Asentamiento de un edificio en arcilla blanda, observación y cálculo · 2016-09-19 · 2 Asentamiento de un edificio en arcilla blanda, observación y cálculo SOCIEDAD MEXICANA

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

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

Asentamiento de un edificio en arcilla blanda, observación y cálculo Settlement of a building on soft clay, observation and calculation

Alberto JAIME1, Nestor O. GORDILLO2

1Investigador, Instituto de Ingeniería, UNAM, Ciudad Universitaria, D.F., México 2Becario, Instituto de Ingeniería, UNAM, Ciudad Universitaria, D.F., México

RESUMEN: Se estudia el asentamiento de un edificio de geometría regular, cuyas dimensiones en planta son 34 por 44 m, de 7 niveles y cajón de cimentación, ubicado en la zona de lagos de la ciudad de México. El edificio se encuentra cimentado en un cajón de concreto rígido de 1.8 m de altura, desplantado a 3.5 m de profundidad con respecto al nivel del terreno natural. Se discuten los trabajos geotécnicos de campo y de laboratorio, y el comportamiento de la cimentación del edificio. Los asentamientos estimados por métodos analíticos, son comparados con mediciones hechas en el sitio por medio de sondeos de cono eléctrico y mixtos con recuperación de muestras de suelo inalteradas, en los que se aprecia la disminución de los espesores de los estratos compresibles. Para esto, se recurre también a los resultados de los ensayes de laboratorio con los que se determinan las propiedades de los suelos para fines del análisis.

ABSTRACT: The total settlement of a regular geometry building is analyzed. The structure is 34 x 44 m in plan view, seven stories high with basement resting on a rigid box foundation at 3.5 m depth. It is located in Mexico's city lake zone, which is subjected to regional subsidence. Settlements estimated by analytical methods are compared with measurements made at the site by electric cone and conventional borings, which shows the decrease of the thickness of the compressible strata. For this purpose, it is also used information from laboratory tests of undisturbed soil samples to determine the properties that are used in these analyzes.

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes Es común que los edificios cimentados con cajón o losa, en la zona de lagos de la ciudad de México alcancen asentamientos totales de 30 cm o más en menos de 20 a 30 años. Este problema ha sido descrito por diversos autores (Téllez-Pizarro 1899; Cuevas 1936; Marsal y Mazari 1959; Zeevaert 1973; Varios Autores 1978; Jaime 1988). Debido al hundimiento regional en esa zona de lagos es difícil determinar cuál ha sido el asentamiento total de edificios que carecen de nivelaciones topográficas referidas a bancos de nivel profundo. Sin embargo, a veces es posible tener una muy buena estimación del asentamiento total de una estructura con base en sondeos de cono eléctrico y convencional, ya sea de del tipo continuo o mixto.

Especialmente si cerca del sitio analizado hay algún terreno virgen o parque público. En este artículo se presenta un caso real en donde fue posible estimar el asentamiento total de un edificio. Esta estructura, de siete pisos, está cimentada en un cajón de concreto rígido de 1.8 m de altura, desplantado a 3.5 m de profundidad con respecto al nivel de terreno natural. El terreno en planta mide

34 m en sentido transversal, por 44 m en sentido longitudinal.

1.2 Objetivos Determinar el asentamiento total de un edificio de geometría regular, construido hace 35 años, en la zona de lagos de la ciudad de México. El estudio se hace con base en sondeos de cono eléctrico y mixto y resultados de laboratorio en ensayes con muestras de suelo inalteradas. Los resultados se complementan con datos de piezometría del lugar.

1.3 Alcances Se describen los trabajos de campo y de laboratorio, y se discute el comportamiento de la cimentación del edificio. Los asentamientos son estimados por métodos analíticos, alimentados con resultados de ensayes de laboratorio hechos en muestras de suelo inalteradas. Estos son comparados con los espesores de suelos blandos determinados de sondeos de cono eléctrico y convencionales, llevados a cabo en el sitio del edificio y en un terreno virgen colindante.

2 Asentamiento de un edificio en arcilla blanda, observación y cálculo

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A.C.

2 CONDICIONES GEOTÉCNICAS DEL SITIO

2.1 Características estratigráficas generales De acuerdo con el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (RCDF) en sus Normas Técnicas Complementarias (NTC, 2004), el sitio en estudio se localiza en la denominada zona de Lagos (zona III), (Fig. 1).

Figura 1. Localización del sitio en estudio en la zonificación geotécnica del Distrito Federal

El suelo de esta zona se caracteriza por arcillas

blandas a muy blandas con baja resistencia al esfuerzo cortante y alta compresibilidad. En particular, la estratigrafía del lugar consiste en una capa superficial de relleno entre 1 y 2 m de espesor; a continuación, una serie de estratos de arcilla de muy blanda a blanda hasta una profundidad variable entre 35 y 45 m. Estos sobreyacen la llamada primera capa dura de 2 a 4 m de espesor, compuesta de suelos limoarenosos muy compactos.

En seguida, se encuentra una formación inferior de arcilla blanda a media de 4 a 8 m de espesor, la que a su vez sobreyace los depósitos profundos compuestos principalmente de arenas, limos y a veces gravas, muy compactos y resistentes. Debido al hundimiento regional por bombeo de los acuíferos, las arcillas exhiben cierta preconsolidación, la cual es mayor conforme la profundidad del suelo es más grande. Esto es debido al incremento de los esfuerzos efectivos por abatimiento de la presión de poro en la primera capa dura y en los depósitos profundos.

Se sabe que en la zona hay un asentamiento regional provocado por bombeo de los acuíferos. No

se tienen datos particulares pero se estima que el hundimiento regional de esta zona de la ciudad es alrededor de 2 cm por año.

2.2 Sondeo de cono eléctrico, mixtos y piezómetros Para caracterizar el suelo del sitio se llevaron a cabo dos sondeos mixtos (SM-1 y SM-2) combinando la prueba de penetración estándar, SPT, con muestreo selectivo con tubo Shelby de 10 cm de diámetro.

Adicionalmente, se llevaron a cabo tres sondeos de cono eléctrico (SCE-1, SCE-2 y SCE-3), con ellos se midió la resistencia de punta de los suelos. Los sondeos de cono se realizaron con un cono de 10.3 cm2 de área, con una velocidad de penetración entre 1 y 2 cm/s. La ubicación de los sondeos se muestra en la Figura 2.

Calle

Avenida

Calle

Calle

Calle

Calle

N

SCE-1SCE-3

SCE-2

SM-1SM-2

Edificio

Figura 2. Localización de sondeos

El sondeo SM-2, así como los sondeos SCE-1 y

SCE-3 se realizaron donde el suelo se ve afectado por la sobrecarga del edificio. Los sondeos SM-1 y SCE-2, se localizaron en el extremo más alejado de un terreno colindante, donde no influye la carga del edificio. El suelo de este terreno nunca fue sometido a cargas por estructuras, ya que era el jardín de una casa centenaria y antes era parte del lago.

El Nivel de Aguas Freáticas (NAF), se detectó con un pozo de observación. Además, para determinar el perfil de presión de poro del suelo, se colocó una estación piezométrica a un lado del sondeo SM-1. La estación consistió en 3 piezómetros abiertos colocados: el primero, en una capa de vidrio volcánico a 11.5 m de profundidad; el siguiente en un estrato delgado de limo arenoso a 22.5 m; y el tercero, en la primera capa dura a 35 m de la superficie.

2.3 Propiedades índice y mecánicas Las propiedades índice y mecánicas se determinaron a partir de las muestras de suelo tanto

Sitio en estudio

JAIME A. et al. 3


alteradas como inalteradas que se extrajeron de los sondeos SM-1 y SM-2. En la Tabla 1 se muestra un resumen de los parámetros de los suelos correspondientes al sondeo SM-1.

Las pruebas índice que se llevaron a cabo fueron: contenido de agua, ω; densidad de sólidos, ss; peso volumétrico, γ; límites líquido y plástico, LL y LP; contenido de finos y granulometrías. Las pruebas mecánicas consistieron en: triaxial UU, consolidación unidimensional y triaxial CU.

Las pruebas triaxiales UU se llevaron a cabo con una presión confinante de 0.1 kg/cm2, con base y tapa ciegas del espécimen de suelo. Se labraron muestras de suelo gemelas, se llevó una de ellas a la falla y a la otra se le aplicó, por incrementos, una carga aproximada del 0.7 de la carga de falla obtenida en la primera; se descargó a cero, en etapas, y se volvió a cargar hasta llevarla a la falla.

De esta manera se pudieron determinar los módulos de deformabilidad de carga y descarga, respectivamente.

Las pruebas de consolidación unidimensional se hicieron en equipos convencionales con anillo flotante de 2 cm de altura y 8.12 cm de diámetro. Se aplicaron incrementos de carga pequeños para determinar con más precisión la carga de preconsolidación. En el tercer incremento se inundó la cazuela del equipo para mantener saturado al suelo. La descarga se hizo también por etapas. Con estas pruebas se determinaron las curvas desplazamiento- tiempo, e vs p (esc log) y los módulos de compresibilidad y de descarga, correspondientes a los estratos de arcilla.

2.4 Perfil estratigráfico Con base en el registro de campo, la caracterización de las muestras de suelo en el laboratorio y la información proporcionada por el perfil de resistencia de punta del sondeo de cono eléctrico, se elaboró el perfil estratigráfico correspondiente al sitio del sondeo SM-1,(Fig. 3). En esta figura se observa que la estratigrafía del lugar consiste en un relleno de 1.3 m de profundidad que sobreyace a una secuencia de arcillas de muy blandas a blandas hasta 35 m de profundidad, las cuales descansan en la primera capa dura de unos 3 m de espesor, a la que le sigue una capa de arcilla de blanda a media, de 4 m de espesor; finalmente, a 42 m de profundidad inician los depósitos profundos y continúan hasta la máxima profundidad explorada, 50 m.

RESISTENCIA AL CORTE Kg/cm°COMPRESION UU / 2°ESFUERZO DEPRECONSOLIDACIÓN

CONTENIDO DE AGUANATURAL (w,%)

RESISTENCIADE PUNTA qc SCE-2 Kg/cm

PERFIL No. WP WL

ESTRATIGRAFÍA DEL SUELO

DESCRIPCIÓN

PROF

m

0 5 10 100 200 300 0 2 40

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

6

7

9

11

16

19

22

28

36

40

44

50

58

59

61

25

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

2

2MUESTRA

TREC.

%

0 100

IPO

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

CH

MH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CL

ML

ML

Pc

NAF

c= 0.1 kg/cm =15º grados

2

0


2

0


2

0


2

0

SIMBOLOGÍA

FAS

CD

FAI

DP




PERFIL No. WP WL


DESCRIPCIÓN

PROF

m

0 5 10 100 200 300 0 2 40

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

6

7

9

11

16

19

22

28

36

40

44

50

58

59

61

25

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

2

2MUESTRA

TREC.

%

0 100

IPO

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

CH

MH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CL

ML

ML

Pc

NAF

c= 0.1 kg/cm²Ø=15º grados




SIMBOLOGÍA

CD

FAI

DP

FAS

RELLENO

Figura 3. Perfil estratigráfico, sondeo SM-1

En la misma figura, se aprecia el perfil de

resistencia de punta del cono (SCE-2); se puede ver que dicha resistencia varía entre 1.5 y 3 kg/cm2, de la superficie a la primera capa dura. A distintas profundidades se observan incrementos o picos de resistencia que corresponden también con valores bajos del contenido de agua y, por tanto, a suelos no arcillosos (lo cual se confirma también por la descripción de las muestras de suelo del sondeo SM-1). Estos delgados estratos son arenas, vidrio volcánico o fósiles diminutos, los cuales constituyen fronteras drenantes para las arcillas. Destacan, las capas a las profundidades de 6.5 m, 11.5 m, 18.0 m, 22.0 m, 27.0 m, 33.0 m y 35.0 m.



Tabla 1. Propiedades índice y mecánicas

Muestra No.

Prof (m)

ω %

γ kg/m3

% Finos ss Límites UU / 2

kg/cm² Consoli_dación

Triaxial CU

σpc kg/cm²

EC kg/cm²

ED kg/cm²

6 3.35 161.2 1272 x x 0.27 19.04 28.89

7 4.35 271.3 1127 x x 0.17 x x 1.6 19.70 25.38

9 5.85 367.7 1129 x x 0.21 16.73 20.71

11 7.35 343.0 1130 x x 0.22 x x 0.8 13.90 17.05

16 10.75 223.3 1213 x x 0.60 x 1.4 51.37 66.45

19 12.75 258.1 1213 x x 0.43 x 1.9 46.35 48.23

22 14.95 312.1 1162 x x 0.51 60.59 79.09

25 17.15 182.6 1253 x x 0.31 x x 2.0 56.52 65.98

28 19.35 214.8 1188 x x 0.47 x 2.3 50.49 65.07

36 24.55 189.1 1315 x x x 0.93 x 2.7 94.71 97.30

40 27.20 246.3 1219 x x x 1.05 74.24 109.66

44 30.15 237.0 1257 x 0.79 x 3.6 90.61 133.96

50 34.10 151.3 1305 x x 0.86 x x 3.2 137.43 164.74

58 39.15 40.7 1804 x x x 1.39 x 2.1 135.89 294.57

59 40.10 58.9 1537 x x x 0.95 114.26 208.52

61 41.03 66.7 1502 x x x 1.11 150.47 231.64 (*) Los ensayes realizados a las muestras de suelo se indican con una x. w Contenido de agua, %. g Peso especifico del suelo, kg/m3. ss Densidad de sólidos. UU / 2 Resistencia de pruebas triaxiales no consolidadas, no drenadas entre 2, en kg/cm2. σpc Esfuerzo de preconsolidación , en kg/cm2. EC Módulo de de elasticidad de una prueba triaxial no consolidada, no drenada en la etapa de carga, en kg/cm2. ED Módulo de de elasticidad de una prueba triaxial no consolidada, no drenada en la etapa de descarga, en kg/cm2.

Los valores de contenido de agua de las arcillas

disminuyen con la profundidad. De un valor medio máximo de 375 % a 70 % en la capa de arcilla más profunda. Los valores de resistencia de las pruebas triaxiales no consolidadas, no drenadas entre 2 (UU/2) oscilan en un rango de 0.12 kg/cm2 en los estratos superficiales a 1.0 kg/cm2 en los profundos.

2.5 Perfil piezométrico El pozo de observación indica que el NAF se encuentra a 1.8 m de profundidad. Las lecturas piezométricas señalan que entre el NAF y los 22.5 m de profundidad, la presión de poro es algo menor que la hidrostática y que a los 35 m hay una caída mayor de presión de agua intersticial, (Fig. 4). Como no se puede saber con precisión la evolución de las pérdidas de presión de agua en los estratos arcillosos, el perfil de presión de poro se puede suponer como el de la figura. Esto es, considerar que el efecto de la disminución de la presión del agua en ellos se ha completado en el tiempo, lo que corresponde a la condición más desfavorable.

0 10 20 30 40 50-50

-40

-30

-20

-10

0Presión Hidrostáticas (t/m²)

Presión Poro (t/m²) medida

Presión de poro (t/m²)

Profu

ndida

d (m

)

Figura 4. Perfil de presiones de poro

JAIME A. et al. 5


3 IDEALIZACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS

Con la información de los sondeos SM-1 y SM-2, se elaboró el perfil estratigráfico idealizado del suelo, (Fig. 5). Se distinguen 13 capas de arcilla de la formación arcillosa superior y un manto de arcilla de la formación arcillosa inferior. En esa misma figura se identifican los estratos drenantes y sus espesores, así como los de las arcillas, con estos espesores y fronteras drenantes se estimó el asentamiento por consolidación primaria. La primera capa dura tiene 3 m de espesor y los depósitos profundos se encuentran a 42 m de profundidad.

También se presentan los valores medios de UU/2 para cada estrato de arcilla así como las presiones de preconsolidación.




PERFIL No. WP WL


DESCRIPCIÓN

PROF

m

0 5 10 100 200 300 0 2 40

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

6

7

9

11

16

19

22

28

36

40

44

50

58

59

61

25

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

Pc

2

2MUESTRA

TREC.

%

0 100

IPO

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

CH

MH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CL

ML

ML

Pc

NAF


2

0


2

0


2

0


2

0

SIMBOLOGÍA

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5 10 15 20 25 30 35 40

ton/m2

Distribución de esfuerzos (centro de la excavación)

0

DescargaEsfuerzos efectivosRecompresión

100

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5

RESISTENCIA DE PUNTA, qc Kg/cm

SONDEO: SCE-2 NAF: 1.8 m

PROF.2

1129

1213

1162

1188

1219

1257

1305

1519

1253

PERFIL IDEALIZADO

0.1

0.28

0.45

1.2

15

8

7

14

0.21

0.17

0.27

0.22

0.60

0.43

0.51

0.31

0.47

0.93

1.05

0.79

0.86

1.39

0.95

1.11

2.1

3.2

3.6

2.7

2.3

2.0

1.9

1.4

0.8

1.6

3kg/cm 2 Gradoskg/cm 2kg/cm

1272

1213

1252

1315

1281

1600

1500

1500

1500

1500

1600

1500

1600

1500

1600

1600

1600

1500

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PROF.

SIMBOLOGÍA

FAS

CD

FAI

DP

CD

FAI

DP

FAS

RELLENO

2kg/cm

Figura 5. Perfil idealizado del suelo

Con base en el perfil idealizado y los valores de resistencia y compresibilidad indicados en la Figura 5 y la Tabla 1 se realizaron los cálculos para estimar los asentamientos del edificio. Obsérvese que se trabajó con los parámetros correspondientes al perfil de suelo “virgen”, con objeto de que las propiedades de los suelos fueran lo más cercanas a aquellas prevalecientes antes de la construcción del edificio.

Sin embargo, dichas propiedades tienen cierta afectación provocada por el abatimiento de la presión de poro debido al bombeo (Jaime, 1989).

4 CIMENTACIÓN Y CARGAS DEL EDIFICIO

4.1 Descripción del edificio y su comportamiento El edificio de concreto tiene 7 niveles (incluidos planta baja y sótano) se encuentra cimentado en un cajón de concreto rígido de 1.80 m de altura, desplantado a 3.50 m de profundidad con respecto al nivel actual de banqueta. Esto último se confirmó con un pozo de observación, excavado a tal fin. El último nivel solo está construido a la mitad y fue hecho con posterioridad a los seis niveles originales.

Esto provoca un momento estático y una presión de contacto cajón-suelo, mayor en su extremo oeste. Fue construido a fines de la década de 1970, no resintió daños apreciables por los sismos de septiembre de 1985.

De la inspección visual a la estructura se pudo constatar que el último nivel fue construido después y solo se construyó la mitad de la planta, lo que induce un momento estático por excentricidad de la carga vertical. Se infiere que esta carga adicional no fue tomada en cuenta en el diseño inicial (estimada en 0.7 t/m2). Hay que añadir que cuatro (de 16) de las celdas del cajón de cimentación fueron modificadas para utilizarlas como cisternas de almacenamiento de agua, lo cual anuló parcialmente el efecto de subpresión del NAF. Por cierto, las otras celdas estaban secas y contaban con bombas de achique instaladas y funcionando.

No se tienen mediciones topográficas de la historia de asentamientos del edificio. Sin embargo, tiene un desplomo medido de 33 cm, lo cual da un asentamiento diferencial de 66 cm, en el lado largo del edificio, que equivale a una pendiente de 1.5 %.

A pesar de ello, los usuarios prácticamente no lo perciben. Estructuralmente, su comportamiento ha sido satisfactorio. No se observan grietas en trabes ni columnas ni en los muros de carga. Tampoco hay señales de que haya sido reparado. Sus asentamientos son similares a los de otras estructuras parecidas localizadas en la misma manzana y en las colindantes. El peso unitario medio de la estructura w es igual a 9.58 t/m2.



4.2 Análisis de la cimentación De acuerdo con el subcapítulo anterior, la cimentación del edificio es un cajón compensado. Para conocer el grado de compensación del mismo se puede recurrir a la ecuación 1 (Zeevaert, 1983):

( )( )0ed iW dA Uσ= +∫ (1) donde: Wed = peso del edificio más carga viva para cálculo de asentamientos (14327 t); U= empuje del agua por subpresión (2,541.5 t) y ∫(σ0i)(dA)= peso total efectivo del suelo excavado (4751 t). El peso de la cisterna es considerado con agua.

Aplicando esta ecuación se determinó que la carga del edificio excede en 7,034 t al efecto combinado agua-suelo excavado. Es decir, se aplicó al suelo un exceso de esfuerzo Δσ = 4.70 t/m2. Por tanto, la cimentación es parcialmente compensada. Con estos datos se calculará el asentamiento por consolidación primaria y secundaria.

5 ESTIMACIÓN DEL ASENTAMIENTO

5.1 Perfiles de esfuerzos Para determinar el asentamiento que tuvo la cimentación es necesario determinar el perfil de esfuerzos efectivos, el perfil de liberación de esfuerzos provocados por la excavación para construir el cajón de cimentación y el perfil de esfuerzos de recompresión y compresión. Esto se hizo para las verticales que pasan por el centro borde y esquina del terreno. Los decrementos e incrementos de esfuerzo se determinaron empleando la teoría de Boussinesq y el procedimiento de Damy (1985). En la Figura 6 se muestra la información correspondiente al centro del predio. Los parámetros del suelo para estimar los asentamientos, como ya se dijo, fueron los correspondientes al sondeo SM-1, en campo libre (Tabla 1).

5.2 Cálculo del asentamiento por consolidación primaria y secundaria Para el cálculo de asentamientos se empleó la expresión siguiente:

( ) ( ) ( )1 1 1

rc exc vb b v fb

n n n

c m d i m d i m d iδ σ σ σ= Δ Δ + Δ+∑ ∑ ∑ (2)

donde: mrc = módulo de deformabilidad volumétrica correspondiente a la rama de recompresión (entre Δσexc y σ'i), mvb= módulo de deformabilidad volumétrica correspondiente a la rama de compresión (entre σ'i y σb), mv= módulo de deformabilidad volumétrica correspondiente a la

rama virgen (entre σb y el esfuerzo final), Δσexc= decremento medio de esfuerzo por excavación, σ'i = es el esfuerzo vertical efectivo inicial, σb , σ0 ó σpc esfuerzo de preconsolidación, σfb = incremento de esfuerzo en exceso del de preconsolidación y d= espesor del estrato iésimo.

Figura 6. Distribución de esfuerzos por la vertical que pasa por el centro de la cimentación

El asentamiento total fue estimado como la suma

de los asentamientos por recompresión, compresión y aquellos debidos al incremento de esfuerzo mayor que el esfuerzo de preconsolidación, respectivamente. Se calcularon al centro, en el borde y en la esquina de la cimentación. Así, al centro de la cimentación el asentamiento total esperado es de 90.6 cm, en el borde es de 40.2 y en la esquina de 19.1 cm.

Cabe hacer la aclaración que los asentamientos así calculados corresponden a una cimentación flexible. La cimentación del edificio es de un cajón rígido, por lo que el asentamiento total disminuye, ya que el cajón rígido se asienta de manera uniforme. De acuerdo con ello el asentamiento total es de 0.7 veces el correspondiente al centro de la cimentación, es decir 64 cm.

JAIME A. et al. 7


El asentamiento por consolidación primaria ocurrió en un tiempo de 4.6 años. Se señala que hay también un asentamiento secundario diferido (que continua a ritmo muy lento, Cα=0.01) de 0.3 centímetros por año que ocurre principalmente, en la capa arcillosa entre 3.5 y 12.5 m de profundidad, por efecto de la sobrecarga del edificio. Por ello, suponiendo que el edificio fue construido hace 35 años y que la consolidación primaria ocurrió en los primeros cinco, se tiene un asentamiento adicional de 9 cm por consolidación secundaria. Por tanto, el asentamiento final estimado es de 73 cm.

5.3 Comparación de espesores de los estratos blandos Al comparar los sondeos de cono SCE-1 y SCE-3 con el sondeo de cono hecho en campo virgen, SCE-2 (predio vecino al edificio), se observa que el espesor de la capa de arcilla blanda entre 3.5 y 12.5 m disminuyó en 95 cm, (Fig. 7). También se observa en las capas mas profundas una disminución de espesores. La arcilla blanda entre 3.5 y 12.5 m de profundidad es la que recibió el incremento de carga mayor provocado por el edificio. Incluso los esfuerzos a esas profundidades superaron a los esfuerzos de preconsolidación del suelo, lo cual explica los asentamientos tan grandes.

Se hace notar que el abatimiento de la presión de agua intersticial en los estratos de arcilla más profundos también contribuyó a la disminución de espesores. Este efecto es difícil de cuantificar con precisión. Sin embargo, en el estrato de arcilla más superficial se puede estimar de unos pocos centímetros, ya que el abatimiento de presión de poro viene evolucionando de la profundidad a la superficie. Además, la relación de sobreconsolidación de esta capa de arcilla es menor que la de las demás, entre 1.4 y 1.6 contra valores de 1.8 y más de las otras capas.

Estas evidencias, los cálculos realizados y el desplomo del edificio muestran que el edificio se ha asentado entre 73 y 95 cm en 35 años.

6 AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el valioso apoyo brindado por Ana Rosa Fernández Ortiz en la realización de este trabajo.

7 CONCLUSIONES

El edificio se ha asentado del orden de 80 cm. El hundimiento del edificio más importante ya ocurrió. En los próximos años habrá asentamientos por consolidación secundaria muy pequeños del orden de 0.cm por año.

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S C E - 3S C E - 1S C E - 2

8.5 7.6 7.5

6.2 6 6

2.6 2.45 2.4

10.2 9.7 9.71

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Figura 7. Perfiles de resistencia de punta de los sondeos de cono eléctrico, SCE-1, SCE-2, SCE-3.

El asentamiento diferencial fue provocado por el

momento estático provocado por la excentricidad de la carga vertical del edificio. De la inspección visual a la estructura se pudo constatar que el último nivel fue construido después y solo se construyó la mitad de la planta, lo que induce un momento estático por excentricidad de la carga vertical. Se infiere que esta carga adicional no fue tomada en cuenta en el diseño inicial. Sin embargo, aún sin esta sobrecarga (estimada en 0.7 kg/cm2) la compensación parcial era insuficiente para que los asentamientos fueran sustancialmente menores. Hay que añadir que cuatro de las celdas del cajón de cimentación fueron modificadas para utilizarlas como cisternas de almacenamiento de agua, lo cual anuló parcialmente el efecto de subpresión del NAF.

Los sondeos de cono eléctrico permitieron determinar la disminución de espesores de los estratos blandos, al comparar los perfiles de resistencia de punta entre un terreno virgen



colindante y el terreno sobrecargado por el edificio. Además, permiten determinar los estratos drenantes.

REFERENCIAS

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Zeevaert L. (1973). “Foundation Engineering for Difficult Subsoil Conditions”. Van Nostrand Reinhold Company, Nueva York.

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Asentamiento de un edificio en arcilla blanda, observación y cálculo · 2016-09-19 · 2 Asentamiento de un edificio en arcilla blanda, observación y cálculo SOCIEDAD MEXICANA