TALLER II

TALLER II

INFORME N 1VISITA TCNICA AL LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES Y HORMIGONES1. INTRODUCCINSe realiz la visita al Laboratorio de Resistencia de Materiales y Hormigones de la carrera de Ingeniera Civil. Esta obra se encuentra en proceso de ejecucin. Asimismo, fuimos informados de que dicha obra lleva un retraso considerable respecto a su fecha de entrega, motivo por el cual se nos fue encomendada la tarea de realizar un informe sobre la situacin actual de la misma.Las observaciones preliminares realizadas en la visita, evidenciaron que los problemas de la obra estn asociados a las fundaciones y al nivel fretico elevado que se observ en la excavacin principal; a su vez, puede formularse una hiptesis sobre las malas caractersticas que pudiera presentar el suelo como otro inconveniente en la obra, criterio que deriva de una primera inspeccin visual del mismo.

2. OBJETIVOS2.1. Objetivo General Realizar una visita tcnica al Laboratorio de Resistencia de Materiales y Hormigones de la carrera de Ingeniera Civil para identificar los problemas que se presentaron en esta obra.2.2. Objetivos Especficos Describir el tipo de fundaciones y elementos estructurales especiales que presenta la obra. Analizar el problema que representa el nivel fretico elevado en la obra. Indagar sobre las caractersticas de resistencia del suelo en la obra. Consultar sobre las soluciones propuestas e implementadas en torno a los problemas que se presentaron en la obra.

3. FUNDAMETO TERICO3.1. CIMENTACIONES[footnoteRef:1] [1: Crespo Villalaz, Carlos; Mecnica de Suelos y Cimentaciones; Mxico 2004.]

ObjetoEl objeto de una cimentacin es proporcionar el medio para que las cargas de la estructura, concentradas en columnas o en muros, se transmitan al terreno produciendo en este un sistema de esfuerzos que puedan ser resistidos con seguridad sin producir asentamientos, o con asentamientos tolerables, ya sean estos uniformes o diferenciales.

Partes de una EstructuraEn toda estructura es necesario distinguir dos partes principales: la superestructura y la subestructura.La superestructura, en el caso de edificios, es aquella parte de la estructura que est formada por losas, trabes, muros, columnas, etc. La subestructura es la parte de la estructura que sirve para transmitir las cargas de esta al suelo de cimentacin.Tipos de CimentacinEn forma general las cimentaciones pueden ser clasificadas en dos grupos: cimentaciones directas y cimentaciones indirectas. Una cimentacin directa es aquella en la cual los elementos verticales de la superestructura se prolongan hasta el terreno de cimentacin, descansando directamente sobre l mediante el ensanchamiento de su seccin transversal con el fin de reducir el esfuerzo unitario que se transmite al suelo. De este tipo son las zapatas aisladas, las zapatas conectadas, las zapatas ligadas, las cimentaciones por trabes y las losas de cimentacin. Una cimentacin indirecta es aquella que se lleva a cabo por elementos intermedios como los pilotes, cilindros y cajones de cimentacin, ya que el suelo resistente se encuentra relativamente a gran profundidad.Cimentacin por Losas Planas sin VigasCuando por la cercana de las columnas por la baja resistencia del suelo o por la intensidad de las cargas, aun empleado un sistema de cimentacin por medio de trabes, estas resultan con bases muy amplias, quedando unas muy cerca de las otras, se tiene entonces que recurrir a una losa continua. Ahora bien, si lo que sobresale la losa del eje que limita las columnas exteriores no es muy grande, se puede recurrir a una losa plana sin vigas.3.2. EL AGUA EN EL SUELO[footnoteRef:2] [2: Crespo Villalaz, Carlos; Mecnica de Suelos y Cimentaciones; Mxico 2004.]

El suelo es un material con arreglo variable de sus partculas que dejan entre ellas una serie de poros conectados unos con otros para formar una compleja red de canales de diferentes magnitudes que se comunican tanto con la superficie del terreno como con las fisuras y grietas de la masa del mismo; de aqu que el agua que cae sobre el suelo parte escurre y parte se infiltra por accin de la gravedad hasta los estratos impermeables ms profundos, formando la llamada capa fretica. El lmite superior de este manto acuoso se llama nivel fretico. Al agua que pasa por los poros a travs del suelo se le conoce con el nombre de agua gravitacional, y aquella que se encuentra por debajo del nivel fretico se llama agua fretica. Cuando se suspende el movimiento del agua gravitacional a travs del suelo, parte del agua queda retenida en los poros y sobre la superficie de las partculas debido a las fuerzas de tensin superficial y de adsorcin. Esta agua, que no puede ser drenada directamente, recibe el nombre de agua retenida.

Agua FreticaLos poros del suelo que se encuentran por debajo del nivel fretico se encuentran completamente llenos de agua, y se considera que cualquier movimiento de esta agua a travs del suelo sigue la ley de Darcy, que indica que la intensidad de infiltracin por unidad de rea es directamente proporcional al gradiente hidrulico.3.3. CARACTERSTICAS DEL SUELOLos ingenieros, tpicamente los ingenieros geotcnicos, clasifican a los suelos de acuerdo a sus propiedades ingenieriles, en relacin a su uso en fundaciones o en materiales de construccin de edificios. Los sistemas modernos de clasificacin de ingeniera se disean para permitir una fcil transicin de las observaciones a campo a las predicciones bsicas de propiedades y de conductas de ingeniera de suelos. Algunos de los primeros sistemas clasificatorios ingenieriles de suelo eran adaptaciones de los propios sistemas de clasificacin de la ciencia del suelo.Los sistemas de clasificacin ms comunes de ingeniera para suelos en Estados Unidos es el Sistema de Clasificacin de Suelo unificado, USCS por su acrnimo en ingls. El USCS tiene tres grupos de clasificacin mayores: Suelos de grano grueso (por ejemplo, arenas y gravas): se distingue principalmente porque los granos son observables a simple vista. Suelos de grano fino (por ejemplo, limos y arcillas): son buenos y algunos no almacenan agua, retienen agua mejor que los granos superiores. Suelos altamente orgnicos (referidos como turba). El USCS adems subdivide a esas tres mayores clases de suelos para clarificacin.[footnoteRef:3] [3: Das, Braja M.; Fundamentos de Ingeniera Geotcnica; Mxico 2001.]

Suelos ColuvialesSon acumulaciones constituidas por materiales de diverso tamao pero de litologa homognea, englobados en una matriz arenosa que se distribuye irregularmente en las vertientes del territorio montaoso, habindose formado por alteracin y desintegracin in situ de las rocas ubicadas en las laderas superiores adyacentes y la accin de la gravedad. Se caracterizan por contener gravas angulosas a subangulosas distribuidas en forma catica, sin seleccin ni estratificacin aparente, con regular a pobre consolidacin; ocasionalmente contienen algunos horizontes lenticulares limo arenoso. Normalmente presenta un encapado limo-arcilloso de 0,50 a 1m de espesor. A la escala del estudio no ha sido posible su cartografiado, debido a su poco espesor, distribucin errtica y la cobertura vegetal que la enmascara.4. ANLISIS TCNICOLa visita tcnica realizada al Laboratorio de Resistencia de Materiales y Hormigones de la carrera de Ingeniera Civil nos permiti identificar de manera preliminar tres potenciales inconvenientes.El primero de ellos est asociado evidentemente a una dificultad en relacin a las fundaciones, especficamente en la construccin de una losa de fundacin y una losa de carga vinculada a ella. El segundo inconveniente observado se refiere al nivel fretico, cuya altura, claramente apreciada en la excavacin para la losa de fundacin, representa una amenaza para los elementos de fundacin. El tercer inconveniente est relacionado con el tipo de suelo presente en la zona de la construccin, al tratarse de un suelo coluvial. A continuacin se expondrn y explicarn la situacin de la obra analizada como tambin los criterios de diseo y solucin a los tres principales inconvenientes identificados durante su ejecucin.4.1. LOSA DE FUNDACIN Y LOSA DE CARGAEl edificio cuenta en su diseo con una losa de fundacin subterrnea que a su vez soportar a una losa de carga, adems de las cargas de uso de ambos elementos. Entre la losa de fundacin y la losa de carga (la primera ubicada a 4 m por debajo del nivel del terreno y la ltima al nivel terreno) se conforma una especie de cajn, cuya funcin es la de resistir cargas muy grandes. Tanto la losa de fundacin como la losa de carga son elementos de grandes dimensiones, por lo que se trata de estructuras extremadamente rgidas. Esta rigidez brinda a la estructura la estabilidad necesaria y una reduccin en las deformaciones que es ideal para los propsitos para los que fue diseada.Al consultar con el fiscal de obra, Ing. Pablo Chambi, y con el profesor del rea de estructuras, Ing. Gonzalo Gandarillas, nos fue brindada informacin sobre el estado en el que se encuentra la construccin. El inconveniente en cuanto a la losa de fundacin est vinculado a un cambio tardo en el diseo de la dimensin longitudinal de la misma, inicialmente de 16 m de longitud y cambiada a una de 18 m. Dicho cambio tuvo su fundamento en la utilidad que se le dar a la estructura mencionada, ya que en la losa de carga (de igual dimensin que la losa de fundacin) est proyectado ensayar modelos a una escala 1:2 de vigas de puente cuya seccin estndar tiene un ancho que vara entre 33 y 35 m, motivo por el cual una losa de carga con una longitud de 16 m sera intil para fines prcticos. Este detalle fue observado despus de avanzada gran parte de la obra y como consecuencia en el cambio del diseo fue necesario remover una escalera ya construida segn el diseo inicial a fin de generar el espacio necesario para el alargamiento de la pieza en cuestin.Actualmente, el inconveniente en el diseo se encuentra sorteado y la implementacin del cambio referido anteriormente se est haciendo posible con ciertas modificaciones en cuanto a volmenes de materiales y requerimientos constructivos con el fin de no modificar el presupuesto inicial de la obra, segn informaron los especialistas.

4.2. NIVEL FRETICOEn la excavacin para la losa de fundacin se puede observar claramente que el nivel fretico se encuentra por encima del nivel de fundacin. A pesar que es posible construir fundaciones por debajo del nivel fretico haciendo ciertas consideraciones respecto a las ecuaciones que determinan la capacidad de carga de los suelos, este inconveniente no fue considerado en la fase de diseo, segn explic el fiscal de obra, el ingeniero Pablo Chambi. Sin embargo actualmente existe una alternativa viable para solucionar esta situacin. El nivel fretico es variable y su altura mxima est en funcin de un periodo de retorno, por lo que no siempre se tendr el nivel fretico actual en el terreno donde se encuentra la estructura en estudio que, segn el criterio del fiscal, se trata de un nivel extremo. En vista de que la accin del agua podra afectar las fundaciones de la estructura, es necesario protegerlas. La alternativa escogida como solucin consiste en disponer un sistema de tuberas por debajo del nivel de las fundaciones que drenen el agua hacia un pozo cuando el nivel fretico se eleve. La construccin del pozo no debe ser contemplada en el presupuesto, ya que a que a pocos metros del sitio de la obra existe actualmente un pozo construido anteriormente para una situacin similar en el bloque de la Facultad de Medicina.4.3. TIPO DE SUELO Y RESISTENCIALa clasificacin del suelo realizada por inspeccin visual durante la visita tcnica a la obra fue corroborada por el fiscal de la obra, tratndose de un suelo coluvial. Este tipo de suelo normalmente posee una resistencia baja y no es recomendable para realizar fundaciones. En el suelo de fundacin para la losa se determin la capacidad de carga a travs del CPT (ensayo de penetracin de cono), realizndose pruebas en los cuatro vrtices de la excavacin y obtenindose resistencias que variaban entre 0,4 y 0,6 kg/cm2, una resistencia baja, pero que segn nos informa el fiscal de la obra son valores que se encuentran por encima de la resistencia media que presentan los suelos en el resto del Campus Universitario. A pesar de la resistencia mayor del suelo respecto a los suelos ensayados en otras zonas del Campus Universitario, esta resistencia no es la ptima y an presenta deficiencias al momento de realizar las fundaciones. Este hecho sumado a las altas solicitaciones a las que estar sometida la estructura debido a las cargas justifica claramente la decisin de optar por la construccin de una losa de fundacin como como elemento de apoyo de la superestructura.Cabe sealar que la losa de fundacin junto a la losa de carga son elementos independientes del resto de la estructura y, por lo mismo, trabajan desvinculadas del resto de la estructura. Este criterio de diseo brind un mayor grado de libertad al momento de plantear las condiciones de carga, en vista de que existe un sector en la edificacin donde las cargas pueden ser de un orden mucho mayor que en el resto, sin influir estos elementos particulares (losa de fundacin y losa de carga) en el comportamiento general de la estructura.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. CONCLUSIONES La visita al Laboratorio de Resistencia de Materiales y Hormigones de la carrera de Ingeniera Civil se realiz satisfactoriamente, habiendo podido identificar como estudiantes las caractersticas de una obra en fase de ejecucin y las complicaciones que pueden presentarse en la misma. El diseo de la losa de fundacin del edificio fue cambiado por un requerimiento arquitectnico y prctico; puesto que bajo las condiciones iniciales la estructura iba a quedar en gran medida inutilizada, fue necesario cambiar la dimensin longitudinal del elemento para que as se permita el colocado de un modelo de una viga de puente en escala 1:2 para su ensayo. Una losa de fundacin y una losa de carga son excelentes elementos para garantizar la rigidez de una estructura. La presencia de agua cerca de las fundaciones debido a la elevacin del nivel fretico ser corregida mediante la instalacin de un sistema de tuberas que drene el agua en exceso hacia un pozo instalado a pocos metros del edificio. El suelo coluvial encontrado a nivel de las fundaciones presenta resistencias mayores respecto al suelo promedio en el resto del Campus Universitario, sin embargo su capacidad de carga no es la ptima, por lo que se opt por elementos de fundacin de grandes dimensiones.

5.2. RECOMENDACIONES Previamente al ingreso en la fase de ejecucin de un proyecto es necesario contar con un estudio a diseo final en el que ya se hayan identificado los posibles inconvenientes y las mejores alternativas en todos los aspectos, as de esta manera evitar cambios relevantes en el diseo, el presupuesto o el cronograma de actividades. Es posible realizar un diseo de fundaciones por debajo del nivel fretico afectando las ecuaciones para la capacidad de carga por algunos parmetros y factores segn la condicin particular del terreno. La baja resistencia de un suelo puede ser compensada a travs de su estabilizacin con diferentes mtodos y elementos, que pueden ser fsicos, qumicos, mecnicos o elctricos.

6. BIBLIOGRAFA Crespo Villalaz, Carlos; Mecnica de Suelos y Cimentaciones; Mxico 2004. Das, Braja M.; Fundamentos de Ingeniera Geotcnica; Mxico 2001.

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