/242061532/ASENTAMIENTO-DIFERENCIAL-EN-EL-PALACIO-DE-BELLAS-ARTES-DE-MEXICO-docx#logout

- El hundimiento del terreno en la Ciudad de México y sus implicaciones en el sistema de drenaje

Juan Manuel Lesser Illades Miguel Ángel Cortés Pérez