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Caracterización estratigráfica y solución de la excavación de un Centro Comercial que se construye en Santa Fe, Ciudad de México

Characterization, strategy and the solution of the excavation of a commercial center that constructs in Santa Fe, México City

Esp. Ing. Rigoberto ESCOBAR C.1, M en Ing. Héctor M. VALVERDE L.2

Sociedad Mexicana de

Ingeniería Geotécnica, A.C.

XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica

Noviembre 14 a 16, 2012 – Cancún, Quintana Roo

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Título del trabajo

(sólo poner primer autor, ver ejemplo) APELLIDO Inicial del nombre et al.

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SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

1Ingenieros Especialistas en Cimentaciones SC, IEC, S.C.

2Ingenieros Especialistas en Cimentaciones SC, IEC, S.C.

RESUMEN: En la actualidad el desarrollo de infraestructura en Santa Fe, Ciudad de México demanda una optimización de sus espacios que raramente son bastos y suficientes, por lo que las técnicas para su aprovechamiento exigen definir claramente la estratigrafía del sitio y detectar oportunamente la existencia de rellenos u oquedades, que en la década de los 80’s y 90’s sirvieron como bancos de arena y finalmente rellenos sanitarios, el uso de cimentaciones profundas y excavaciones en la zona es un reto para la ingeniería actual sobre todo determinar claramente el tipo de suelo por excavar y estabilizar, en nuestro caso el resultado obtenido de la exploración geotécnica ayudo a definir dos fronteras: la primera un aglomerado conformado por gravas empacadas en arena con poco limo color rosáceo, y la segunda, un material de relleno compuesto por fragmentos de roca, gravas y gravillas en estado suelto y sin ningún control de colocación; esto arrojo como resultado soluciones mixtas y una difícil compatibilidad entre los dos procesos constructivos, que representaron un reto para la técnica y el método empleado, llegando a la conclusión de que la ingeniería aún tiene mucho por cambiar.

ABSTRACT: Nowadays the development of the infrastructure in Santa Fe, México City, requests an optimization of its spaces, that rarely are vast and sufficient, that’s why the technical for its better use demand to define clearly the strategies of the place and detect suitable the existence of paddings, that in 80’s and 90’s decades served as sand banks and finally as sanitary paddings. The use of deep foundations and excavations in the zone is a challenge for actual engineering, over all to determine clearly the kind of ground to dig and establish in our case, the obtained result of the exploration geotechnique helps to define two frontiers: first the agglomeration conformed by packed pink sand, second a material composed by loose rock fragments and without any strained control. This emitted as a result mixed solutions and a hard compatibility between two constructive processes that represented a challenge for the employed technique and method, reaching to the conclusion that engineering even has a lot to improve.

XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica

Cancún, Qr., 14 a 16 de noviembre de 2012

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Caracterización estratigráfica y solución de la excavación de un centro comercial que se construye en Santa Fe, Ciudad de México

ESCOBAR R. et al.

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SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

BREVE HISTORIA DEL PONIENTE DE LA CIUDAD DE MÉXICOÉpoca colonial e independencia

La ciudad de Santa Fe ubicada al poniente de la Ciudad de México durante la época de la colonia del México independiente, fue una zona de pastoreo con alguna actividad minera, construyéndose por el camino ha Cuajimalpa una vía de ferrocarril que luego se electrifico, apoyando con esto una creciente industrialización.

Periodos de 1930 a 1940

Ya en los años 30’s la presencia de bancos de arena, motivo la explotación para surtir la creciente industria de la construcción en la Ciudad de México, dando pie a diversos hechos como los siguientes:

a) El mayor fue la extracción de arena el cual creo un hueco de casi 4 km de largo y 2 km de ancho y en algunos lugares hasta de 100 m.

b) La desviación del río Tacubaya por la carretera federal a Toluca, dejo sin abastecer de agua a la demarcación ya que inicialmente abastecía a la zona de lomas.

c) Los cambios bruscos de nivel en la zona dejaron una limitada reserva natural tanto por la creación de vialidades, como por la construcción de zonas populares al oriente y al poniente de las barrancas dejando solo en el sur el parque nacional Desierto de los Leones.

d) La creación de rellenos sanitarios sobre un suelo duro y la introducción de líneas de agua potable, se ven en peligro constante por la contaminación de los lixiviados, además de que la debilidad mecánica de los suelos hace difícil la introducción de líneas de drenaje.

Periodo de los años 50’s

Para estas fechas ya se tenía la carretera federal a Toluca, la cual corre por el lomo poniente que tuvo que ser dejado para evitar el colapso de la misma. En su tiempo se presento un asentamiento irregular llamado la Romita, dando nacimiento a la avenida Tamaulipas la cual se conecta de Santa Lucia y la avenida Vasco de Quiroga

Periodo de los años 60’s

En los años 60’s los depósitos de arena se volvieron difíciles de explotar ya que los refuerzos en las paredes eran cada vez mas complejos y costosos, por lo que los dueños de las minas empezaron a venderlas al Departamento del Distrito Federal, el cual los uso como rellenos sanitarios, al contrario de lo que se dice recientemente desde el límite norte del Centro Comercial hasta la colonia Peña Blanca usándose como relleno sanitario, incluso en el lado de Cuajimalpa junto a los túneles que atraviesan hacia paseo de Tamarindos, se encontraba un tiradero el cual fue clausurado y debidamente cerrado cuando el expresidente José López Portillo, construyo un conjunto residencial en la popularmente llamada “Colina del Perro”.

Periodo de los años 70’s

Al inicio de los años 70’s se creocreó un plan de desarrollo urbano de la zona, en la cual se construirá de inicio una zona industrial, ofreciendo trabajo a los habitantes de la zona y desarrollando la sustitución de importaciones, entre lo planeado se considero crear el Centro de Readaptación Social Poniente “CERESO”, como los que se construyeron en el norte, sur y oriente de la ciudad de México. En este plan no se considero la construcción de zonas habitacionales ya que se preveía la poca capacidad para llevar agua o sacar el drenaje de la zona.

Periodo de los años 80’s

En los 80’s ya se había logrado cerrar la mayoría de los rellenos sanitarios y se habían iniciado la construcción de inmuebles, para esto se procedió al desalojo de una ciudad perdida que se encontraba en lo que es la colonia Centro de Ciudad de Santa Fe, llamada la Viñita, la cual era el asiento de los pepenadores de la zona.

Figura 1. Relleno sanitario en la zona de Santa Fe, la Viñita

Es en 1982 que la Universidad Iberoamericana construye en terrenos donados por el gobierno su Unidad Santa Fe, lo cual marca el cambio de zona industrial a zona residencial de gran nivel económico, como inicialmente se considero.

Periodo de los años 90’s

Durante el gobierno del presidente Salinas de Gortari, el entonces regente de la Ciudad Manuel Camacho Solís y sus colaboradores idearon un proyecto que en teoría sería similar a la ultramoderna zona de la Défense en Paris, el cual estaría ubicado sobre los rellenos sanitarios, por lo que se tuvo que emplear técnicas modernas para primero rellenar nuevamente con varias capas compactadas de arena sobre millones de toneladas de basura que persisten en el subsuelo de los grandes corporativos actuales, y que aún continúan diseminando y filtrando hacia los mantos freáticos contaminando el agua de la ciudad de manera permanente.

La inadecuada infraestructura vial, energética e hidráulica, que originalmente se había planeado para una zona habitacional, genera en los residentes la participación activa en la solución de sus problemas básicos, por lo que se proponen y consiguen una nueva organización donde crean una especie de gobierno interno en el cual administran una partida especial del GDF, sin dar cuenta a los gobiernos delegaciones, lo que ayuda a desarrollar Santa Fe.

Zonificación del poniente de la ciudad de méxico

La zona del poniente se le ha denominado como Lomas, la cual estaestá formada por serranías que limitan a la cuenca al poniente y al norte, además de los derrames del Xitle el SSE, en las sierras predominan tobas compactas de cementación variable, depósitos de origen glacial y aluviones. Por su parte, en el Pedregal del Xitle, los basaltos sobreyacen a las tobas y depósitos fluvioglaciales y glaciales más antiguos.

En el poniente se encuentra, la Sierra de las Cruces, la cual esta constituida por los abanicos volcánicos, caracterizándose superficialmente por la acumulación de materiales piroclásticos durante su actividad explosiva (principalmente en el Plioceno Inferior) y que fueron retransportados por agua y hielo en épocas posteriores.

Campaña de exploración

Para definir las condiciones estratigráficas del sitio, inicialmente se realizó un recorrido visual del predio, durante el cual se determinaron diversas zonas con relleno y se planteo la ubicación de la primer campaña de exploración, la que consistió en 8 sondeos mixtos de los que se obtuvieron los primeros resultados esperados; ya que no fue del todo certera se realizo una segunda etapa de exploración con 8 sondeos mixtos y 8 pozos a cielo abierto, en la Tabla Tabla 1 se pueden observar las profundidades y en la Figura Figura 2 una planta con su ubicación.

Tabla 1. Listado de los trabajos de campo

________________________________________________________________________________________________________

SondeoProfundidadSondeoProfundidad

N (m)N (m)

________________________________________________________________________________________________________

SM-120.05 SM-925.20

SM-220.00 SM-1029.40

SM-348.05 SM-1130.00

SM-419.95 SM-1210.20

SM-545.04 SM-1328.85

SM-644.10 SM-1437.10

SM-749.43 SM-15 9.30

SM-850.10 SM-1610.45

Figura 2. Planta de ubicación de sondeosInterpretación estratigráfica

Apoyados en los trabajos de campo, los resultados de laboratorio y la información de fotografías aéreas del sitio, las cuales ayudaron en gran medida a definir la frontera entre los materiales naturales y los de rellenos a continuación se muestra la estratigrafía detectada y en la Ffigura 3 se exhibe un corte de los suelos encontrados.

- Estrato I. Material con suelo vegetal se presenta solo en los sondeos SM-1, 3, 15 y 16 y esta conformado por una arena gruesa, media y fina con gravas y gravillas y arcilla poco limosa color café claro con raicillas, con un número de golpes (N) registrado en la prueba de penetración estándar entre 10 y mayor de 50.

- Estrato II. Materiales de relleno depositado en el área del predio localizados en los sondeos SM-2, 7, 8, 9, 11, 13 y 14 y esta constituido por arena gruesa, media y fina color gris claro, con poca arcilla muy poco limosa color café claro con pocas gravas hasta de 1” de diámetro con material de relleno, pedazo de hule, tabique rojo y vidrio, con un (N) entre 8 y mayor a 50 golpes, de compacidad suelta a muy densa.

- Estrato III. En general se detectó un material redepositado compuesto por arena gruesa a media y fina color gris claro con arcilla limosa color café claro, con gravas y gravillas de hasta 3/4" de diámetro, con un (N) 8 y más de 50 50 golpes, de compacidad suelta a muy densa.

- Estrato IV. Subyaciendo al material redepositado se detectó un material del sitio formado por arena gruesa, media y fina con gravas y gravillas de hasta 1” de diámetro color gris claro y café rosáceo, con algunas incrustaciones de cristales de cuarzo y materiales finos de toba, con un (N) superior a los 50 50 golpes, de compacidad muy densa.

- Nivel de aguas superficiales. El nivel de aguas superficiales no se detectó durante los trabajos de exploración, por lo menos hasta la profundidad máxima explorada.

SOLUCIÓN DE CIMENTACIÓN

Para conformar la topografía del terreno a la de proyecto y poder alojar los sótanos, se realizaron cortes con ángulo respecto a la horizontal cercanos a los 70°; la profundidad de excavación de acuerdo con banqueta fue de 11.5 5 m en la condición poco profunda y de 23.0 0 m en la condición más profunda, para garantizar la estabilidad de las colindancias y tomando en cuenta las fronteras encontradas se emplearon dos soluciones, las cuales se conciliaron con los especialistas:

- La tradicional con sistema de concreto lanzado y anclas.

- Y una alternativa; mediante una pantalla de concreto simple con sistema Auger-cast, para estabilizar la excavación y contener los rellenos y el anclaje, con muro de concreto lanzado definitivo.

Figura 3. Corte estratigráfico del sitio

Método tradicional

En la figura Figura 4 se muestra el mecanismo de transferencia de carga, para el sistema de concreto lanzado y anclaje el cual trabaja al tensar las anclas lo que produce una presión en la zona de las zapatas de reacción, que genera un cono de redistribución de presiones, comprimiendo a la cuña potencial de la falla, por lo que la fuerza de tensado favorece la transferencia de carga al bulbo. Lográndose un equilibrio limite en la superficie de falla.

Se utilizaron factores de seguridad mínimos de 1.5 para condiciones estáticas y de 1.3 para condiciones dinámicas.

Figura 4. Transferencia de carga en la masa de suelo estabilizada con anclas postensadasMétodos alternativos

En la frontera donde se detectaron los rellenos granulares se creo una gran incertidumbre sobre todo para garantizar la integridad y seguridad de las colindancias es por ello que se realizó un consenso con diversos especialistas para valorar la forma económica y viable que solventara la problemática, llegándose a obtener dos hipótesis que a continuación se presentan:

- La primera son pilas de diámetro de 1.0 0 m separadas @ @ 3.0 0 m acompañadas de una viga madrina en donde se le colocarían las anclas postensadas, Tabla Tabla 2.

Tabla 2. Ventajas y desventajas

Ventajas

Desventajas

Contención de materiales heterogéneos

Tiempo de ejecución de los trabajos de preparación en pilas

Reducción significativa de materiales entre pilas

Colocación de un muro definitivo adicional al sistema de contención de pilas costo adicional

Disminución del riesgo a posibles caídos locales con la colocación de malla y concreto lanzado

- La segunda un sistema mixto compuesto por un muro pantalla con pilas tangentes “auger-cast” y un muro de concreto lanzado definitivo con anclas postensadas de gran capacidad, Tabla Tabla 3, figura Figura 5.

Tabla 3. Ventajas y desventajas

Ventajas

Desventajas

Contención de materiales heterogéneos

Equipo y personal capacitado para la realización del muro pantalla

Reducción significativa de tiempo para la secuencia de excavación

Costo de realización del muro pantalla

Construcción del muro definitivo

Dicha solución fue la adecuada para resolver temporalmente los rellenos y dar certidumbre al momento de excavar para colocar anclas y muro de concreto lanzado definitivo, como lo observado en la figura Figura 5.

Figura 5. Auger-cast pantalla, y muro de concreto lanzado definitivo

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVOConcreto lanzado y anclas

El sistema de contención empleado para la excavación en la frontera con los materiales naturales, fue con el método tradicional de concreto lanzado y anclaje en donde intervienen diversos elementos que dan certidumbre durante la excavación como es:

- Concreto lanzado. En los conos de redistribución de esfuerzos de tensado, se forma una cuña de suelo que ejerce de presión al concreto lanzado, para dar mayor resistencia se le adiciona acero a través de una malla electrosoldada o varillas corrugadas.

- Zapata de reacción. De conformidad con la Ffigura  4, la zapata es el elemento que permite transmitir la fuerza de tensado a la masa de suelo de su rededor, logrando así un cono de estabilización dentro de su respectiva área tributaria, un diseño inadecuada provoca fallas locales imposibilitando el desempeño adecuado del sistema completo.

- Anclas. Estos son elementos que retienen el plano de deslizamiento a través de un cable de acero o torón, en su lado activo se le realiza una inyección de mortero, para que después del fraguado se le de tensión al elemento de acero de acuerdo al proyecto.

En la figura Figura 6 se muestra el corte estabilizado con el método tradicional y en la figura Figura 7 la construcción del muro de concreto definitivo, en la frontera con materiales naturales.

Figura 6. Método tradicional, concreto lanzado y anclaje

Figura 7. Construcción del muro de concreto definitivo

Sistema Auger-cast para pantalla y muro de concreto lanzado definitivo con anclas

El sistema Auger-cast, es comúnmente usado para construir pilas de cimentación, en esta ocasión se utilizo para formar un muro pantalla entre los rellenos y el muro definitivo de concreto lanzado, y consiste en cuatro pasos esencialmente, figura Figura 8:

1. Se perfora mediante hélice continua hasta alcanzar la profundidad especificada de proyecto.

2. Al haber concluido la perforación se deja en el fondo la hélice continua y simultáneamente se inyecta mortero por el centro de la misma, a una presión que garantice la correcta penetración del mortero, comúnmente usada la presión de 300 300 psi (21.1 1 kg/cm2).

3. Una vez extraída en su totalidad la hélice continua, el subsuelo perforado es sustituido por el mortero inyectado rellenando el espacio ocupado por la hélice.

4. Se inicia una nueva perforación conservando el mismo método de perforación, figura Figura 9.

Figura 8. Sistema Auger-Cast (hélice continua)

Figura 9. Construcción del muro pantalla en obra

Comportamiento de los suelos durante la excavación

Como se menciono anteriormente se tienen dos fronteras de suelo detectado, por ende diferentes comportamientos durante la excavación.

En el caso de la frontera con materiales naturales, el comportamiento del suelo fue adecuado con el sistema de estabilización propuesto solo se detectaron algunas bolsas de relleno que se resolvieron localmente, como se observa en la figura 10.

Figura 10. Bolsas de relleno encontrado en la frontera con los materiales naturales

En el caso de la frontera con los rellenos el comportamiento fue adecuado generando en el peor de los casos pequeñas fisuras sobre banqueta no mayores a 2.0 0 cm como se observa en la figura 11, aun así para conocer a mayor profundidad el comportamiento de la misma a largo plazo se instalaron inclinómetros en todo el perímetro del predio verificando la posible presencia de movimientos durante el proceso de excavación y estabilización.

(Apertura de grietas sobre colindancia)

Figura 11. Apertura de grietas durante la construcción de pantalla en la colindancia

El inclinómetro ayuda a determinar desplazamientos horizontales en toda la altura del corte, tanto en la frontera con materiales naturales como en la frontera con los rellenos, su periodo de lecturas fue cada 15 15 días desde los inicios de la excavación; de los instalados solo uno muestra movimientos de manera ascendente sin llegar a los 2.0 0 cm y a una profundidad de 7.5 5 m con respecto a la banqueta, como se muestra en la figura 12.

Figura 12. Inclinómetro con mayor desplazamiento

conclusiones

Es claro que Santa Fe muestra uno de los retos importantes a la ingeniería es común encontrarse suelos heterogéneos, ya sea porque fueron explotados como minas, utilizadas como rellenos sanitarios o por queque no se tiene antecedente de su uso. Una exploración adecuada ayuda en gran medida a reducir la incertidumbre y a dar una mayor certeza en el procedimiento constructivo.

El uso de procedimientos constructivos alternativos no debe ser considerado como un gasto adicional a la obra, el valor tiempo – beneficio representa una de las prioridades del proyectista, ya que es común que los bienes muebles se encuentren vendidos mucho antes de terminar la construcción, por lo que la mejor solución constructiva es aquella que cumpla con las tres reglas básicas costo – tiempo – viabilidad.

Figura 13. Vista panorámica hacia el oriente

Figura 14. Vista del nor-poniente al sur-oriente

Figura 15. Vista del sur al norte

REFERENCIAS (EJEMPLOS)

www.wikipedia.com “Santa Fe, Ciudad de México

Tamez E. et al. (1987). “Manual de diseño geotécnico I”, COVITUR

Tamez E. (2001). “Ingeniería de cimentaciones”, Tgc, geotécnia

Dan A Brown D.A., Ph D; Steven D Dapp S.D., Ph D. (1997). “Design and construction of continuos flight auger piles”, Geotechnical Engineering Circular (GEC), N° 8.

Frizzi, R.P., and Meyer, M.E. (2000). “Augercast Piles: South Florida Experience,” Geotechnical Special Publication No. 100, N. D. Dennis, R. Castelli, and M. W. O’Neill (Eds.), ASCE, August, pp: . 382–396.

SMMS (2002). “Manual de Construcción Geotécnica” Capitulo 5, Sistema de Anclaje en Suelos, Tomo I1: 237 – 300.

AUTOPISTA CONSTITUYENTES - LA VENTA

AV. VASCO DE QUIROGA

ISACC COSTERO

MANUEL SANDOVAL

vacio

vacio

NPT.+0.50

NB.+1.65

baja

ZONA CON MAYOR ESPESOR DE RELLENO

ZONA CON MAYOR ESPESOR DE RELLENO

SOTANO 2

SOTANO 3

SOTANO 1

SOTANO 2

SOTANO 3

SOTANO 1

Proyección nivel de calle.

Anden

Centro Com.

Barril NXL

Barril NXL

Barril NXL

Barril NXL

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Notas:

- Las dimensiones de la zapata de

reacción es fundamental en la

redistribución de presión en el

plano de falla.

Ft

Cono de redistribución de la

fuerza de tensado

generado por la zapata

Cubierta de

concreto lanzado

reforzado con malla

electrosoldada

Cuña de suelo que ejerce presión

sobre la cubierta de concreto

lanzado

Ft

Longitud pasiva del ancla

generadas por el tensado

Curvas de transferencia de carga

Longitud del bulbo

de las anclas

de falla generado por el tensado

Presión media en el plano potencial

Superficie potencial de falla

Fuerza de tensado del ancla