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