IDENTIFICAR AGENTES Y DAÑOS PATOLÓGICOS EN LOS MUROS DE

CONTENCIÓN REFORZADOS LOCALIZADOS EN EL SECTOR DE ALTOS DE LA ESTANCIA EN LA LOCALIDAD DE CIUDAD BOLÍVAR EN LA

CIUDAD DE BOGOTÁ D.C

JOHAN EDUARDO VARGAS MOLINA

YEIMI ALEJANDRA YAYA GUEVARA

MONOGRAFÍA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA

TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES BOGOTA D.C

2018

IDENTIFICAR AGENTES Y DAÑOS PATOLÓGICOS EN LOS MUROS DE CONTENCIÓN REFORZADOS LOCALIZADOS EN EL SECTOR DE ALTOS

DE LA ESTANCIA EN LA LOCALIDAD DE CIUDAD BOLÍVAR EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ D.C.

JOHAN EDUARDO VARGAS MOLINA 20121079104

YEIMI ALEJANDRA YAYA GUEVARA

20101079025

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR EL TITULO DE TECNOLOGO EN CONSTRUCCIONES CIVILES

TUTOR: MILTON MENA SERNA

JURADO: HECTOR PINZÓN

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA

TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES BOGOTA D.C

2018

3

TABLA DE CONTENIDO

GLOSARIO 6

RESUMEN 8

1. ANTECEDENTES 9

1.1. LOCALIZACION DEL AREA DE ESTUDIO 9 1.1.1. Deslizamiento El Espino 10 1.1.2. Deslizamiento La Carbonera 10 1.1.3. Cambios en curvas de nivel y escarpes. 16

2. JUSTIFICACION 18

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19

4. OBJETIVOS 20

4.1. OBJETIVO GENERAL 20

4.2. 20

5. MARCO TEORICO-CONCEPTUAL 21

5.1. MECANISMOS DE FALLA 21

4.2. FACTORES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO 22 4.2.1. La Litología o Formación Geológica 22

4.3. ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN 23 4.3.1. Estructuras de gravedad 24 4.3.2. Muros en Voladizo 25 4.3.3. Estructuras Ancladas 25 4.3.4. Estructuras de Anclaje o Refuerzo 25 4.3.5. Estructuras Ancladas Pretensadas 27

4.4. TIPOS DE ESTRUCTURA ANCLADA 29 4.4.1. Muros Anclados 29 4.4.2. Muros de gravedad o semigravedad 29 4.4.3. Pantallas 29 4.4.4. Tablestacas 29

4

4.5. MECANISMOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS ANCLAS 29

4.6. MODOS DE FALLA DE LOS ANCLAJES 30 4.6.1. Falla del acero del tendón 30

4.6.2. Falla de la masa del suelo 30 4.6.3. Falla de la unión entre el bulbo y el suelo 30 4.6.4. Falla entre el tendón y la lechada 30 4.6.5. Falla de la estructura superficial 31 4.7. CONDICIONES DE FALLA A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO DE ANCLAS INDIVIDUALES. 31 • Falla del tendón o varilla. 31 • Falla de la corrosión del refuerzo 31 • Falla de la unión entre el refuerzo y el cementante: 31 • Falla de la unión cementante-roca o cementante-suelo 31

4.8. PATOLOGIA 32

5. METODOLOGÍA 35

5.1. TIPO DE ESTUDIO 35

6. DESARROLLO DE LA PROPUESTA 37

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 38

8. BIBLIOGRAFÍA 39

LISTA DE TABLAS

TABLA 1 MÉTODOS DE ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN 23 TABLA 2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIVERSOS TIPOS DE ESTRUCTURAS ANCLADAS 26 TABLA 3 FACTORES DE SEGURIDAD INDIRECTOS (NSR-10 TITULO H) 33 TABLA 4 MOVIMIENTO HORIZONTAL EN EL MURO DE CONTENCIONES CONDECENTES A LOS

ESTADOS ACTIVOS Y PASIVOS (NSR-10 TITULO H) 33

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 LOCALIZACIÓN ÁREA DE ESTUDIO 9 FIGURA 2 VISTA PANORÁMICA DESLIZAMIENTO EL ESPINO. FECHA DE TOMA DE FOTOGRAFÍAS

AÑO 2006 Y 2003 10 FIGURA 3 VISTA GENERAL DESLIZAMIENTO LA CARBONERA. FECHA DE TOMA DE FOTOGRAFÍAS,

AÑO 2007 11 FIGURA 4 PREDIOS INCLUIDOS EN EL PROGRAMA DE REASENTAMIENTO. AÑO 1997 11

5

FIGURA 5 ZONIFICACIÓN DE AMENAZA POR REMOCIÓN EN MASA PARA EL "SECTOR ALTOS DE LA ESTANCIA” (LÍNEAS DISCONTINUAS) 12

FIGURA 6 PREDIOS INCLUIDOS EN EL PROGRAMA DE REASENTAMIENTO. AÑO 2001 13 FIGURA 7 DIVISIÓN DEL SECTOR ALTOS DE LA ESTANCIA, DEFINIDO POR LA DPAE PARA LA

REUBICACIÓN DE LA POBLACIÓN (TOMADO DEL PLAN DE ACCIÓN PARA LA MITIGACIÓN Y REHABILITACIÓN DEL SECTOR ALTOS DE LA ESTANCIA – FOPAE, 2005). 14

FIGURA 8 POLÍGONO DECLARADO COMO SUELO DE PROTECCIÓN POR RIESGO 1 15 FIGURA 9 CURVAS DE NIVEL Y ESCARPES, TOPOGRAFÍA 2011 16 FIGURA 10 CURVAS DE NIVEL Y ESCARPES, TOPOGRAFÍA 2012. 17 FIGURA 11 MURO CONTENCIÓN Y ZONA REVEGETALIZADA. 17 FIGURA 12 ZONA REVEGETALIZADA. 17 FIGURA 13 MURO DE CONTENCIÓN. 17 FIGURA 14 MURO CONTENCIÓN Y ZONA REVEGETALIZADA.1 17 FIGURA 15 MECANISMO DE LA FALLA ES LA EXPLICACIÓN TÉCNICA DE LA FORMA COMO UN

TALUD ESTABLE SE CONVIERTE EN INESTABLE, POR LA ACCIÓN DL DETERIORO Y LOS AGENTES ACTIVADORES 21

FIGURA 16 LAS CARACTERÍSTICAS DE LA LITOLOGÍA Y LA ESTRUCTURA DE LA FORMACIÓN

GEOLÓGICA DETERMINAN LA SUSCEPTIBILIDAD A LOS DESLIZAMIENTOS, LA LOCALIZACIÓN DE LA SUPERFICIE DE LA FALLA Y LOS TIPOS DE MOVIMIENTO. 22

FIGURA 17 ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN PARA LA ESTABILIZACIÓN DE DESLIZAMIENTOS 24 FIGURA 18 ESQUEMA DE ESTRUCTURAS ANCLADAS2 26 FIGURA 19 TIPOS DE ESTRUCTURAS ANCLADAS 28 FIGURA 20 MODO DE FALLA DE LOS ANCLAJES 32 FIGURA 21 DISEÑO DE FISUROMETRO UTILIZADO EN EL ESTUDIO DE MUROS DE CONTENCIÓN.36

6

GLOSARIO

Agente patógeno: Es el que induce a un fallo. Es la causa principal del fallo.

Agrietamiento: hendidura alargada que se produce en un cuerpo sólido. Dicha

abertura o fisura tiene lugar cuando se separan dos materiales. Amenaza: Condición latente derivada de la posible ocurrencia de un fenómeno

físico de origen natural, socio-natural o antrópico no intencional, que pueda

causar daño a la población y sus bienes, la infraestructura, el ambiente y la

económica pública y privada. Es un factor de riesgo externo.

Causa: Origen de una lesión que se manifiesta cuando falla la estructura,

producto del agente patógeno-activo o pasivo.

Daño: Es la materialización del riesgo en el tiempo y en el espacio.

Diagnóstico: Determinar las causas de una enfermedad a través de los síntomas. Estabilidad (geotecnia): Resistencia de una estructura, talud o muro de

contención a la falla por deslizamiento o colapso bajo condiciones normales, para

las que fue diseñado.

Fisura: Las Fisuras son aperturas longitudinales que afectan la capa exterior del

elemento constructivo.

Grieta: Hendidura o abertura longitudinal, de ancho mayor de 1 mm.

Monitoreo: Es el proceso sistemático de recolectar, analizar y utilizar

información para hacer seguimiento al progreso de un programa en pos de la

consecución de sus objetivos, y para guiar las decisiones de gestión.

Patología: Es el estudio sistemático de las fallas de una construcción,

analizando los síntomas y causas, para así plantear acciones correctivas o

preventivas, que recuperen las condiciones de desempeño del elemento

afectado.

Remoción en masa: Es el desplazamiento de material litológico, suelo, roca o

cobertura vegetal hacia abajo por acción de la fuerza de gravedad, la influencia

de la pendiente del terreno y la cohesión o características del material en cada

caso.

7

Riesgo: Es la combinación de la probabilidad de ocurrencia de un incidente o

evento no deseado y de la severidad de sus consecuencias.

Síntoma: Manifestación de la existencia de un agente patógeno. Vulnerabilidad: característica propia de un elemento o grupo de elementos

expuestos a una amenaza, relacionada con su incapacidad física, económica,

política o social de anticipar, resistir y recuperarse del daño sufrido cuando opera

dicha amenaza. Es un factor de riesgo interno.

8

RESUMEN

Las estructuras de contención son empleadas para soportar ciertos esfuerzos, esto con el fin de estabilizar un terreno, soportar grandes cantidades de agua o ciertos materiales, por lo que es importante determinar la vulnerabilidad que estas estructuras presentan, en concreto, el conjunto de estructuras de contención que conforman el muro de contención en el sector de Altos de la Estancia, debido a su amenaza sísmica que presenta. El identificar los tipos de estructuras de contención y que clase de falla puede presentar y el agente que generan dicha falla. Para determinar si la estructura presentaba algún tipo de movimiento que reflejara que los esfuerzos a los que se encuentra sometido son superiores al de diseño, se realizó un seguimiento mensual por medio de fisurómetros. Añadiendo que diversos agentes deterioran la estructura en concreto, se realizó un levantamiento patológico con los posibles agentes y las posibles formas de contrarrestar dichos efectos. PALABRAS CLAVE: MUROS DE CONTENCIÓN, FALLA, AGENTE PATÓGENO, SEGUIMIENTO

9

1. ANTECEDENTES

1.1. LOCALIZACION DEL AREA DE ESTUDIO

El Sector Altos de la Estancia se encuentra ubicado en la Localidad de Ciudad Bolívar, Unidad de Planeamiento Zonal UPZ 69 Ismael Perdomo, en la parte suroccidental del Distrito Capital, está limitado al norte por los barrios San Rafael del Alto de la Estancia, Rincón del Porvenir, Mirador de La Estancia y Los Tres Reyes I Etapa; al occidente por los barrios El Espino I Sector, Santo Domingo y Santa Viviana; al sur por los barrios Santa Viviana y Santa Viviana Sector Vista Hermosa y al oriente por los barrios Santa Viviana Sector Vista Hermosa, Sierra Morena, La Carbonera, La Carbonera II y El Espino III Sector. En los costados norte y sur se encuentran respectivamente las quebradas Santa Rita y La Carbonera.1 El sector objeto de monitoreo se encuentra delimitado por el polígono definido por la Secretaria Distrital de Planeación mediante la Resolución No 436 de 2004 y actualizada mediante la resolución 2199 de 2010, tal y como se precisa en la figura 1.2

Figura 1 Localización área de estudio

1 IDIGER. Lo que la tierra se llevó. Bogotá, 2014. p.18 2 Ibíd., p.19

10

1.1.1. Deslizamiento El Espino

El deslizamiento el Espino se encuentra activo y presenta tasas de movimiento del orden 3.3 mm/día en la parte media del deslizamiento. Tiene forma rectangular, con características complejas debido a los múltiples mecanismos de falla y de movimientos presentados en su interior, se caracteriza por desarrollarse como un movimiento planar y traslacional siguiendo un límite de contacto litológico entre capas de areniscas y arcillolitas de la parte media de la formación.3

Figura 2 Vista panorámica deslizamiento El Espino. Fecha de toma de fotografías año 2006 y

2003

1.1.2. Deslizamiento La Carbonera

El deslizamiento la Carbonera es un movimiento en masa activo, de forma de embudo, con un área aproximadamente de 13.7 Ha. Presenta un mecanismo de falla rotacional múltiple y un espesor medio de la masa desplazada de 20 metros, presenta tasas de movimiento en su parte alta-media de 1.3 mm/día. Litológicamente este desplazamiento involucra rocas y depósitos inconsolidados de tipo fluvioglaciar, coluvial y suelos residuales1

3 Ibíd., p.22

11

Figura 3 Vista general deslizamiento La Carbonera. Fecha de toma de fotografías, año 2007

En el año 1997 aparecen los primeros indicios del deslizamiento en la Carbonera, con caída de rocas en el Espino sector el Rodeo. En la figura 4 Se visualiza los barrios afectados para esta época y su estado actual en términos de consolidación.4

Figura 4 Predios incluidos en el programa de reasentamiento. Año 1997

4 Ibíd., p.23

12

Para el año 1998, El Fondo de Prevención y Atención de Emergencias –FOPAE- contrató el estudio “Zonificación por inestabilidad del terreno para diferentes localidades en la ciudad de Santa Fe de Bogotá” (elaborado a escala 1:10.000), con la firma INGEOCIM Ltda., en el que se concluye que el Sector denominado como Altos de la Estancia está delimitado por zonas de amenaza alta y media por fenómenos de remoción en masa1. Ver figura 5.

Figura 5 Zonificación de amenaza por Remoción en Masa para el "Sector Altos de la Estancia”

(líneas discontinuas)

En el año de 1999 cuando se emitieron los conceptos técnicos de riesgo, se encontraba activo el deslizamiento del barrio Santa Viviana sector Vista hermosa y se presentaba desprendimiento de bloques de la cantera de Santa Rita hacia el barrio Espino III Sector y sector El Rodeo. En estos sectores se realizó el reasentamiento de las familias afectadas (Ver figura 6), monitoreo geotécnico y se construyeron obras de ingeniería para controlar el avance del deslizamiento.5

5 Ibíd., p.24

13

Figura 6 Predios incluidos en el programa de reasentamiento. Año 2001

Debido a la dinámica y la evolución del proceso de inestabilidad, el carácter retrogresivo de los deslizamientos, la similitud en su mecanismo de falla y la combinación como causas detonantes o de actividades humanas (actividades mineras y vertimiento incontrolado de aguas), se optó por considerar los deslizamientos de “Cerro del Diamante” y “La Carbonera” como uno solo a fin de establecer un tratamiento igual. Por lo anterior de acuerdo con las recomendaciones del estudio de Ingeominas 2003), el FOPAE, hizo una división del área en tres fases de intervención así:6 Fase I: compuesta por los asentamientos Cerros del Diamante, Santa Helena, San Antonio del Mirador, Espino Sector el Rodeo La Carbonera II y Santa Viviana sector Vista Hermosa.1 Fase II: compuesta por algunas manzanas de los barrios San Rafael del Alto de la Estancia, Rincón del Porvenir, Mirador de la Estancia, Tres Reyes, Espino I sector, Santo Domingo, Santa Viviana, Santa Viviana sector Vista Hermosa, Carbonera, Espino III sector; los cuales hacen parte del polígono declarado en

6 Ibíd., p.26

14

alto riesgo no mitigable debido a que las obras para el control del deslizamiento no se consideran viables desde el punto de vista técnico y económico1. Esta división se hizo con fin de adoptar oportunamente las medidas necesarias para salvaguardar la vida de los habitantes del sector; mediante la evaluación técnica de la vivienda y de la evolución del fenómeno de inestabilidad, en la cual se determina si la vivienda se ve comprometida en el corto plazo e identificando el cambio de prioridad de atención en el programa y la necesidad de los predios que requieren ser evacuados definitivamente1. Fase III: polígono declarado Zona de Tratamiento Especial por Riesgo, compuesto por algunas manzanas de los barrios Espino I sector, Santa Viviana y Santo Domingo con el fin de ver la evolución y tendencia general de esta franja.7

Figura 7 División del Sector Altos de la Estancia, definido por la DPAE para la reubicación de la población (Tomado del Plan de Acción para la mitigación y rehabilitación del sector altos de la

estancia – FOPAE, 2005).

En el año 2010 la Secretaria Distrital de Planeación emite la Resolución 2199 de 2010, modifica y amplía la Resolución DAPD 436 de 2004 y declara el polígono de Altos de la Estancia como Suelo de Protección por Riesgo, como se delimita en la figura 8.8

7 Ibíd., p.29 8 Ibíd., p.29

15

Figura 8 Polígono declarado como suelo de Protección por Riesgo 1

1.1.1. Levantamiento De Las Obras En La Zona De Deslizamiento Para llevar a cabo el levantamiento se localizaron líneas auxiliares amarradas a las poligonales principales, desde los cuales por medio de radiaciones simples se levantaron los puntos correspondientes a paramentos, andenes y servicios públicos de alcantarillado, energía y de teléfonos encontrados en la zona, para plasmar con claridad el total de las manzanas construidas. Así mismo fueron levantados un total de 52 puntos que se encontraron en toda la zona, estos mojones son puntos materializados por el FOPAE.9

Fueron radiados un total de 42 puntos auxiliares en la zona, a partir de estos deltas se realizó el levantamiento por medio de secciones transversales de los cursos de las quebradas Santa Rita, Santo Domingo y La Carbonera. También se tuvo en cuenta para el levantamiento, detalles relevantes para los estudios geológicos, tales como las zonas húmedas existentes, los cursos de agua, el

9 Ibíd., p.117

16

detalle de los escarpes naturales y las grietas o fracturas presentadas en el terreno.10

Así mismo, se detallaron lagunas y empozamientos de agua, en un barrido general de toda la zona ubicando los detalles del relieve para la generación de un modelo tridimensional que sirve como base principal en la creación de las curvas de nivel.

1.1.3. Cambios en curvas de nivel y escarpes.

De igual forma para este caso, se comparó las curvas de nivel de ambos levantamientos topográficos (2011-2012) con ayuda del Sistema de Información Geográfica (SIG) y la información nativa, y se detectó que existen cambios en la zona del Muro Espino I Sector, donde se observa que las curvas de nivel cambian y tienen un comportamiento distinto, es decir más separadas, lo que indica que la pendiente en esa zona es diferente y no tan inclinada como en la topografía del 2011. Algunos escarpes cambian en el plano topográfico del 2012 debido a intervención de obras de ingeniería y a la revegetalización de la zona. 1 A continuación se presentan las curvas de nivel y los escarpes para la zona del muro

Figura 9 Curvas de nivel y escarpes, Topografía 2011

10 Ibíd., p.117

17

Figura 10 Curvas de nivel y escarpes, Topografía 2012.

Figura 11 Muro Contención y zona

revegetalizada.

Figura 12 Zona revegetalizada.

Figura 13 Muro de Contención.

Figura 14 Muro Contención y zona

revegetalizada.1

18

2. JUSTIFICACION

Debido a altos índices de precipitación de lluvias en las últimas décadas en la zona donde se va a llevar a cabo el proyecto, este presenta un alto índice de vulnerabilidad por remoción en masa, la estructura que mitiga la remoción en masa del sector, fue construida en concreto reforzado por lo que es propensa a sufrir de daños patológicos generados por la manera y material en que fue construido, el efecto de la construcción del parque, y el medio ambiente. Entidades como la Alcaldía Mayor de Bogotá D.C; el IDIGER (Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático); la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, entre otras, han realizado estudios para la construcción de obras de contención; determinando el estado y el daño posterior a la construcción en cuanto a su estructura y las patologías presentes. Por medio de los conocimientos adquiridos durante la formación como Tecnólogos en Construcciones Civiles y los conocimientos brindados por los docentes y egresados del UDIC (Grupo de Interventoría y Consultoría de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas), se tomó información estructural y patológica de las obras de contención que fueron gestionadas en el polígono, realizando una caracterización de cada una de estas y determinando si los daños y la vulnerabilidad generan un riesgo de amenaza alta, media o baja, información que será suministrada a las entidades competentes para futuras campañas de monitoreo.

19

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

EL Seguimiento del fenómeno de remoción en masa en el sector Altos de la Estancia ubicado en la localidad de Ciudad Bolívar por medio del convenio interadministrativo de cooperación N° 430 de 2016 es efectuado por El instituto distrital de gestión de riesgo y cambio climático-IDIGER y el grupo de interventoría y consultoría de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas-UDIC. El polígono Altos de la Estancia es un terreno en el cual se proyecta realizar un parque para la comunidad que habita alrededor de este, ofreciendo sitios de esparcimiento para la recreación de los habitantes; varias zonas que se encuentran dentro de este polígono, en el pasado fueron viviendas que tuvieron que ser desalojadas por el fenómeno de remoción en masa que afecto estructuralmente las viviendas a tal punto de colocar en peligro la integridad de sus habitantes. La entidades distritales realizaron intervenciones en las zonas aledañas al polígono donde se efectuará el proyecto, mediante , guiados por medio de estudios geotécnicos y monitoreo estructurales en el que se visualice los daños y vulnerabilidad en las viviendas y su entorno. El proyecto se venía desarrollando en años anteriores, siendo en el 2014 la última campaña de monitoreo que se realizó en la zona evaluado los barrios ubicados alrededor del polígono. Recopilando la información de la campaña realizada en el año 2014, inicia un nuevo proyecto de monitoreo con las estructuras diseñadas dentro del polígono como son los muros de contención realizando visitas mensuales durante un tiempo de ocho meses donde se realiza un evaluación patológica de los muros. Este nuevo proyecto busca analizar el índice de daño y vulnerabilidad del fenómeno de remoción en masa y así determinar alternativas de mitigación en la zona de riesgo a la remoción de masa. Durante los ocho meses de monitoreo y seguimiento patológico de los muros de contención se hizo una recopilación de información por parte del equipo de trabajo integrado por docentes de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas y estudiantes de tecnología en construcciones civiles; para llevar una linealidad al seguimiento.

20

4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL

· Realizar el monitoreo, caracterización y evaluación patológica para la identificación de los riesgos y vulnerabilidad en los muros de contención reforzados dentro del polígono ubicado en el sector Altos de la Estancia. En la localidad de Ciudad Bolívar en la Ciudad de Bogotá

4.2.

· Identificar daños estructurales y agentes patológicos en los muros de contención reforzados que se encuentran dentro del polígono · Realizar un levantamiento patológico de los muros de contención para

identificar los daños en la estructura y plasmarlo gráficamente por medio de

planos

· Proponer posibles alternativas de mitigación patológica en los muros de contención reforzados ubicados dentro del polígono

21

5. MARCO TEORICO-CONCEPTUAL

5.1. MECANISMOS DE FALLA

Figura 15 Mecanismo de la falla es la explicación técnica de la forma como un talud

estable se convierte en inestable, por la acción dl deterioro y los agentes activadores

La mayoría de los taludes son aparentemente estables y estáticos, pero realmente son sistemas dinámicos en evolución. Un talud estable puede desestabilizarse con el tiempo y la ocurrencia de un deslizamiento es un fenómeno propio de ese proceso. Por lo tanto, se requiere conocer detalladamente lo que ocurre dentro de un talud para poder diagnosticar correctamente su comportamiento.11 Este diagnóstico es un aspecto fundamental en la ciencia de la estabilidad de los taludes. Si el diagnóstico es equivocado, las medidas remediales y/o los procedimientos de estabilización fracasarían. Previamente al diseño de las medidas remediales, se debe tener un conocimiento completo de la magnitud de la amenaza, las causas y los mecanismos que la generan.12 La elaboración del modelo conceptual del comportamiento o mecanismo de falla, es una de las actividades previas fundamentales para el diagnóstico y remediación de los problemas de deslizamiento, especialmente en los suelos residuales de ambientes tropicales donde la heterogeneidad de los materiales y la variedad de los parámetros fundamentales, hacen que el análisis determinístico sea impreciso. 13

Para elaborar los modelos conceptuales se requiere el conocimiento de la geología, la mecánica de suelos, la hidrología, la morfología y las características ambientales del sitio, entre otros elementos fundamentales. El objetivo del

11 SUAREZ Jaime. Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales. Bucaramanga: Ingeniería de suelos

Ltda., 1998. p.37 12 Ibíd., p.37 13 Ibíd., p.37

22

presente capítulo es analizar la influencia de todos y cada uno de los diversos factores que determinan la estabilidad de un talud.14

Figura 16 Las características de la litología y la estructura de la formación geológica

determinan la susceptibilidad a los deslizamientos, la localización de la superficie de la falla y los tipos de movimiento.

4.2. FACTORES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO

Los procesos que ocurren en un talud son generalmente complejos y dependen de gran cantidad de factores, los cuales interactúan entre ellos para definir un comportamiento. A continuación, se presenta una descripción de algunos de los factores fundamentales que afectan la estabilidad de los taludes.15

4.2.1. La Litología o Formación Geológica

Cada litología o formación geológica posee un determinado patrón de comportamiento. Por ejemplo: Un granito y una caliza bajo condiciones similares, desarrollan características diferentes de perfil geotécnico y presentan un comportamiento diferente de los taludes como resultado de las diversas características de los materiales (permeabilidad, potencial de meteorización, erosividad, etc.).2

Si el material que conforma el talud es homogéneo, el modelo conceptual es relativamente sencillo y fácil de interpretar; sin embargo, cuando el talud está

14 Ibíd., p.37 15 Ibíd., p.38

23

formado por varios tipos de roca o suelo, el comportamiento geotécnico del conjunto es diferente al de cada material por separado.16 Este es el caso de los suelos residuales donde el material completamente descompuesto, tiene un comportamiento muy diferente al del material menos descompuesto, el saprolito o la roca. En los taludes donde aparecen varios materiales diferentes se debe elaborar un modelo que incluya todos los materiales, cada cual con su comportamiento característico, pero al mismo tiempo, se debe analizar el comportamiento conjunto de los diversos materiales. 17

4.3. ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

Las estructuras de contención de tierras tienen por objeto la colocación de fuerzas adicionales que resistan el movimiento Tabla 1. El objetivo es colocar fuerzas externas que aumenten las fuerzas resistentes, sin disminuir las actuantes.2

Las estructuras de contención pueden ser masivas, en las cuales el peso de la estructura es un factor importante o pueden consistir en estructuras ancladas

16 Ibíd., p.38 17 Ibíd., p.38

Tabla 1 Métodos de estructuras de contención

24

(Figura 17), en las cuales la fuerza se transmite al suelo profundo por medio de un cable o varilla de acero. 18

Cada tipo de estructura tiene un sistema diferente de trabajo y se deben diseñar de acuerdo con su comportamiento particular. Entre los sistemas de contención para la remediación de deslizamientos, se encuentran los siguientes2:

Figura 17 Estructuras de contención para la estabilización de deslizamientos

4.3.1. Estructuras de gravedad

18 Ibíd., p.21

25

Son muros que trabajan como un peso o contrafuerte en la parte inferior de un movimiento. Entre los tipos de muro de gravedad se encuentran los muros en concreto simple, concreto ciclópeo, gaviones, criba, mampostería, enrocado y muros MSE. El peso es un factor determinante en este tipo de estructura. Los muros de gravedad son rígidos a flexibles de acuerdo con el tipo de material utilizado para su construcción y son muy eficientes, para estabilizar los deslizamientos poco profundos se pueden requerir estructuras de gran magnitud.19

4.3.2. Muros en Voladizo

Son estructuras en concreto armado, esbeltas, con contrafuertes o estribos, en las cuales adicionalmente al peso del concreto, se coloca un relleno de suelo sobre la cimentación del muro. Esto aumenta el peso del sistema muro-suelo y existe además, la posibilidad de colocar llaves o espolones por debajo de la cimentación para mejorar las condiciones de estabilidad de la estructura.2

4.3.3. Estructuras Ancladas

Estas estructuras consisten en la perforación de inclusiones de acero dentro del suelo, las cuales comúnmente se inyectan para formar bulbos de anclaje (Anclajes pos tensionados) o se cementan en toda su longitud (Anclajes pasivos). Generalmente, se complementan con una pantalla o muro sobre la superficie del terreno en el cual se apoyan las anclas.20

4.3.4. Estructuras de Anclaje o Refuerzo

Las estructuras de anclaje o refuerzo incluyen cables o varillas que se colocan dentro del suelo para reforzarlo o para transmitir cargas a los suelos o rocas a profundidad. En este tipo de estructura están incluidos los pernos, los muros anclados, los nails y los micro pilotes (Figura 18 y Tabla 2). Las estructuras de anclaje pueden ser postensionadas (“tiebacks”) o pasivas (clavos o “nails”). De acuerdo con las características del talud y las necesidades de comportamiento, se escoge el tipo de anclaje más eficiente para el caso específico.21

19 Ibíd., p.21 20 Ibíd., p.21 21 Ibíd., p.23

26

Figura 18 Esquema de estructuras ancladas2

Tabla 2 Ventajas y desventajas de los diversos tipos de estructuras ancladas

27

4.3.5. Estructuras Ancladas Pretensadas

El uso de anclajes de acero en la estabilización de taludes se ha vuelto muy popular en los últimos años. La definición oficial internacional es la propuesta por Littlejohn (1990): “Un anclaje es una instalación que es capaz de transmitir una carga de tensión a un manto de soporte a profundidad”. 22 En las estructuras ancladas se colocan varillas o tendones, generalmente de acero, dentro de perforaciones realizadas con taladro, se inyectan con un cemento, y luego se tensionan. Las anclas para estabilizar deslizamientos pueden ser hincadas o perforadas. Los anclajes pueden ser pre-tensados para colocar una carga sobre un bulbo cementado (“tiebacks”) o pueden ser cementados simplemente sin colocarles carga activa (“nails”, pernos y micropilotes).23 Los anclajes pretensionados en combinación con muros, pantalla de concreto, se han utilizado con éxito para la estabilización de deslizamientos Generalmente se coloca sobre la cara de un muro o sobre un elemento de concreto en el talud, una carga de tensión a través de un cable de acero anclado a un bulbo cementado a profundidad dentro del talud. Los anclajes pretensados incrementan los esfuerzos normales sobre la superficie de falla real o potencial y así aumentan las fuerzas resistentes al incrementar la resistencia a la fricción, a lo largo de esa superficie.24

22 Ibíd., p.149 23 Ibíd., p.149 24 Ibíd., p.149

28

Figura 19 Tipos de estructuras ancladas

Al comprimir el suelo también se inhiben algunos procesos de deterioro de éste (Morgenstern, 1982). Los muros anclados pueden ser pasivos o activos dependiendo de si son pretensionados o no. Los anclajes pre-tensados tienen la ventaja de que no son pasivos como la estructura de gravedad sino que al pre-tensarse se les coloca una carga que se opone a la acción del deslizamiento. Las fuerzas de las anclas se oponen al movimiento de la superficie del talud ayudando a proveer estabilidad contra deslizamientos.25 Igualmente, la fuerza de tensión en el cable se convierte en fuerza de compresión dentro de la masa de suelo, incrementando la resistencia al cortante. La fachada, pantalla o zapata exterior, aplica la carga sobre el suelo y el ancla la transmite al bulbo.26 En esta forma se aumentan las fuerzas resistentes por acción de la tensión, por sí misma o por la fricción relacionada con el incremento de los esfuerzos normales sobre la superficie de falla. Se puede requerir la utilización de anclajes

25 Ibíd., p.150 26 Ibíd., p.150

29

pretensados como apoyo temporal o pueden diseñarse como parte permanente de la estructura.27

4.4. TIPOS DE ESTRUCTURA ANCLADA

4.4.1. Muros Anclados

Los muros anclados son estructuras de gravedad, semigravedad o pantallas; que se sostienen mediante anclas pretensadas con bulbos profundos (Figura 13). Los muros anclados pueden ser de varios tipos:2

4.4.2. Muros de gravedad o semigravedad

Las estructuras de gravedad son muros de concreto armado, a los cuales se les adicionan anclas pre-tensadas a varios niveles de altura.

4.4.3. Pantallas

Son pantallas delgadas de concreto armado, las cuales se pueden construir utilizando concreto proyectado o fundidas en el sitio. A las pantallas de concreto se les colocan hileras de anclas a varios niveles. Las pantallas también pueden ser pre-excavadas utilizando el sistema de “slurry wall”.

4.4.4. Tablestacas

Estructuras delgadas enterradas, metálicas o de concreto armado, ancladas en su parte superior. Una variante del sistema son los pilotes tangentes/ secantes.2

4.5. MECANISMOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS ANCLAS

Los anclajes proveen una fuerza para resistir aquellas que producen la inestabilidad del talud. Las anclas se encuentran unidas en su parte exterior a una estructura de contención superficial. Esta estructura de contención transmite la carga al ancla y el ancla la transmite al bulbo. Finalmente es el bulbo el que resiste la carga de diseño. El bulbo debe estar localizado por detrás de las superficies reales o potenciales de falla en un material suficientemente competente. La profundidad requerida debe garantizar un factor de seguridad de acuerdo a los requerimientos. A su vez, las fuerzas de pretensionamiento generan una fuerza normal sobre la superficie de falla.28

27 Ibíd., p.153

28 Ibíd., p.153

30

4.6. 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 pretensionamiento, la secuencia 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:29

4.6.1. 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.30

4.6.2. Falla de la masa del suelo

Esta falla es debida a la capacidad de soporte del suelo superficial. Si al colocarle la carga de pretensionamiento, ésta supera la capacidad de soporte del suelo lateral, se produce un movimiento del suelo hacia arriba. Esto ocurre especialmente en las anclas más subsuperficiales. 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.2

4.6.3. 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 acompañamiento. 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).31

4.6.4. Falla entre el tendón y la lechada

El mecanismo de falla de la unión entre el tendón y la lechada incluye problemas de adherencia, fricción e integración mecánica entre el acero del cable o varilla y la lechada. La norma ASTM A981 presenta un método estándar para evaluar la unión entre el tendón y la lechada.

29 Ibíd., p.154 30 Ibíd., p.154 31 Ibíd., p.155

31

4.6.5. Falla de la estructura superficial

La estructura superficial puede fallar por punzonamiento o por exceso de esfuerzos de flexión o de cortante.32

4.7. CONDICIONES DE FALLA A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO DE ANCLAS INDIVIDUALES.

En un anclaje deben tenerse en cuenta varias condiciones de falla:

• Falla del tendón o varilla.

El esfuerzo de diseño para el acero debe limitarse al 50% del esfuerzo último (Department of the Navy, 1983).

• Falla de la corrosión del refuerzo

Con el tiempo se puede producir la rotura del ancla.

• Falla de la unión entre el refuerzo y el cementante:

La capacidad de la unión entre el acero y la mezcla cementante depende del número y longitud de los tendones o varillas y otra serie de factores (Littlejohn y Bruce, 1977).

• Falla de la unión cementante-roca o cementante-suelo33

32 Ibíd., p.154 33 Ibíd., p.154

32

Figura 20 Modo de falla de los anclajes34

4.8. PATOLOGIA

Es el estudio y seguimiento de las fallas de una construcción, donde se analizan las manifestaciones de agentes patógenos, es decir la causa principal que puede inducir a una falla y el origen de la lesión cuando este agente patógeno está activo o pasivo, para así planear acciones correctivas o preventivas, que determinen las causas de la enfermedad a través de los síntomas con los que recuperen las condiciones de desempeño del elemento afectado devolviéndole su funcionalidad. Las estructuras en concreto como lo son los muros de contención pueden presentar algunas fallas estructurales, resultado de algunos factores como: sustancias químicas, acciones físicas derivadas de los esfuerzos inducidos por la naturaleza de las fuerzas y errores de diseño o de construcción.35 Estas causas pueden desatar patologías que afectan directamente al muro, disminuyendo sus factores de seguridad, afectando su vida útil y convirtiéndose en factores de riesgo.36

Patologías más comunes presentadas en muros de contención:

34 Ibíd., p.154 35 (maestros, 2016) https://maestros.com.co/buenas-practicas/patologias-comunes-sufridas-muros-contencion/ 36 Ibíd., p.1

33

• Giro excesivo: este problema ocurre cuando los momentos actuantes sobre el muro son mayores que los momentos resistentes y superan el factor de seguridad, que oscila entre 2,0 y 3,0 (NSR-10, título H, Tabla H.6.9-1)37. El giro excesivo puede explicarse también por un considerable incremento de la sobrecarga, para lo cual se deben prever medidas que aumenten los momentos resistentes.38

Tabla 3 Factores De Seguridad Indirectos (NSR-10 TITULO H)

• Deslizamiento: En estos deslizamientos lo que vence la resistencia del muro

son las fuerzas de empuje activo generadas por el relleno y la sobrecarga cuando superan el factor de seguridad,(tabla H.6.4-1, NSR-10). Se presenta debido a la subestimación de las cargas de empuje en el diseño, a construcciones detrás del muro o al cambio de material de diseño que produzca un empuje que supere el factor de seguridad.

Tabla 4 Movimiento horizontal en el muro de contenciones condecentes a los estados activos y pasivos (NSR-10 TITULO H)

• Desplazamiento profundo: Este problema consiste no solo en el deslizamiento

del muro, sino también en su hundimiento y giro, inducidos generalmente por la formación de una superficie de deslizamiento profunda, de forma aproximadamente circular. Una causa de la formación de esta superficie de falla es la existencia de un estrato de suelo blando en la parte inferior del muro.39

37 NSR-10 (Reglamento Colombiano de Norma Sismo Resistente) ,TITULO H -Estructuras de Contención 38 (maestros, 2016), op. cit. p.1 39 Ibíd., p.1

34

• Fisuración excesiva: Es un fenómeno visible especialmente en las zonas de tracción del muro, razón por la cual puede llevar a otros problemas de durabilidad puesto que, al estar en contacto con el suelo y por consiguiente con sulfatos, el refuerzo se expone a una acelerada corrosión y en consecuencia se genera una inminente falla por momento flector y cortante. Los orígenes más comunes de la fisuración son la excesiva retracción plástica del concreto en el momento del fraguado las variaciones extremas de temperatura.40

• Rotura por flexión: Las roturas por flexión pueden aparecer tanto en el muro como en la punta de la base o el talón. Como las cuantías en muros suelen ser bajas, los síntomas de pre-rotura sólo son visibles en la cara de tracción, que en todos los casos está oculta, por lo cual no se notan los síntomas de aviso.41

• Rotura por esfuerzo cortante: Como los esfuerzos por flexión, estos esfuerzos pueden llevar a roturas en varias zonas del muro, tanto en el alzado como en el tacón, la punta y el talón.42

• Rotura por fallo de traslapo: Este caso obedece al amarre del refuerzo entre la base y el muro, donde el traslapo entre la armadura de la zapata debe anclarse con la zona del muro de contención. La sección crítica es la de arranque de la armadura de tracción del alzado, donde la longitud de traslapo debe estudiarse detenidamente.43

• Retracción hidráulica y térmica: Este fenómeno ocurre principalmente durante la etapa de fraguado del concreto y se incrementa ante la ausencia de refuerzo longitudinal suficiente para controlar la retracción y la temperatura. Dentro de esta categoría de problemas también podría incluirse el agrietamiento causado por la dilatación y retracción del muro ante cambios extremos de temperatura, lo cual deriva en problemas de fisuración excesiva.44

• Degradación por ataque de medio ambiente: Estos problemas van asociados a deterioros producidos por la gran mayoría de las anteriores patologías, puesto que los catalizadores del deterioro tanto del concreto como del refuerzo, son lesiones como grietas, fisuras y exposición del refuerzo al ataque de sulfatos del suelo y cloruros de las fuentes de agua. Este fenómeno no representa mayor amenaza para los muros de gravedad, puesto que su susceptibilidad a los ataques químicos disminuye ante la ausencia del refuerzo, y pasan a ser relevantes patologías de otros orígenes.45

40 Ibíd., p.1 41 Ibíd., p.1 42 Ibíd., p.1 43 Ibíd., p.1 44 Ibíd., p.1 45 Ibíd., p.1

35

5. METODOLOGÍA

5.1. TIPO DE ESTUDIO

Se realiza un estudio teórico-practico El monitoreo a los muro de contención y su entorno brindan un lineamiento del índice de daño y vulnerabilidad con el cual se puede visualizar el estado de la zona donde están ubicados en cuanto al deslizamiento conjuntamente con la evaluación patológica respectiva de los muros por medio de inspecciones visuales y cuantitativos los cuales van a ser mencionados como ensayos no destructivos, debido a la dificultad del traslado de equipo especializados, como transporte y seguridad de la zona, para la ejecución de ensayos no destructivos, el cual se centra en reducir los daños por la posible remoción de masa y generar alternativas de mitigación dentro del polígono, localizado en el sector de Altos de la Estancia en la Localidad de Ciudad Bolívar en la ciudad de Bogotá D.C. El plan de trabajo fue realizar una inspección patológica mensual de los muros de contención y su entorno evaluando el proceso constructivo que se empleó en dicha estructura, posteriormente con mediciones periódicas (fisurometros), que permitieron identificar los daños existentes en los muros y la zona, que comprometen la vida útil de la estructura. Información de campo que permitirá el análisis de los principales elementos estructurales, análisis que permitirá la determinación del índice de riesgo y vulnerabilidad, finalmente se entregarán las recomendaciones pertinentes presentes en los muros de contención. Para determinar la integridad de la estructura, se realiza primero una inspección visual de la misma, identificando posibles manifestaciones patológicas, esto, teniendo en cuenta los previos conocimientos sobre los materiales usados para la construcción de dicha estructura, por lo que no se debe incurrir en errores como determinar fisuras de contracción del concreto como fisuras generadas por agentes físicos o mecánicos, así que para evitar este tipo de errores se realiza un seguimiento para identificar el comportamiento de la anomalía en la estructura. El seguimiento de las anomalías permite determinar si las mismas son una manifestación patológica o efectos del mismo material, en este caso, como se realiza seguimientos a fisuras, los tipos de patologías son físicas o mecánicas, generadas por esfuerzos a los que es sometida la estructura o deficiencias constructivas de la misma. La primera metodología de seguimiento a las fisuras que se encontraron durante la primera inspección se realizó por medio de un fisuró metro diseñado en el software AutoCAD e impreso sobre acetato de tamaño carta, con el fin de facilitar la visualización de la fisura.

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Figura 21 Diseño de fisurometro utilizado en el estudio de muros de contención.

Consiste en un recuadro enmallado con unas respectivas circunferencias, esto con el fin de realizar bien el traslapo de los dos fisurómetros, el enmallado ayudaba a identificar desplazamientos de manera vertical y horizontal, facilitando la medida del posible desplazamiento, se instalan por medio de dos puntillas aceradas, para penetrar el material de anclaje y los refuerzos metálicos (láminas de acero, como tapas previamente martilladas).

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6. DESARROLLO DE LA PROPUESTA

En los planos anexos al documento se evidencia el seguimiento que se llevó a cabo durante aproximadamente ocho meses a los muros de contención ubicados en el sector alto de la estancia en la localidad de Cuidad Bolívar. Los planos elaborados contienen el registro fotográfico y métrico evidenciando el seguimiento patológico que se realizó a los muros de contención y sus aletas, también se muestra el levantamiento de la estructura consecuente con la ubicación en terreno de la misma adicionando su localización en coordenadas. Todo el levantamiento se realiza para poder hacer cortes donde se evidencien las patologías de los muros y sus aletas con lo que se pudo justificar el daño consecuente que generan estos agentes patógenos a la estructura de contención. Para la elaboración de los mismos se apoyó al método de fotogrametría, se utilizaron planos de apoyo como planos topográficos de la zona a trabajar dotados por la oficina encargada del proyecto de monitoreo Altos de la Estancia realizada por la Universidad Distrital e IDIGER. El resultado del trabajo (planos de levantamiento patológico y monitoreo) se adjuntarán al final documento y se trabajarán como anexos.

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7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Una alternativa de tratamiento y curado para patologías como la fisuras en estructuras de concreto es el método de inyección con sellantes. En fisuras menores de 1mm el sellante ayudara a la adherencia en el lugar de la fisura, en el caso contrario se debe tapar con reparadores estructurales flexibles de mayor penetración. Por lo cual se puede establecer que es la más apropiada, para alargar su vida útil. Para evitar que agentes biológicos afecten la estructura se recomienda realizar una limpieza “poda” y retiro de vegetación entre las dilataciones de la estructura, dado que posiblemente generen esfuerzos en la misma por medio de las variaciones volumétricas de estos agentes. Dado que no se evidencia en el conjunto de estructuras de contención humedades, bien sean activas o inactivas, los sistemas de manejo y control de aguas funcionan efectivamente, adicionalmente, esta no es afectada por pátina, pues esta se genera por medio de la combustión provocada por vehículos, partículas de polvo, condiciones ambientales más no atmosféricas. El diseño de la estructura y construcción de la misma han tenido buenos resultados, pues el terreno está siendo sometido a procesos constructivos desde antes del inicio del monitoreo, los resultados obtenidos, relacionados con los efectos ocasionados por los esfuerzos (fisuras y grietas), demuestran que la estructura funciona bajo los rangos de diseño, basados en su inactividad.

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8. BIBLIOGRAFÍA

IDIGER. (2014). Lo que la tierra se llevó. Bogotá.

maestros. (29 de 07 de 2016). Obtenido de Patologías más comunes sufridas por muros de

contención: https://maestros.com.co/buenas-practicas/patologias-comunes-sufridas-

muros-contencion/

NSR-10, (. C. (2010). TITULO H - Estructuras de contención. Bogotá.

SUAREZ, J. (1998). Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales. Bucaramanga:

Ingeniería de suelos Ltda.