Edificaciones sobre Taludes

COMPORTAMIENTO DE EDIFICACIONES
SOBRE TALUDES
Jaime Suárez Díaz
Universidad Industrial de santander
Bucaramanga - Colombia
Aspectos a tener en cuenta en las
edificaciones sobre taludes
1. Efectos negativos de la edificación sobre el talud
2. Capacidad de soporte de los suelos
3. Esfuerzos de tensión y agrietamientos en la corona
4. Variación del módulo de deformación cerca al talud
5. Deterioro del talud con el tiempo
6. Estabilidad general (Deslizamientos)
7. Suelos especiales ( Suelos dispersivos y suelos sensitivos)
Ejemplo : Las arcillas sensitivas de Barranquilla
Qué es un talud
desde la
perspectiva de
la cimentación
En un terreno
plano
hay
equilibrio
de
esfuerzos
horizontales y
en talud hay
desequilibrio
Tema 1 : Efecto de la edificación sobre el talud
Las edificaciones generan esfuerzos sobre el talud
los cuales pueden afectar su estabilidad
COMPORTAMIENTO
Los taludes son
El efecto de esas cargas depende de las características y
magnitudes de las cargas y de las características del talud
Solución utilizada = Pilotes
Los pilotes pueden inducir la falla del talud por
transmisión de esfuerzos de fricción
Una solución son los anillos de aislamiento de fricción
Consiste en un relleno de bentonita alrededor del pilote.
Estos anillos aumentan la deflección y los esfuerzos de flexión
de los pilotes.
Ref. C. W. W. Ng, L. M. Zhang, W. H. Tang, and C. K. Choy
Esto equivale a que estos pilotes estrán sometidos a
cargas de flexión por falta de confinamiento en la
zona del anillo de bentonita.
Tema 2 : Capacidad de soporte de cimientos
sobre taludes
Zapata sobre
un talud
H
H
β
B
q
D
D
β
Zapata cerca a
un talud
b B
q
D
D
H
La capacidad de soporte de los cimientos sobre
taludes es inferior a la calculada para terreno
plano
Solución : Calcular la capacidad de soporte teniendo en
cuenta al talud
Existen procedimientos para calcular la capacidad de
soporte para el caso de taludes
9
Factor de
estabilidad
Talud
8
7
0
0o
400
o
30
6
o
o
90
60
300
0
200
o
o
40
N
o
90
0o
3
2
o
60
2
o
o
20
0o
o
90
40 o
0o
100
o
30
D
40
30 o
50
o
0
B
40 o
20
q
o
b
4
30
Ncq
Caso II
0o
0o
60 o
5
Angulo de
fricciòn
Talud
o
4
25
5.53
10
5
1
o
1
30
o
90
o
60
0
1
2
3
4
5
30
0
30 o
o
o
30
0
1
2
3
4
5
6
DISTANCIA DE LA FUNDACION DESDE EL BORDE DEL TALUD
b/B (for Ns =0) or b/H (for Ns > 0)
Por ejemplo para los limos rojos de Bucaramanga
sobre un talud a 30 grados la capacidad de soporte
disminuye de Aprox. 40 a Aprox. 18 Ton / m2
Tema 3 : Tendencia a generar esfuerzos de tensión
En la parte superior de los taludes se pueden generar
esfuerzos de tensión en el suelo.
Estos esfuerzos pueden transmitirse a la estructura
Las grietas de tensi
ón son comunes en suelos
tensión
cohesivos o en rocas
La profundidad de las grietas de tensión puede
determinarse de acuerdo a la siguiente expresión:
2c
1
zc =
tan (45 + φ )
γ
2
2
Donde:
zc = Profundidad de la grieta de tensión
Esas grietas pueden reflejarse en el piso, en la
mampostería y en ocasiones en la estructura.
Aunque generalmente las grietas o fisuras de
tensión no representan un riesgo de estabilidad,
si representan un problema para el constructor y
para el propietario o usuario.
No es suficiente con decirle a ese
usuario que las grietas son
normales y que no hay riesgo de
gran magnitud.
Estas grietas son
perfectamente normales y
no representan riesgo
alguno
Estas grietas se pueden controlar de antemano
utilizando vigas de amarre más rígidas o reforzando
los muros de mampostería
Y en algunos casos
estas grietas
pueden terminar en
un problema de
estabilidad.
Para manejar estos
problemas se pueden
requerir muros u obras
de estabilización del
talud
Ejemplo : Excavación junto a una estructura
Tema 4: Deformabilidad de los materiales en la
corona de un talud
La deformabilidad elástica es mayor a medida que el
cimiento se acerca al borde del talud.
Se puede generar sobre el cimiento un efecto de
voladizo
Este efecto es más notorio en suelos duros
o en rocas frágiles
Monumento a la Santandereanidad
Cañon del Rio Chicamocha
Zona con
menor módulo
Solución : Se puede requerir utilizar módulos de
reacción diferentes para los sectores cercanos
al talud
Tema 5 : El talud cambia con el tiempo
Los taludes pueden sufrir deterioro durante
la vida útil de la obra
Con el tiempo van ocurriendo fenómenos
de erosión o de deterioro general o local
Y esos fenómenos pueden reflejarse en la estructura
con el tiempo sobre la estructura
Solución : Pueden requerirse obras de control de
erosión o de protección del talud
Tema 6 : Deslizamientos
Solución : Es posible que no sea viable la estabilización
del talud o que se requieran análisis y obras especiales
para garantizar la estabilidad de las edificaciones
Tema 7: Suelos especiales en taludes
Suelos dispersivos
Suelos sensitivos y colapsibles
Ejemplo :
Arcillas sensitivas de Barranquilla
Arcillas sensitivas
(Quick clays)
de Barranquilla
“Material de arcilla que
tiene la tendencia a
cambiar de una condición
relativamente dura a una
masa
desintegrada
cuando es alterada.”
seca
Saturada
Por qu
é arcillas sensitivas o
qué
rrápidas
ápidas en Barranquilla ?
Brand y Brenner (1981) describen que las arcillas
rrápidas
ápidas se encuentran en á
reas donde hubo
áreas
glaciaci
ón durante el Pleistoceno
glaciación
Los materiales molidos en el proceso de
glaciaci
ón son tranportados y depositados en
glaciación
ambientes marinos
Ejemplo Barrio Campoalegre – Barranquilla
Terraza de
calizas
arrecifales
masivas de
corales y
moluscos
Formación
Perdices
Arcillas
sensitivas
Las laderas nor-occidentales de Barranquilla corresponden a una
terraza arrecifal permeable y dura sobre arcillas duras y sensitivas
de la formación Perdices.
La parte alta de la ciudad de Barranquilla se encuentra sobre una
terraza arrecifal areno-gravosa dura y permeable
El barrio Campoalegre se encuentra abajo del borde
erosionado de la terraza arrecifal.
La posición geológica facilita el movimiento de aguas
subterráneas desde la parte alta de Barranquilla hacia los
taludes del barrio Campoalegre.
La terraza arrecifal es permeable y se encuentra sobre
las arcillas sensitivas
Las arcillas sensitivas de la formación perdices se
encuentran muy alteradas en el contacto.
En las temporadas de lluvias se concentran cantidades
importantes de agua sobre el contacto
Como se formaron las arcillas sensitivas ?
„
„
„
En un ambiente marino las partículas finas
de arcilla y limo se floculan y se acumulan
para formar un sedimento con un
contenido de agua y de sal muy altos.
Posteriormente son levantados por
eventos tectónicos o son expuestos por
encima del nivel del mar.
Las arcillas
sensitivas tienen
una Estructura
floculada
„
„
„
En la estructura floculada las partículas de mineral
de arcilla están unidas borde-a-aborde y borde-acara.
Este efecto de floculación les da una resistencia muy
alta y se mantiene una relación de vacíos constante.
Una vez alterada se produce el colapso de esta
estructura y una pérdida masiva de resistencia.
Forma como se inician los movimientos
en las arcillas rápidas
„
„
Por alguna circunstancia entra
agua dulce al depósito de arcilla
rápida y empieza a lavar
internamente la sal.
Al salir la sal se reduce
abruptamente la resistencia de
la arcilla y la hace muy propensa
a la falla.
Depósito de Arcilla
marina sensitiva
Partículas unidas
entre si por efecto
de la sal
Arcilla
(Depositada en
ambiente marino
de sedimentos
de origen
glacial)
La arcilla sensitiva
se satura
El agua dulce
disuelve la sal
de la arcilla
La arcilla se
comporta como
un liquido
Arcillas muy duras en estado inalterado
Pero “deleznables” en estado alterado
En Campoalegre Barranquilla Los ángulos de fricción drenados
de la arcilla alterada varían de 5 a 10 grados.
Arcillas sensitivas o “rápidas” de Barranquilla
Las arcillas al saturarse se comportan como un lodo. Este lodo tiene
una tendencia a fluir ladera abajo.
Pérdida de resistencia al alterarse
Áng. Fricción Interna φ = 6.208
Cohesión (Kg/cm²)
C = 0.183
Colapso por saturación
Al
saturarse
se
producen
asentamientos
importantes aún para cargas relativamente
pequeñas
Como resultado hay mas de 500 viviendas amenazadas
Y hay varios miles de viviendas en proyecto en la zona
de arcillas sensitivas
Carson mirador
Puertas del
caribe
La respuesta es relativamente lenta. Los movimientos se
detectan después de que pasan las lluvias
Desplazamiento acumulado aprox. 20 cmts
Incluso hay movimientos en edificios sobre pilotes
Vuelo C 14
1428
Sept 18
1972
„
El factor antrópico como
modificador de la respuesta
del talud
Barrio Campoalegre
Barranquilla
El barrio Campoalegre era una ladera con
pendiente ondulada cubierta por un bosque
secundario
1978
Vuelo C 26
-82
26-82
Julio 2003
„
Qué debemos hacer cuando nos encontramos
ante un problema de esta magnitud ?
Codigos locales
para
construcciones
en laderas
Normas de obligatorio
cumplimiento para
todos los proyectos de
desarrollo que se
ejecuten.
Se enmarcan dentro de
la legislación
ambiental mediante
resolución de la
autoridad ambiental.
Estudios mínimos exigidos para proyectos
Estudios y mapas geológicos
Estudios y mapas geomorfológicos
Estudios sismológicos
Estudios de suelos (estudios geotécnicos)
Estudios de estabilidad de laderas
Estudios de erosión
Estudios hidrológicos (Para lotes con limitaciones
relacionadas con erosión, inundación o avenidas
torrenciales).
Estudios de inundación (Para lotes con limitaciones
relacionadas con inundación o avenidas torrenciales).
Documentos que se deben incluir en los
estudios de estabilidad de laderas
Perforaciones o sondeos.
Ensayos de laboratorio.
Análisis de estabilidad estática.
Análisis de estabilidad teniendo en cuenta
eventos sísmicos.
Recomendaciones y diseño de las obras
para garantizar la estabilidad.
Limitaciones a las edificaciones sobre
laderas
No se permite la construcción de edificaciones sobre taludes o laderas
con pendiente natural original del terreno superior al 57%. (Angulo
de inclinación con la horizontal superior a 30º).
No se permite la realización de cortes para construir terrazas
destinadas a la colocación de edificaciones en laderas con pendiente
natural del terreno superior al 57%. (Angulo de inclinación con la
horizontal superior a 30º.)
Los muros entre terrazas de construcciones sobre laderas (con
pendiente inferior al 57%) para la construcción de edificaciones,
deben construirse utilizando muros rígidos que garanticen factores de
seguridad al volcamiento y deslizamiento superiores a 1.5.
Todas las terrazas de construcciones sobre ladera (con pendiente
inferior al 57%), deben realizarse totalmente en corte.
No se permite la construcción de edificaciones sobre rellenos en
ladera.
57 %
No se permite la
construcción de
edificaciones sobre
laderas con más del
57 % de pendiente
original.
No se permite la
construcción de
edificaciones sobre
rellenos a media
ladera.
Cada ciudad colombiana debe tener un código
para construcciones sobre ladera de acuerdo a
sus características geológicas y geotécnicas