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Instituto Tecnológico de lo Construcción

APLICACIONES DE LOS MUROS TABLESTACA A LA CONSTRUCCIÓN

T E S I S P R O F E S I O N A L QUE PARA OBTENER EL TITULO DE I N G E N I E R O C O N S T R U C T O R

PRESENTA

Alejandro Manuel Alvarez Inzunza Director de Tesis Ing. Humberto González Ortíz

México D.F. 1998

A Dios

A mis Padres por su gran apoyo y comprensión

A la Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción y al Instituto Tecnológico de la Construcción en espacial a su Director M. en I. José Antonio Aguirre Balcells por su vocación y espíritu positivo.

A todos los residentes de la Residencia Universitaria Panamericana, a su director el Lie. Rodrigo Martínez Acebes que me dieron el apoyo y la formación humana.

A mi amigo José Antonio Martínez —

A mi padrinos Ing. Servando Delgado Gamboa y la Sra. Socorro Loaiza de Delgado por su apoyo incondicional para la realización de este trabajo y su cariño de siempre.

A mi novia Laura Delia Aguilar Barcelo que es el impulso de esta carrera que apenas empieza.

A mis Compañeros y amigos, por el trabajo conjunto realizado por estos casi 5 años.

"Aplicaciones de los Muros Tablestaca en la Construcción '

Alejandro Manuel Alvarez Inzunza

ÍNDICE

A Introducción B Objetivo del Trabajo C Características Geológicas y Geotécnicas

del suelo en la Ciudad de México 1 Generalidades 2 Depósitos del Lago 3 Depósitos de Transición 4 Depósitos de Lomas

D Zonificación Geotécnica del Valle de la CD. De México 1 Zona del Lago 2 Zona de Transición 3 Zona de Lomas

E Los Muros Tablestaca 1 Definición 2 Aplicaciones del Muro Tablestaca 3 Ventajas que proporciona su empleo

F Tipos de Muros Tablaestaca 1 Muro Tablestaca Convencional con Bentonita

colado "In Situ" conocido como Muro Milán. 1.1 Funciones y Propiedades de los Lodos

Bentoniticos Propiedades y Pruebas de los lodos Bentoniticos 1.2

1.3 1.4

3 7 9

10 17 22 25 29 31 32 36 39 40 40 40 42 44

45

46 Procedimientos para la Elaboración del Lodo Bent. 48 Aspectos Generales para el Procedimiento 54 constructivo

1.5 Responsabilidades de la dirección general 66 de supervisión y contratista de la obra.

2 Muro Tablestaca prefabricado con usando 70 Lodo Autofraguante como fluido Estabilizador

2.1 Antecedentes 71 2.2 Características del Muro Milán Prefabricado 72 2.3 Factores a considerarse en el análisis y diseño del Muro 73 2.4 Diferentes avances en la colocación del Muro 75 2.5 Procedimientos constructivo 78 2.6 Características de los Lodos fraguantes 84

"Aplicaciones de los Muros Tablestaca en la Construcción "


2.7 Proceso de fabricación y utilización del Lodo 86 autofraguante

3 Muro Tablestaca colado "in situ" utilizando agua 90 como fluido estabilizador o Lodo Arcilloso. 3.1 Introducción 91 3.2 Muros de prueba D.D.F 92 3.3 Estabilidad general de una Zanja con Lodo 92 3.4 Adaptación del Criterio Noruego 95 3.5 Propiedades Significativas de los Lodos 96 3.6 Estabilidad local de la Excavación 99

y Fracturamiento Hidráulico 3.7 Profundidad y Operación del Lodo 103 3.8 Metodología del Análisis de estabilidad de 107

Excavaciones 3.9 Investigación Experimental faltante 112

4 SlurryPro CDP y Slurry MPA Polímeros 113 Utilizados en la construcción de Muros Tablestaca 4.1 SlurryPro CDP 1 1 4

4.2 SlurryPro MPA Aditivo 1 2 1

G Conclusiones 141 H Bibliografía 146

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"Aplicaciones de los muros Tablestaca en la Construcción "


A. INTRODUCCIÓN

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En base a los problemas que en antaño se presentaban en las excavaciones para la construcción de edificios y cualquier tipo de obra de gran magnitud, las cuales requieren de una cimentación profunda para su desplante, se tuvo la necesidad de buscar nuevos métodos que ayudaran a solucionar estos problemas, sobre todo aquellos que se tienen en las zonas urbanas donde la obra por construir colinda con otras estructuras.

La necesidad de construir estructuras subterráneas en suelos blandos o granulares, en ocasiones bajo el nivel de aguas freáticas, ha obligado a buscar métodos que conjuguen por un lado la buena ejecución de la obra y por otro mantengan inalterado el estado de esfuerzos en el suelo de la estructura vecina, evitando así su colapso.

Como resultado de las investigaciones realizadas, se llego a un primer sistema de construcción de cimentaciones a base de muros de concreto colados en zanja (Muro Tablestaca, llamado Milán), es decir , en excavaciones en forma de trincheras, utilizando las propiedades del lodo bentonítico que ya había sido perfectamente aprovechado para las perforaciones profundas en la explotación de pozos petroleros. Para lograr lo anterior, se han elaborado una gran cantidad de sistemas desde el tradicional tablaestacado de madera hasta el ademe progresivo durante la excavación, pasando por el método incorporado mas o menos recientemente a la experiencia constructora de México, que consiste en colar concreto en el seno de un fluido estabilizador, generalmente lodo bentonítico; la aplicación mas interesante de este método fue originada en Milán Italia, por el doctor Cristian Veder, de ahí que reciban estos muros el nombre de "Muros Milán", este sistema ha resultado de gran aplicación en la ciudad de México, debido a las características tan especiales que presenta el subsuelo del valle es por eso que se considera necesario hacer un análisis del valle en el que se tratan todos los factores que intervinieron en su formación como son: el Clima, los depósitos de diferentes volcanes, el lago, su estratigrafía y la zonificación de la cuenca en base a las propiedades particulares de cada una.

En la actualidad, con la construcción de los cajones para alojar el tren subterráneo de transporte colectivo metropolitano, este procedimiento ha resultado el más favorable, tanto por lo económico como por lo rápido de su construcción, comparado con otros métodos como el tablaestacado de madera con guías de acero.

Durante el desarrollo de esta tesis hablaremos de las ventajas que nos permiten obtener avances considerables, ya que los muros colados en sitio en el suelo de la Ciudad de México, aparte de construirse como una tablaestaca para poder efectuar con seguridad y rapidez una excavación, tienen la finalidad de formar parte definitiva de la estructura. Entre los elementos estructurales de concreto armado que pueden colocarse en sitio, se encuentran los pilotes y los muros; los cuales se aplican a la construcción de cimientos de edificios, cajones subterráneos, pilas de puentes, acueductos subterráneos, lumbreras de acceso a túneles, etc.

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Actualmente existen varios tipos de muros que cumplen con estas funciones que en un principio se llamaran Milán, pero como los sistemas constructivos se han modificado, le llamaremos en esta tesis Muros Tablaestaca con la finalidad de agruparlos a todos. Cabe aclarar también que al hablar de Muros Tablestaca hablamos de muros que ayudaran a la estabilidad de la excavación pero que mas adelante tendrán una función de acompañamiento, excepto en el caso del prefabricado en el que el Muro Tablestaca forma parte de la estructura del cajón.

Dentro de los diferentes sistemas constructivos destaca el adaptado por la compañía francesa Soletanche y su filial en México Cimesa.

El Segundo sistema llamado por Cimesa "Procedimiento Panosol" consiste en utilizar muros prefabricados y meterlos dentro de la zanja (que se excava de manera continua) con ayuda de un fluido estabilizador que puede ser bentonita o lodo autofraguante (bentonita mas cemento), después utilizar una junta llamada "Water stop Inflable" que impide la entrada del agua por las juntas, este sistema es posible gracias a un control detallado y minucioso de la tixotropía del fluido estabilizador (en este caso lodo Bentonitico).

El Tercer Sistema constructivo de Muro Tablestaca colado in situ utilizando agua como fluido estabilizador de tal manera que se genere un lodo con el mismo material con que sé esta trabajando, este lodo tendría las propiedades suficientes como para lograr que la zanja no se cierre. Y el sistema de colado es igual al del Muro Milán convencional. Este sistema tiene grandes ventajas en cuanto al costo del mismo en comparación con el del sistema convencional; pero también tiene limitaciones, como pueden ser dentes grandes de arena en su estratigrafía. Este sistema se ha utilizando en la construcción de varias líneas del metro en cajón de tal manera que se ha comprobado su eficacia, pero debido a varios factores se ha dejado en el olvido ya que excluye a la Bentonita y esta es gran parte del negocio de la construcción de Muros Milán.

Existe actualmente un Cuarto sistema el cual tiene en tramite su autorización para realizar pruebas en la Línea " B" del Metro del Km. 24+721 al 23+462; utilizado en el corporativo de Price Club y en el estacionamiento del Instituto Panamericano de Dirección de Alta Empresa (IPADE). Este consiste en utilizar un polímero como fluido estabilizador llamado "Slurry Pro CDP" que tiene las siguientes ventajas según sus distribuidores (las pruebas de este producto están por realizarse por la dirección general de construcción del sistema de transporte colectivo):

- Menor consumo de concreto (hasta 15%) debido a una reducción del sobrevolumen. - Muros tablaestaca expuestas de superficies más limpias y suaves. - Juntas más estrechas entre los paneles de las pantallas; mejor impermeabilidad. - Tolera el agua de mar en obras en las playas y costeras. - Mejora la capacidad de reciclaje y de re-uso. - Lugares de trabajo más limpios y manejables. - Eliminación simplificada de los desechos.

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En esta tesis se tratan estos sistemas con sus ventajas y desventajas, además de que se exponen sus razones técnicas en cuanto a el funcionamiento de cada uno de ellos de tal manera que este trabajo sirva como guía a las personas que empiezan a realizar trabajos en la construcción. Por otro lado se ven los inconvenientes del sistema convencional y se realizan diferentes variantes con la finalidad de que estos trabajos se realicen de la mejor manera con la calidad requerida y con el costo mas conveniente.

"Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción "


B. Objetivo del Trabajo

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En este trabajo el principal objetivo es el de establecer una comparación entre los diferentes procedimientos constructivos de los muros tablestaca fabricados en la ciudad de México y para lograr lo anterior es necesario tratarlos de manera profunda desde los antecedentes necesarios en la formación del suelo y las diferentes zonas de acuerdo a la composición y cargas que a recibido el suelo.

Además cada uno de los procedimientos constructivos se explicaran de manera amplia con todas sus etapas, destacando todas las que se tengan en común y las que establezcan diferencias importantes que repercutan en el costo, tiempo y calidad de la ejecución de estos muros. De acuerdo a la experiencia adquirida por las diferentes empresas contratantes entre las principales se encuentran: Cimesa, ICA, TGC Geotecnia, KB Technologies, Tribasa y Citemex. ante la Dirección General De Construcción Del Sistema De Transporte Colectivo Metro ( antes Covitur) siendo esta el principal cliente en la construcción de las líneas 8 y "B "; es importante destacar que existen otros trabajos realizados en lo que también se apoyara esta trabajo.

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aplicaciones de los Muros Tablestaca en la Construcción "


C. Características Geológicas y Geotécnicas El suelo en la Ciudad de México

icaciones de los Muros Tablestaca en la Construcción "


La información estratigráfica del subsuelo de la Ciudad de México que aquí se presenta está fundamentada en todas las publicaciones disponibles sobre ese tema y en la derivada de los estudios geotécnicos que se han realizado para las distintas líneas del Metro.

En la zonificación del subsuelo se observa cómo se ha podido precisar la compleja estratigrafía de la zona poniente de la Ciudad gracias a los sondeos y experiencia de construcción de la Línea-7. En cuanto a las zonas del lago y transición, la exploración inalterado selectivo ha permitido la definición de perfiles estratigráficos más precisos, demostrando con ello que esta metodología de exploración es una técnica muy eficiente y economía para los estudios del subsuelo de esas zonas.

En relación con las propiedades mecánicas de los suelos, particularmente en las zonas del evolución, observándose una disminución de la compresibilidad y un aumento de la resistencia al corte, fenómenos que ocurren en pocos años y aún en meses a consecuencia de: a) el agua potable, b) el efecto de sobrecarga de antiguos rellenos superficiales, c) el peso de las estructuras, y d) el abatimiento del nivel freático por bombeo superficial para la construcción de cimentaciones y mantenimiento de sótanos. Todo esto hace que la información previa sobre las propiedades mecánicas de los sujetos únicamente deba tomarse como una guía, y que siempre será necesario actualizar el conocimiento del subsuelo mediante estudios geotécnicos confiables.

El conocimiento del subsuelo de la Ciudad de México evolucionará sólo si se mejoran las técnicas de campo, de laboratorio y de instrumentación; por tanto, los aspectos que por su importancia deben desarrollarse a corto plazo son : a) definir la estratigrafía y propiedades mecánicas de la costra superficial, b) mejorar la técnica del cono eléctrico, c) reducir el remoldeo y fisuración de las muestras inalteradas de suelos blandos, d) muestrear en seco los suelos de bajo contenido de agua, y e) disminuir el costo de la instrumentación del campo.

1 Generalidades

Para comprender la naturaleza geológica de los depósitos sobre los que se edifica la Ciudad De México, es necesario considerar los siguientes tres marcos de referencia : el geológico general, el paleoclimático y el vulcanológico.

1.1 Marco Geológico General La cuenca de México asemeja una enorme presa azolvada: la cortina, situada en el

sur esta representada por los basaltos de la sierra del Chichinautzin, mientras que los rellenos del vaso están constituidos en su parte inferior por clásticos derivados de la acción de ríos, arroyo, glaciares y volcanes (figura 1). El conjunto de rellenos contiene además capas de cenizas y estratos de pómez producto de las erupciones volcánicas menores y mayores durante el ultimo medio millón de años o sea el Pleistoceno Superior, que es

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aproximadamente el lapso transcurrido a partir del inicio del cierre de la cuenca. También se conocen en el citado relleno numerosos suelos, producto de la meteorización de los depósitos volcánicos, fluviales, transformados en paleosuelos o toba, llevan el sello del clima en el que fueron formado, siendo aveces amarillos, producto de ambientes fríos, y otras veces cafés hasta rojizos, producto de ambientes moderados a subtropicales.

®

0 Arcillo» lacustres © Depósito» elásticos ® Sierra dal CMchinautzin

FIG 1. ESQUEMA GEOLÓGICO GENERAL DEL VALLE DE MEXICO

Sobre este complejo ha crecido la ciudad de México. Desde la fundación de Tenochtitlán, hará 600 años, los pobladores del lugar han tenido que enfrentarse a las características difíciles del relleno; hacia la mitad de este siglo, sus edificios y obras se fueron desplantando sobre los rellenos correspondientes al borde de la planicie, compuestos de sedimentos tradicionales (figuras 2 y 3), y en lo que va de la segunda mitad de la centuria, la urbe se ha extendido aun más, rebasando los limites de la planicie y subiendo a los extensos flancos occidentales de la cuenca, espacio cubierto por los abanicos volcánicos de la sierra de las cruces, conocido como Las Lomas. Sus depósitos clásticos difieren en mucho de los depósitos arcillosos superficiales del centro de la cuenca.

1.2 Marco Paleoclimático

El clima uniformemente cálido y a menudo desértico del Plioceno, en las latitudes de la meseta central mexicana, cedió a climas cambiantes y extremosos del Pleistoceno. Las causas de esta mutación, que afecto a toda la tierra hace dos millones de años se desconocen.

renovadamente a un segundo período de glaciación prolongada (Kansas). Principió el cambio con ligeras

oscilaciones de períodos calurosos a fríos, los que fueron acentuando hasta hace un millón de años (figura 4),

cuando se inició una primera gran glaciación (Nebraska), con una duración aproximada de 100,000 años. Siguió un lapso de clima caluroso, el cual cedió

Entonces se produjo un lapso extenso de clima caliente de unos 200,000 años. Este intervalo se denomina en Norteamérica el Yarmouth o el gran Inerglacial; imperó hace 400,000 a 600,000 años en todo el orbe.

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Depósi to* fronsiclonalM

Lomas i Arcillo» beustrss

^ ^ ^ • ^ ^ ^ ¿ ¿ ' /f'. {. ' <t >

pasado por periodos de glaciación, el Illinois y el Wisconsin y dos Interglaciales, el Yarmouth y el Sangamon, tal como se describe en la figura 4.

Y/ A Arcillas lacustres dsl Hotoesno

Sustos negros limo-arcillosos dsl PMstocsno, max 5 m

f» **^J Formación Toronao

FIG 2 . ESQUEMA GEOLÓGICO GENERAL DE LA TRANSICIÓN LOMAS-PLANICIE DE UN "DELTA" ALUVIAL

FIG 3. ESQUEMA GEOLÓGICO GENERAL DE LA TRANSICIÓN LOMAS-PLANICIE FUERA DE UN "DELTA" ALUVIAL

Siguió un tercer período Inerglacial (Illinois), para el cual se han podido determinar dos avances separados por un periodo determinar dos avances separados por un periodo con clima moderado. Esta tercera glaciación terminó al desarrollarse de nuevo un clima relativamente cálido a lo largo de 100,000 a 80,000 años; se le conoce como el tercer interglacial o Sangamon en Norteamérica. De nuevo se fue enfriando el clima moderado; terminó hace 10,000 años aproximadamente. Entonces principio el Holoceno o Reciente, período climático moderado, tendiendo a caliente, o sea el actual.

Años antes de Hoy

104

80-10x103

100-80x103

300-100x103

400-600x103

?

?

-900x103

Holoceno - Reciente

4a Glaciación: Wisconsin 3 Avances

3er Inerglacial Sangamon

3a Glaciación: Illinois 2 Avances

2' Gran Inerglacial: Yarmouth

2" Glaciación: Kansas

1er Inerglacial: 1a Glaciación: Nebraska

FIG. 4 PERIODOS GLACIALES E INTERGLACIALES

Uno de los productos típicos acompañado de la existencia de glaciares son los suelos éloicos. Las llamadas brisas del valle y montaña que se desarrollan hoy en día en la cuenca, deben haberse acentuado extraordinariamente durante los climas glaciales, transformándose en vendavales. Es casi seguro que estos fuertes vientos acarreaban importantes volúmenes de partículas finas de polvo volcánico alterando al valle.

De lo anterior se deriva que la cuenca de México, desde su cierre en el sur por los basaltos de la cierra del Chichinautzin, ha

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B ID ^ I r j / I r~> -»- f— __ u ' u j t C A Alejandro Manuel Alvarez Inzunza

Al Precipitarse este polvo llamado loess en el lago se hidrataba fácilmente creando las conocidas arcillas lacustres del valle; con este mecanismo se interpreta hoy que las arcillas son producto principal de la alteración físico - química del loess glacial.

1.3 Marco Vulcanológico

Todo material contenido en los depósitos de la cuenca de México es directa o indirectamente de origen volcánico.

De origen volcánico directo son, por ejemplo, las lavas de los domos pliocénicos del cerro de Chapultepec y del cerro del Tepeyac. Lo son también las lavas, brechas, tezontles y cenizas del Peñón del Marqués, así como las de la sierra de Santa Catarina, con su hilera de lavas y las coladas recientes del pedregal de San Ángel originadas en el Xitle. Los productos de estos derrames volcánicos menores no compiten en variedad y volumen con los de un volcán grande, como lo es el cerro del San Miguel, que se eleva al SW (sudoeste) de la ciudad de México. Este complejo volcán con calderas múltiples, estuvo activo desde finales del Plioceno hasta hará algo mas de 100,000 años, habiendo producido en un lapso de dos a tres millones de años erupciones pumíticas de gran volumen y energía, varios kilómetros cuadrados de lavas, además de extensos de extensos lahares calientes y fríos, avalanchas ardientes y otros numerosos tipos de piroclásticos que han contribuido a los extensos abanicos volcánicos que se conocen como Zona de Lomas.

Entre sus erupciones más espectaculares, ocurridas en el Pleistoceno Superior, destacan las conocidas arenas azules que irrumpieron al formarse la caldera del cerro del San Miguel hará unos 170,000 años, es decir a mediados de la tercera glaciación. Al precipitarse los piroclásticos sobre las superficies en las cumbres del volcán, el vapor producido genero lahares calientes que descendieron con velocidades extraordinarias, avanzando hasta distancias de 20 Km. del cráter, para terminar en las barrancas de Tarango, Tacubaya y San Ángel.

Así como se produjeron lahares calientes hubo también ocasiones en las que el curso de la actividad volcánica resultaron lahares fríos (corrientes de lodo), arrastrando extraordinarios bloques de roca en una matriz areno-lodosa. Efectivamente, supuesto a los depósitos de morenas en Tacubaya y Tarango, se reconoce un potente lahar ciclópeo que debe haber descendido de la región de Cuajimalpa a finales del avance del glaciar del Illinois Inferior, antes de la erupción de las arenas azules.

En el renglón de depósitos volcánicos indirectos se deben mencionar las acumulaciones de polvo eólico. Las regiones volcánicas de por sí abundan detritos finos derivados de cenizas volcánicas. El viento levanta este polvo y lo transporta a veces a grandes distancias; si el viento los deposita en laderas durante periodos de clima frío, se

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transforma en suelos inmaduros que con el transcurso del tiempo se convierten en tobas amarillas que tanto abundan en las lomas. Sin embargo, si se depositan en un lago, como en el antiguo vaso de Texcoco, sus partículas se hidratan transformándose en arcillas. Por otra parte, si se asientan durante un interglacial, o sea cuando impera un clima relativamente caliente, se producen suelos, con coloides 'debido a la actividad filológica2 más intensa; estos suelos con el tiempo se transforman en tobas rojizas arcillosas. Los suelos rojos, ricos en coloides, son característicos de Sangamón.

Relacionados con los períodos glaciales, especialmente a finales de ellos, están los deshielos, por los cuales crecieron los arroyos y los ríos caudalosos. Los deshielos generaron potentes depósitos fluviales que se reconocen hoy en numerosos puntos de Las Lomas, así como al pie de ellas en la transición a la planicie central, formando abanicos aluviales.

1.4 Estratigrafía General

a) Depósitos del Lago

Los depósitos de la planicie del valle de México son los que comúnmente se conocen como depósitos del lago. Hay que señalar que ello solamente es válido y correcto para ciertos tiempos geológicos con condiciones climáticas que propiciaban la existencia de un lago. En la cuenca cerrada podía existir un lago cuando las lluvias superaban a la evapo-transpiración, el que desaparecía cuando ésta superaba a las lluvias. Obviamente, el factor que dominaba dicho equilibrio era la temperatura ambiental: si el clima se enfriaba, se formaba un lago; si se calentaba, el lago disminuía y hasta desaparecía.

Como consecuencia de lo anterior, se presentaron transgresiones y regresiones lacustres. El resultado práctico de esta alternancia fue la depositación de arcillas o formación de suelos. El lago subsistía durante las épocas de calor (sequía) en las partes centrales de la cuenca, continuando aquí la depositación de arcillas (lacustres); en las partes marginales (transición) ocurría lo contrario, donde entre arcillas lacustres se intercalaban frecuentemente suelos secos.

Teniendo en mente los conceptos geológicos, litológicos y de temperatura expuestos, es relativamente sencillo interpretar la secuencia de los llamados depósitos lacustres, a la luz de los cambios climáticos del ultimo medio millón de años. En ese lapso, que corresponde al Pleistoceno Superior, se han desarrollado en el hemisferio norte dos glaciaciones (clima frío) con tres periodos interglaciares (clima moderado a caliente). El clima de la cuenca de México ha sido una función directa de dichos cambios, razón por la cual se puede reconocer en la secuencia estratigráfica de los depósitos del lago las grandes variaciones climáticas. Esta circunstancia, combinada con un análisis minucioso de las

Se entiende por Coloides partículas en suspención

2 Crecimiento de plantas y capa vegetal en el suelo.

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erupciones volcánicas, de las cuales ha sido posible fechar algunas, ha llevado a una geología climática de los depósitos del lago. Además se ha logrado establecer una correlación estratigráfica de dichos depósitos con las secuencias volcánicas de las Lomas al poniente de la ciudad. El Dr. Zeevaert presento en 1953 la primera interpretación de la secuencia estratigráfica de los depósitos lacustres. Mooser ha adicionado información reciente fundamentalmente sobre la interpretación de las edades geológicas y las correlaciones estratigráficas establecidas entre lomas y la planicie; en esta interpretación estratigráfica de la planicie ya no se habla de formaciones Tacubaya, Becerra y Tarango, ya que estas unidades litológicas, son con excepción de la Tarango, no se prolongan de las lomas al relleno lacustre aluvial. En la Figura No. 5 se presenta en forma sintética la interpretación de la estratigrafía propuesta por Mooser. Nótese que las erupciones de arenas azules, ocurridas hace 170,000 años representan lo que antes se definía como Formación Tarango.

Profundidad.m.

10

2 0

30

40

50

6 0

70

8 0

90

Suelos húmicos del Holoceno Caliche Pdmez tripartita Pómez con andesita

Ceniza basált ica '

Arcilla

Suelo

Arcilla

Suelo duro

Arcilla

Capa dura

Arcilla

Erupción de po'mez

Arcilla

Arenas

y

gravas: deslaves de glaciares de I l l inois Superior

Arcilla

Erupción

Arcilla

Erupción de arenas azules

y

deslaves del I l inois Inferior (arenas y gravas)

. Jásente

Reciente HOLOCENO -10 0 0 0 años - I I OOOaftos

-15 000 afios

Serie lacustre > superior:

arcillas poco consolidadas

.-80000 3.er Interglaclal : SANGAMON

-100 000

Serie lacustre • Inferior:

arcillas muy consolidadas.

-170 000 ditos

FIG 5. ESTRATIGRAFÍA DE LA PLANICIE LACUSTRE, CIUOAO DE MEXICO

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b) Depósitos de Transición

Los depósitos lacustres del centro de la cuenca van cambiando a medida que se acercan al pie de las lomas lo que ocurre es que entre las arcillas lacustres van intercalándose capas de suelos limosos, cuerpos de arenas fluviales y, en ciertos casos, en la desembocadura de arroyos y ríos, importantes depósitos de gravas y boleos. Obviamente, las aportaciones fluviales de las lomas al gran vaso de sedimentación que es la planicie, se depositan especialmente en el quiebre morfológico Lomas-Planicie. Figura 6

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Sustos <ial Holocsno ' Sustos Intercalados al bajar «I lago

Capo dura ( 3sr Intsrglaclol -Sangamon) Grava* yarsnasdsl Illinois Suparlor Erupción ds arenas azulss Gravas y arsnas ds finals» dol Illinois Inferior Morriñas dsl Illinois Infsrlor Material msrrsnicorsdspotltada

FIG 6. ESTRATIGRAFÍA OE LA ZONA DE TRANSICIÓN

El lago central nunca fue profundo de ahí que los arroyos que bajaban por las barrancas y desembocaban en la planicie no lograron formar deltas extensos que se introdujeran mucho a dicho lago. Los clásticos fluviales y aluviales se acumulaban consecuentemente en el quiebre morfológico y sé interstratificaban localmente con la serie arcillosa lacustre inferior, las aportaciones de los glaciares que bajaron en el Illinois Inferior hasta Río Hondo, Virreyes, Tacubaya, Barranca del Muerto y San Ángel, depositando morenas con fuertes volúmenes de clásticos y boleos, lograron formar acumulaciones aluviales extensas que parten del pie de Las Lomas y se adentran en la planicie aluvial.

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En la figura 6 se reproduce este hecho en el corte geológico, que muestra la estratigrafía de la zona de transición.

c) Deposito de las Lomas En la secuencia estratigráfica de las Lomas se identifican cuatro fenómenos

geológicos: La erosión subsecuente de estos depósitos, formándose profundas barrancas. El depósito en las barrancas de morenas, y

- El relleno parcial de esas barrancas con los productos clásticos de nuevas erupciones. Las anteriores unidades quedan separadas quedan separas unas de otras por los

suelos rojos, amarillos o cafés según el clima que rigió después de su emplazamiento. En la figura 7 se muestra esa estratigrafía, que se extiende sobre un intervalo que cubre el último medio millón de años.

2. Depósitos del Lago

2.1 Proceso de formación de Suelos

Los suelos arcillosos blandos son la consecuencia del proceso de deposito y de alteración fisicoquímica de los materiales aluviales y de las cenizas volcánicas en el ambiente lacustre, donde existían abundantes colonias de microorganismos y vegetación acuática; el proceso sufrió largas interrupciones durante los periodos de intensa sequía, en los que el nivel del lago bajó y se formaron costras endurecidas por secado solar. Otras breves interrupciones fueron provocadas por violentas etapas de actividad volcánica, que cubrieron toda la cuenca con mantos de arenas basálticas o pumíticas; eventualmente, en los periodos de sequía ocurría también una erupción volcánica, formándose costras duras cubiertas por arenas volcánicas. El proceso descrito formó una secuencia ordenada de estratos de arcilla blanda separados por lentes duros de limos y arcillas arenosas, por las costras secas y por arenas basálticas o pumíticas producto de las emisiones volcánicas. Los espesores de las costras duras por deshidratación solar tienen cambios graduales debido a las condiciones topográficas del fondo del lago; alcanzan su mayor espesor hacia las orillas del vaso y pierden importancia y, aun llegan a desaparecer, al centro del mismo. Esto último se observa en el vaso del antiguo vaso de Texcoco, mostrando que esta región del lago tuvo escasos y breves períodos de sequía.

2.2 Evolución de las propiedades mecánicas a) Consolidación natural. Proceso de formación de los suelos implico que se consolidaran bajo su propio peso, excepto en las costras duras, que se preconsolidaron fuertemente por deshidratación o

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iplicaciones de los Muros Tablestaca en la Construcción "


Glaciación Wisconsin

Inter Glacial Sangamon

Glaciación I l l inois Superior

Glaciación Ill inois Inferior

*3ES=

o«2.

S uelos residuales recientes

Morrenas La Marquesa TU

Morrenas La Marquesa H.

Mo r renas La Marquesa l

Suelos residuales rojos Cuajimalpa

- Pómez

Suelos residuales rojos-amarillos Totolapa

Morrenas Totolapa Superior

Erupciones del horizonte Pingo

Suelos residuales café-amarillos

Arenas azules, erupción hace 170 0 0 0 años

Suelos residuales Lahares ciclópeos

Morrenas Totolapa Inferior

Suelos residuales pumiticos amarillos

O uo

Gran Infer glacial

Yarmouth « /500000 olios antes de hoy

ü

Erupción de arenas blancas

de andesitq de hornabiendq (hace 430 años)

Emisión del domo de Totolapa

Tobas pumftlcos amar Illas y suelos rojos

s Tres grandes erupciones de pómez, suelos residuales rojos

Flujos de plroclástlcos de la erupción Cugulla

FIG7. ESTRATIGRAFÍA DE LAS LOMAS

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[plicaciones de los Muros Tablestaca en la Construcción "


secado solar y que en su parte inferior formaron una zona ligeramente preconsolidada. Considerando que la masa de suelo predominante era muy blanda y normalmente consolidada, la variación de su resistencia a corte3 con la profundidad debió ser lineal y seguramente muy similar en cualquier punto del lago. Es factible que en el lago de Texcoco que prácticamente no sufrió etapas de sequía, y donde el contenido salino de sus aguas era mas alto, las arcillas fueron algo más blandas y compresibles que en el resto de la cuenca. b) Consolidación Inducida El desarrollo urbano en la zona lacustre de la cuenca de México ha ocasionado un complejo proceso de consolidación, en el que se distinguen los siguientes factores de influencia:

La Colocación de rellenos desde la época precortesiana, necesarios para la construcción de viviendas y pirámides, así como para el desarrollo de las zonas agrícolas.

La apertura de tajos y túneles para el drenaje de aguas pluviales y negras , que provocó el abatimiento del nivel freático, lo que a su vez incrementó el espesor de la costra superficial y consolidó la parte superior de la masa de arcilla.

La extracción de agua del subsuelo que ha venido consolidando progresivamente a las arcillas, desde los estratos más profundos a los superficiales.

La construcción de estructuras ha propiciado el reciente crecimiento urbano. c) Resistencia al corte. La resistencia al corte las etapas del proceso de consolidación implican la evolución de la resistencia al corte de los suelos descrita esquemáticamente en la figura 8.

NFo

NFk

(a) Condición Inicial (b) Formación de la costra seca

(c) Formoádn d*l rellano artificial

d« < d i

(d) Aplicación ds sobrecarga

0 Efecto del bombeo profundo

NFo Nivel freático Inicial di NFA Nivel fredtlco abatido RA q¿ Resistencia de punta de cono 0 NC Suelo normalmente consolidado A I LO Lentes duros PCS SS Costra seco por exposición d sol PCP

Espesor de un estrato de arcilla Relleno artificial Sobrecargas superficiales Diferencias de nivel por asentamientos y rellenos Suelo preconsolidado superficial Suelo precoíisolidodo profundo

FIG 8. EVOLUCIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE

19



2.3 Características estratigrafías

a) Costra superficial(CS). Este estrato está integrado por tres subestratos, que constituyen una secuencia de materiales naturales cubiertos con un relleno artificial heterogéneo, a saber:

Relleno Artificial (RA). Se trata de restos de construcción y relleno arqueológico, cuyo espesor varía entre 1 y 7m.

Suelo Blando (SB). Se le puede describir como una serie de depósitos aluviales blandos con lentes de material eólico intercalados.

Costra Seca (SS). Se formó como consecuencia de un abatimiento del nivel del algo, quedando expuestas algunas zonas del fondo a los rayos solares.

a) Serie arcillosa lacustre superior. El Perfil estratigráfico de los suelos del lago, entre la superficie y la llamada Capa Dura, es muy uniforme; se pueden identificar cuatro estratos principales, acordes con su origen geológico y con los efectos de la consolidación inducida por sobrecargas superficiales y bombeo profundo; estos estratos tienen intercalados lentes duros que se pueden considerar como estratos secundarios. A esta parte se le identificara como serie arcillosa lacustre superior y tiene un espesor que varía entre 25 y 50 m. aproximadamente. La estratigrafía anterior se resume a continuación.

Estratigrafía entre la superficie y la capa dura.

Costra Superficial Estratos Principales

Estratos Secundarios

Arcillas preconsolidadas superficiales

Arcillas normalmente consolidadas

Arcillas preconsolidadas profundas

Cepas de secado solar Lentes de arena volcánica Lentes de vidrio volcánico

La resistencia al corte esta dada en función de

20



Resistencia de punta del cono eléctrico q . (kg/cm ) 10 19

© Vidrio volcánico

a) Sitio ligeramente preconsotidado

CS Costra superficial

PCS Suelo preconsalidada superficial

NC Suelo normalmente consolidado

FIG9.

b) Sitio preconsolidado RA Relleno art i f ic ial

SB Suelo blando

SS Costra seca por secado solar

LD Lentes duros

PERFILES TIPO DE LOS SUELOS DE LA ZONA DEL LAGO. EN FUNCIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE DETERMINADA CON CONO

En la figura 9 se ilustran los ejemplos de estos estratos, excepto los preconsolidados profundos, en dos sitios con diferente nivel de preconsolidación. A continuación se describen brevemente las características de los estratos que integran esta serie arcillosa:

Arcilla preconsolidada superficial (PCS). En este estrato superficial, las sobrecargas y rellenos provocan un proceso de consolidación que transformó a los suelos normalmente consolidados, localizados por debajo de la costra superficial CS, en arcillas preconsolidadas.

Arcilla normalmente consolidada (NC). Se localiza por debajo de la profundidad hasta la que afectan las sobrecargas superficiales y por arriba de los suelos preconsolidados por el bombeo profundo, abajo mencionados. Es importante aclarar que estos suelos se han identificado como normalmente consolidados para las sobrecargas actuales, porque aún estas arcillas han sufrido un proceso de consolidación a partir de su consolidación inicial.

21


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza Arcilla preconsolidada profunda (PCP). El bombeo para establecer a la ciudad

de agua potable ha generado un fenómeno de consolidación, mas significativo en las arcillas profundas que en las superficiales.

Lentes duros (LD).Los estratos de arcilla están interrumpidos por los lentes duros que pueden ser costras de secado solar, arena o vidrio (pómez) volcánicos; estos lentes se utilizan como marcadores de la estratigrafía.

a) Capa Dura. La capa dura es un depósito heterogéneo en el que predomina material limo arenoso con algo de arcilla y ocasionales gravas, tiene una cementación muy variable; su espesor es variable, desde casi imperceptible en la zona central del lago que no llego a secarse, hasta alcanzar unos 5m en lo que fueron las orillas del lago. Desde el punto de vista geológico, este estrato se desarrolló en el periodo interglacial de Sangamon.

b) Serie arcillosa lacustre inferior. Es una secuencia de estratos de arcilla separados por lentes duros, en un arreglo semejante al de la serie arcillosa superior; el espesor de este estrato es de unos 15 m al centro del lago y prácticamente desaparece.

3. Depósitos de Transición

3.1 Características Generales Los depósitos de transición forman una franja que divide los suelos lacustres de las sierras que rodean al valle y de los aparatos volcánicos que sobre salen en la zona del lago. Estos materiales de origen aluvial se clasifican de acuerdo al volumen de clásticos que fueron arrastrados por las corrientes hacia el lago y la frecuencia de los depósitos; así se generaron dos tipos de transiciones: iterestratificada y abrupta; ambas condiciones se describen a continuación.

3.2 Condiciones interescarifícada del poniente Esta condición se presenta en los suelos que se originaron al pie de las barrancas, donde se acumularon los acarreos fluviales que descendieron de las lomas a la planicie; estos depósitos tienen semejanza con deltas, solamente que se extendieron hasta la arcilla del antiguo lago de Texcoco, formándose intercalaciones de arcillas lacustres con arenas y gravas de río ( Figuras 2 y 3 ) . En el proceso de formación de suelos, el ancho de la franja de estos depósitos transicionales interestratificados varió según el clima prevaleciente en cada época geológica; así cuando los glaciares en las barrancas de las Lomas se derritieron, afínales de la tercera glaciación, los depósitos fluviales correspondientes ( formados al pie de los abanicos volcánicos) resultaron mucho más potentes y extensos que los originados a finales de la Cuarta Glaciación, con mucho menor espesor de la cubiertas de hielo.

Consecuentemente, y generalizando, puede hablarse de una zona de transición interestratificada cambiante y ancha al pie de Las Lomas; esta área contiene en sus partes más profundas, debajo de la llamada Capa Dura, depósitos caóticos glaciales, laháricos y fluvioglaciales caracterizados por enormes bloques depositados en la boca de las barrancas de San Ángel, del Muerto, Mixcoac, Tacubaya, Tarango y Río Hondo ( Figura 10). Por otra

22

aplicaciones de los Muros Tablestaca en la Construcción " D , «-• I I C O i 8 L I O T E C A


parte, los depósitos aluviales pueden ser recientes, y entonces sobreyacen a los depósitos lacustres, como lo muestra la figura 3; tal es el caso de la cubierta de los suelos negros, orgánicos, arenosos y limoarcillosos del Holoceno, que se extienden desde el pie de las Lomas sobre 2 o 3 Km, al oriente formando las riberas del lago histórico de los Toltecas y Mexicas. Otra zona de transición interestratificada ancha se extiende del Valle de Cautepec hacia el sur ( Figura 11).

Y / A Arcilla lacustre 77] Depósitos aluviales

' / / P ^ H Tobas

P L A N T A

Depósitos de transición -r-r-7-7-7-7-7-7-

/ / / / /

CORTE A - A

FIG10. TRANSICIÓN INTERESTRATIFICADA ANCHA

Depósitos de transición ~IO0m I H

' / / /

„ " 1 , \ " 1 y

Y / A Arcilla locustre U .V l l Basaltos y lapillis l ' .. .3 Suelos aluviales

Cerro de Iztapalapa

• 1 • ^ • _ ' 1 ' \ 1

FIG11. TRANSICIÓN INTERESTRATIFICADA ANGOSTA

23



Peñón del Marqués

Depósitos lacustres

7 ^

<_ /

N - ,

Depósitos lacustres

\ ^ v ->

K/VJ Arcillo locustre

\sS\ | Basaltos y lapillis

EIG12. TRANSICIÓN ABRUPTA DF ISLOTE A DEPÓSITOS LACUSTRES

3.3 Condición abrupta cercana a los cerros

Esta condición se identifica en el contacto entre los cerros que sobresalen de dicho relleno, a manera de islotes; en este caso, los depósitos fluviales al pie de los cerros son prácticamente nulos, lo cual origina que las arcillas lacustres estén en contacto con la roca ( figura 12).

Ü 20

Esta transición abrupta se presenta en el Peñón de los Baños, en el Peñón del Marqués, el cerro de la Estrella y el cerro del Tepeyac; la estratigrafía típica de estas zonas está integrada por la serie arcillosa lacustre, interrumpida por numerosos lentes duros, de los materiales erosionados de los cerros vecinos.

Es interesante mencionar que la cercanía del Peñón de los Baños se encuentran intercalaciones de lentes delgados de travertino silicificado, producto de las emanaciones de aguas termales; lo anterior se ilustra con el sondeo de cono eléctrico que se presenta en la figura 13.

FIG 13.S0NDE0S DE CONO ELÉCTRICO CERCANO AL PEÑÓN DE LOS BAÑOS

24



4 Depósitos de Lomas

4.1 Características Generales La zona de Las Lomas está formada por las serranías que limitan a la cuenca al poniente y al norte, además de los derrames del Xitle al SSE; en las sierras predominan tobas compactas4 de cementación variable, depósitos de origen glacial y aluviones. Por su parte, en el pedregal de Xitle, los basaltos sobre yacen a las tobas y depósitos fluvioglaciales y glaciales mas antiguos.

4.2 Zona Poniente a) Sierra de las Cruces 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.

En la formación de Las Lomas se observan los siguientes elementos litológicos, producto de erupciones de grandes volcanes adesíticos estratificados:

- Horizontes de cenizas volcánicas de granulometria variable, producidos por erupciones violentas que formaron tobas cementadas depositadas a decenas de kilómetros de distancia del cráter.

- Capas de erupciones pumíticas, correspondientes a la actividad volcánica de mayor violencia y que se depositaron como lluvia, en capas de gran uniformidad hasta lugares muy distantes del cráter.

- Lahares, definidos como acumulaciones caóticas de material piroclástico arrastrado lentamente en corrientes lubricadas por agua, generadas por lluvia torrencial inmediata a la erupción.

- Lahares Calientes, correspondientes a corrientes impulsadas y lubricadas por gases calientes; son las menos frecuentes ya que están asociadas a erupciones paroxímicas de extraordinaria violencia; las arenas y gravas azules son las más representativas de estos depósitos.

- Depósitos Fluvioglaciales, producto del arrastre del agua que se derrite y sale del glacial; se distinguen por su ligera estratificación.

- Depósitos Fluviales, correlacionares con la formación clástica aluvial del relleno de la cuenca de México.

- Suelos, producto de la alteración de lahares y cenizas, de color rojo y gris asociados a climas húmedos y áridos, respectivamente.

Las Tobas están consideradas como formaciones

25



Por otra parte, los depósitos más antiguos presentan fracturamieñto y fallamiento tectónico dirigidos principalmente al NE, dirección que mantiene la mayoría de las barrancas de la zona.

b) Pedregal del Xitle

Del cerro del Xitle descendió, hace unos 2000 años, una extensa colada de lavas basálticas; sus numerosos flujos cubrieron las lomas al pie del volcán Ajusco y avanzaron en sus frentes hasta la planicie lacustre entre Tlalpan y San Ángel. Las descendieron sepultando dos importantes valles antiguos: uno en el Sur, que se dirigía anteriormente a las fuentes brotantes de Tlalpan; otro en el Norte, el mayor, que se extendía entre el cerro Zacaltepetl y las lomas de Tarango. Este último valle contaba con dos cabeceras: una en los flancos orientales del cerro de la Palma y la otra en la barranca de la Magdalena Contreras ( Figura 14 ). A la zona cubierta por la lava se le identificaba como los pedregales de: San Ángel, San Francisco, San Ursula, Carrasco y Padierna.

FIG14.GEOL0GIA DEL PEDREGAL XITLE

Por otra parte debe haber existido otro importante valle aún más al Sur, entre las fuentes brotantes de Tlalpan y la sierra de Xochitepec; este valle tuvo su cabecera en Monte Alegre. Este afluente debe haber sido sepultado durante la erupción del Ajusco, en el Cuaternario Superior.

Muy anteriormente a la erupción del Xitle, en el Illinois ( hace 200 000 años ) avanzaron grandes cuerpos de hielo; estos glaciares fluyeron de la barranca de la Magdalena

26


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza Contreras hasta las partes bajas de la antigua planicie lacustre, acercándose a lo que hoy es San Ángel.

Indicios de morrenas con multitud de bloques grandes se han encontrado en San Ángel, así como las Fuentes Brotantes; por consiguiente debajo de las lavas del Pedregal de San Ángel deben existir importantes acumulaciones de morenas y secuencias fluvioglaciales derivadas de su erosión. Por otra parte, también puede asegurarse que antes de que las lavas del Xitle cubrieran el sitio , este valle fue inundado por otras coladas lávicas; en el corte geológico de la figura 15 se ilustra esquemáticamente la estratigrafía descrita.

1. Aluvión 4 .Toba t , a renasydepos i to* fluviales

2 . Basal tos Ped rega l del Xitle S. Acarreos fluvlogladoles

3 . Basaltos Chlchinautzln 6. Formación Taran go

FIG15. SECCIÓN CHICHINAUTZIN-LOMAS CORTANDO EL PEDREGAL DE SAN ÁNGEL

4.3 Zona Norte

Esta región corresponde a la sierra de Guadalupe, se integra principalmente por rocas volcánicas dacíticas y andesíticas, en forma de un conjunto de elevaciones dómicas que se extienden desde el Tepeyac, en el SE de la sierra, hasta la zona de Barrientos, en el NW. En su parte central, esta sierra esta afectada por su graben que se extiende al NNE, formando el valle de Cautepec; en el extremo septentrional de dicho graben y genéticamente ligado a él, se eleva un volcán, cuyas cumbres erosionadas constituyen las porciones más altas de la sierra de Guadalupe y se denomina el cerro Tres Padres.

El Tectonismo que ha regido el vulcanismo de la sierra de Guadalupe se remota al Mioceno Medio; consiste de facturas y fallas dirigidas al ESE. El grabamen de Cautepec, como se dijo, obedece a un tectonismo dirigido al NNE ocurrido en el Mioceno Superior. Finalmente, un tectonismo orientado hacia el ENE, y coincidiendo en la dirección con el alineamiento de la sierra de Santa Catarina, afecta a la totalidad de la sierra de Guadalupe en el Plioceno Superior y Pleistocene

Una característica de la Sierra de Guadalupe son los potentes depósitos de tobas amarillas que cubren los pies de sus numerosas elevaciones en forma de abanicos aluviales. Estas tobas consisten en estratos de vidrio pumítico fino a grueso; son los productos de las

27


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza erupciones violentas que generaron la sierra de las cruces durante el Mioceno y Pleistoceno Inferior.

Durante el pleistoceno Medio y superior, las oscilaciones climáticas produjeron períodos glaciales e interglaciales, que sometieron a la sierra de Guadalupe a ciclos de erosión pluvial y eólica, formándose pequeños depósitos de aluviones y loess. Finalmente, al azolvarse la cuenca de México a consecuencia de la formación de la sierra de Chichinautzin, la sierra de Guadalupe fue rodeada por depósitos aluviales y lacustres en el Sur, Este y Norte; de estos depósitos emerge esta sierra hoy como isla.

28



D. Zonificación Geotécnica del Valle de la CD. De México



INSTALACIONES DEL METRO — LINEA SUBTERRÁNEA — LINEA svrancw. — LINEA ELEVADA

FIG 16 ACOSTÓ, 198?

30


En este capítulo se presenta la zonificación del área urbana basada en las propiedades de compresibilidad y resistencia de los depósitos característicos de la cuenca: lacustres, aluviales y volcánicos; en el fig. 16 se presenta una zonificación actualizada que sigue los lincamientos presentados por Marsal y Mazarí en 1959. Durante el estudio de una línea específica del Metro, eta zonificación debe consultarse para definir en forma preliminar los problemas geo-

t COSTRA

SUPERFICIAL

- "

SERIE

ARCILLOSA

SUPENOR

4-CAM DURA +

SERIE

ARCILLOSA

INFERIOR

DEPÓSITOS PROFUNDOS


técnicos que se pueden anticipar relacionados con el diseño y construcción de las estaciones y tramos intermedios. La zonificación se complementa con información es-tratigráfica típica, la cual permitirá desarrollar las siguientes etapas iniciales del estudio:

- Realizar un análisis preliminar de las condiciones de estabilidad y comportamiento de la estructura durante la construcción y funcionamiento de la línea, así podrán identificarse las alternativas de solución factibles a estudiar durante el diseño definitivo.

- Planear la campaña de exploración, identificando los sitios donde even-tualmente puedan presentarse condiciones estratigráficas complejas.

- Establecer las técnicas de exploración y muestreo aplicables en cada tramo de la línea.

1. Zona del Lago

Esta zona se caracteriza por los grandes espesores de arcillas blandas de alta compresibilidad (fig. 17), que subyacen a una costra endurecida superficial de espesor variable en cada sitio, dependiendo de la locali-zación e historia de cargas. Por ello, la zona del lago se ha dividido en tres subzonas atendiendo a la importancia relativa de dos factores independientes: a) el espesor y propiedades de la costra superficial; y b) la consolidación inducida en cada sitio.

RESISTENCIA DE PUNTA « c U « / c * Z |

FIG 17. SONDEO ZONA DEL LAGO

31


1.1 Lago Virgen Corresponde al sector del lago, cuyos suelos prácticamente han mantenido sus propiedades mecánicas desde su formación; sin embargo, el reciente desarrollo de esta zona de la ciudad, está incrementando las sobrecargas en la superficie y el bombeo profundo.


La estratigrafía típica de la subzona Lago Virgen arriba de la Capa Dura se ilustra con la fig. 18; en la tabla 1 las propiedades medias de los estratos.

1.2 Lago Centro I Está asociada al sector no colonial de la ciudad, que se desarrolló a partir de principios de este siglo y ha estado sujeto a las sobrecargas generadas por construcciones pequeñas y medianas; las propiedades mecánicas del subsuelo en esta subzona representan una condición intermedia entre el Lago Virgen y Lago Centro II. Las características estratigráficas propias de esta subzona presentan en la tabla 2 y en la fig. 19 la resistencia de punta del cono eléctrico de la serie arcillosa; es interesante comparar esta figura con la fig. 18, para observar el incremento de resistencia originado por las sobrecargas

1.3 Lago Centro II

0

5

10

E IM

T>

I '5

C 3 O

o.

20

25

• * n

5 Resistencia de punta qc ,Kg /era

10 15 20

Esta subzona corresponde con la antigua traza de la ciudad, donde la historia de cargas aplicadas en la superficie ha sido muy variable; esta situación ha provocado que en esta subzona se encuentren las siguientes condiciones extremas: a) arcillas fuertemente consolidadas por efecto de rellenos y grandes sobrecargas de construcciones aztecas y coloniales, b) arcillas blandas, asociadas a lugares que han alojado plazas y jardines durante largos períodos de tiempo, y c) arcillas muy blandas en los cruces de antiguos canales. Asimismo, el intenso bombeo para surtir de agua a la ciudad se refleja en el aumento general de la resistencia de los estratos de arcilla por efecto de la consolidación inducida, como se observa en la fig. 20, que conviene comparar con las fig. 18 y 19; en la tabla 3 se resume la estratigrafía característica de esta subzona.

2 Zona de Transición

2.1 Interestratificada del Poniente

En la franja comprendida entre las zonas del Lago y las Lomas; depositados en esta zona se alternan

FIG. 18 SONDEO DE CONO ELÉCTRICO EN LA SUBZONA DEL LAGO VIRGEN

32



Resistencia de punta q c . K g / c m 9 10 15 2 0

FIG. 19 SONDEO CON CONO ELÉCTRICO EN LA SUBZONA DEL LAGO CENTRO I

Estratos arcillosos en un ambiente lacustre con suelos pendiendo sus espesores de las transgresiones y regresiones que experimentaba el antiguo lago.

La frontera entre las zonas de Transición y del lago se definió donde desaparece la serie arcillosa inferior, que corresponde aproximadamente con la curva de nivel donde la Capa Dura está a 20 m de profundidad respecto al nivel medio de la planicie. Conviene dividir esta transición en subzonas, en función de la cercanía a las lomas y sobre todo del espesor de suelos relativamente blandos; se identifican así las transiciones alta y baja, que se describen a continuación

Tabla 1 Estratigrafía y propiedades, Lago Virgen Estrato * Costra superficial Serie Arcillosa Superior Capa Dura Serie Arcillosa Inferior

Espesor, en m 1.0 a 2.5 38 a 40

1 a2 15 a 30

y en t/m3 1.4

1.15

1.25

c, en t/m2 1.0

0.5 a 1.0

0a10 3 a 4

<|>,en0

20

26 a 36

*En orden de aparición a partir de la superficie

33


*La información disponible es muy limitada; los parámetros presentados corresponden a pruebas triaxiales CU


Tabla 2 Estratigrafía y propiedades, Lago Centro I Estrato

Costra superficial Serie Arcillosa Superior

Capa Dura Serie Arcillosa Inferior

Espesor, en m 4 a 6

20 a 30 3 a 5

8a10

y en t/m3 1.6 1.2

1.5-1.6 1.3-1.35

c, en t/m2 4

1 a2 0a10 5 a 8

<|>, en 0

25 -

26 a 36 -


Tabla 3 Estratigrafía y propiedades, Lago Centro II



A) Transición Alta

Estrato Costra superficial

Serie Arcillosa Superior Capa Dura*

Serie Arcillosa Inferior

Espesor, en m 6a10

20 a 25 3 a 5

8a10

y en t/m3 1.6 1.2

1.5-1.6 1.3-1.35

c, en t/m2 4 3

0a10 6a12

<t),en° 20 -

26 a 36 -

Tabla 4 [Estratigrafía y Pro Estrato

Costra superficial Serie Arcillosa Inferior

Espesor, en m 8a10 4 a 6

jiedades, Transición Alta y en t/m3

1.6 1.3

c, en t/m2 10 5

if, en0

20 0

Es la subzona de transición más próxima a Las Lomas, presenta irregularidades estratigráficas producto de los depósitos aluviales cruzados; la frecuencia y disposición de estos depósitos depende de la cercanía a antiguas barrancas. Bajo estos materiales se encuentran estratos arcillosos que sobreyacen a los depósitos propios de las Lomas (fig. 22).

34


B) Transición Baja Corresponde a la transición vecina a la zona del Lago; aquí se encuentra la serie arcillosa superior con intercalaciones de estratos limoarenosos de origen aluvial, que se depositaron durante las regresiones del antiguo lago.

Resistencia de punta qc ,Ka / cm 2

5 10 15 20

FIG. 20 SONDEO CON CONO ELÉCTRICO EN LA SUBZONA LAGO CENTRO I I


Este proceso dio origen a una estratigrafía compleja, donde los espesores y propiedades de los materiales pueden tener variaciones importantes en cortas distancias, dependiendo de la ubicación del sitio en estudio respecto a las corrientes de antiguos ríos y barrancas.

Por lo anterior, puede decirse que las características estratigráficas de la parte superior de la transición baja son similares a la subzona de Lago Centro Y o centro II, teniendo en cuenta que: a) la costra superficial está formada esencialmente por depósitos aluviales de capacidad de carga no uniforme, b) los materiales compresibles se extienden únicamente a profundidades máximas de orden de 20 m, c) existe interestraficación de arcillas y suelos limoarenosos, y d) se presentan mantos colgados.

En la fig. 23 se muestran los resultados de un sondeo de cono característico de esta subzona.

C) Abrupta cercana a los cerros

Es la transición entre las zonas del lago y cerros aislados como el del peñón de los Baños, en la que arcillas lacus

tres están intercaladas con numerosos lentes de materiales erosionados de los cerros y hasta lentes delgados de travertino silicificado.

La fig. 13 ilustra la complejidad estratigráfica de una de estas transiciones.

35

"Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción'

3. ZONA DE LOMAS

SUELOS DÍ

PRADERA

T SUELOS

DE LAGO

TOBAS

2 60

4 00

II oo II 8 0

A Presión

Hidrostdtic

13 00

0 15 40

2 0 4 0

22 35

24 40

25 90

3 5 B 0

W

-j

V

^

? "•

y4

\ - . -» »*•« ».

\' < 0 ~ -

•

¿.

''-

Arcilla limoso

Arena grava

Limos y arana* Arcillosa*

Limo arcilloso Acuífero (manto colgado)

Lacustre Arcillas lacustres

Toba I (Dura)

Lanar Areno azul

Toba 31 (Blanda)

Pómez

Toba m (Blanda)

Toba ZZ (Dura)

40 .00 Fin del sondeo


En la formación de Las Lomas se observan los siguientes elementos litológicos, Producto de erupciones de los grandes volcanes andesíticos estratificados de la sierra de las Cruces: - Horizontes de ceniza volcánicas - Capas de erupciones pumí-ticas - Lanares - Avalanchas ardientes - Depósitos glaciales - Depósitos fluvioglaciales -Depósitos fluviales - Suelos Eventualmente se encuentran rellenos no compactados, utilizados para nivelar terrenos cerca de las barrancas y tapar accesos y galerías de minas antiguas.

Todos estos materiales presentan condiciones irregulares de compacidad y cementación, que determinan la estabilidad de las excavaciones en esta zona; por ello, exceptuando a los cortes en lanares compactos, en los demás depósitos pueden desarrollarse mecanismos de falla.

Q> Aguiero de roedores

FIG 21 . ESTRATIGRAFÍA TÍPICA EN LA ZONA DE TRANSICIÓN ALTA

36

"Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción " B I B L I O T E C A

Resistencia de punta q c . K g / c m O 5 100 200

NI

•O O •o •ó c

I 5

2Q

€ <

C""" — • — — _

• • * •

Avance con

Avance con

Avance con

iroca

xoca

>roca

FIG22. S0N0E0 OE CONO ELÉCTRICO EN LA SUBZONA TRANSICIÓN ALTA


Tobas y lahares fracturados. Estos materiales pueden presentar fracturas en direcciones concurrentes que generen bloques potencialmente inestables; estos bloques pueden activarse bajo la acción de un sismo o por efecto de la alternación de las superficies de fracturamiento, al estar sometidos a un humedeci-miento producto de la infiltración de escurrimientos no controlados. En algunos casos, las fallas locales en la superficie del corte podrían generar taludes invertidos de estabilidad precaria.

Un aspecto significativo de las tobas, es que algunas de ellas son muy resistentes al intemperismo y que incluso endurecen al exponerse al ambiente, mientras que otras son fácilmente degradables y erosionables.

Depósitos de arenas pumíti-cas y lahares de arenas azules. Estos suelos están en estado semicompacto y se mantiene en taludes verticales debido principalmente a la cohesión aparente generada por la tensión superficial aso-, ciada a su bajo contenido de agua; por tanto, el humede-cimiento o secado de estos materiales puede provocar la falla de los cortes.

37


Resistencia de punto q c , K g / c m 5 10 15 . 2 0

FIG23. SONDEO DE CONO ELÉCTRICO EN LA SUBZONA TRANSICIÓN BAJA


Lahares poco compactados y depósitos glaciales y flu-vioglaciales. Estos depósitos presentan una compacidad y cementación muy errática, por lo que la erosión progresiva de origen eólico y fluvial tiende a generar depósitos de talud crecientes, que sólo detienen su avance cuando alcanzan el ángulo de reposo del suelo granular en estado suelto. De la descripción anterior se concluye que los principales agentes de activación son el agua y el viento, por lo cual es necesario proteger estos materiales contra un intemperismo prolongado.

Basaltos. Son los pedregales generados por el Xitle (fig. 16), formados por coladas lávicas que presentan discontinuidades como fracturas y cavernas, eventual-mente rellenas de escoria. La estabilidad de excavaciones en estos basaltos debe analizarse en función de los planos principales de fracturamiento y no de la resistencia intrínseca de la roca; en el caso de cavernas grandes debe estudiarse la estabilidad de los techos. En la exploración geotécnica de esta zona tiene más valor el reconocimiento geológico detallado y la perforación con martillos neumáticos en mayor número de puntos, que la obtención de muestras con barriles de diamante y máquinas rotatorias.

38

"Aplicaciones de Los Muros Tablestaca a la Construcción "


E. Los Muros Tablestaca

39



1. Definición Muros Tablestaca. Son muros de concreto armado colado a "ciegas", contribuyen para garantizar la estabilidad de una excavaciones por debajo del Nivel de Aguas Freaéticas, además de mantener la estabilidad de los esfuerzos de las estructuras vecinas.

2. Aplicaciones del Muros Tablestaca

2.1 Como soporte de Taludes

Se emplea al realizar en terrenos sueltos una excavación para cimentaciones, por debajo del nivel freático, y que en las cercanías se levantan edificios, construcciones de estabilidad dudosa o bien vías de comunicación.

La excavación puede ser :

a) Para cimentación de edificios b) Para cimentaciones en plantas y obras hidráulicas en general c) Excavación de canales bajo el nivel freático d) Pozos Profundos para la explotación de minas e) Para la construcción de lumbreras f) Para la construcción de cajones donde se aloja al tren subterráneo

El estudio realizado en este trabajo esta baso básicamente en la construcción de las diferentes líneas del tren subterráneo (metro ) de la Ciudad de México y en obras realizadas en las cimentaciones de el corporativo de Price Club y el estacionamiento del Instituto Panamericano de Dirección de Alta Empresa (IPADE).

2.2 Como pantalla impermeabilizante Esta función de sellado, la desarrolla correctamente la pantalla de concreto, debido a la continuidad que se tiene, que la hace un muro monolítico consecuencia del procedimiento constructivo.

3. Ventajas que proporciona su empleo

La colocación previa de un Muro Tablestaca como el Muro Milán en el perímetro de una excavación, con el fin de contrarrestar el empuje de tierras, como también soportar cargar verticales, presenta un sensible progreso en comparación con los métodos tradicionales de excavación en las que tradicionalmente se utilizan armazones de madera. Este sistema es también superior a los tablestacados metálicos, los cuales resultan sumamente caros y cuyo hincado produce peligrosas vibraciones y no siempre salen bien, pues cuando en el terreno se encuentran fragmentos de roca, suele hasta imposibilitarse el hincado.

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Los Muros Tablestaca por su perfecta adherencia con el terreno y por la ausencia de acciones dinámicas en la fase de ejecución, evita peligrosos asentamientos de las estructuras colindantes; también permite por su perfecta impermeabilidad interceptar cualquier llegada de material liquido o sólido en dirección de la excavación, permitiendo así una ejecución holgada y segura aún en cotas notablemente inferiores a la capa freática.

Otra de las ventajas está representada también por la posibilidad de llevar la base del Muro Tablestaca hasta grandes profundidades y de adoptarlo al perfil exacto de la superficie del terreno impermeable en le cual debe ser fundado.

El Muro Tablestaca puede ser también incorporado a que forme parte definitiva de la estructura de la obra, pudiéndose usar como elemento de cimentación en colaboración estática con dichas estructuras.

En comparación con los tablestacados de acero, concreto o de madera, los cuales requieren durante la excavación costosas armazones de apuntalamiento; los Muros Tablestaca armados y empotrados en el terreno, pueden soportar en virtud de su elevado momento de inercia, los cortes de la excavación por una altura libre considerable sin necesitar tantos apuntalamientos; lo que significa un ahorro, tanto económico como de tiempo en su ejecución.

Los métodos de ejecución de los Muros Tablestaca, le permiten adaptarse a cualquier perfil planimétrico recto, curvo o mixto y con espesores variables en función de las finalidades estáticas e hidráulicas requeridas en cada caso.

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F. Tipos de Muros Tablestaca

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f

Muros Tablestacas

- Muro Tablestaca colado "in situ" utilizando Bentonita como Fluido Estabilizador, conocido como Muro Milán.

- Muro Tablestaca prefabricado con Bentonita ó lodo Aautofraguante.

- Muro Tablestaca colado "in situ" utilizando agua como Fluido Estabilizador o lodo espontaneo.

V - Muro Tablestaca colado "in situ" utilizando polímeros.

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1 Muro Tablestaca Convencional con Bentonita colado "In Situ", conocido como Muro Milán.

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En la construcción del metro de la Ciudad de México, el Muro Tablestaca ha sido un elemento de extraordinaria utilidad, al inicio de la obra, en 1967, se adaptó la tecnología al subsuelo blando arcilloso de la ciudad, empleándolo como muro tablaestaca temporal para facilitar la excavación del cajón; en los primeros años se demostró también su confiabiliadad como parte del cajón estructural definitivo, mediante un extenso tramo de prueba. En cuanto al procedimiento de ejecución, se comprobó la utilidad y eficacia de las almejas hidráulicas; respecto al fluido estabilizador, se recurrió al lodo bentonítico, pero se ha estudiado que tiene varios inconvenientes entre los principales su elevado costo y la contaminación que provoca.

1.1 Funciones y propiedades de Los lodos bentoniticos

Actualmente la técnica que se aplica en la construcción del METRO subterráneo de la Ciudad de México, consiste en la de un cajón limitado lateralmente por Muros Tablestaca; el cual generalmente se considera un procedimiento constructivo empleado en las arcillas blandas de la zona del lago, conviene aclarar que el uso de lodos en estas condiciones queda restringido a problemas específicos originados por la existencia de estratos importantes de arenas inestables, o bien, cuando por la presencia de sobrecargas superficiales, sea recomendable el uso de lodos que garanticen la estabilidad de las excavaciones.

Es importante hablar de la bentonita utilizada como fluido estabilizador ya que es este material es el que nos dará una excavación de estable y de la calidad requerida.

La función de los Lodos Bentoniticos en la excavación de zanjas para Muros Tablestaca consiste en: - Estabilizar las paredes de la excavación - Evitar la depositación de azolves en el fondo, manteniendo la arena en suspensión - Permitir un desplazamiento eficiente por el concreto durante el colado

Mantener su bombeabilidad

La preparación del Lodo Bentonítico se determina con base a su rendimiento y viscosidad, es decir la cantidad de bentonita en polvo que se emplea en el Lodo varía dependiendo de la calidad del agua y bentonita y del propósito de la mezcla, un valor más alto de bentonita por metro cúbico de agua para Lodos Bentoniticos de bajo rendimiento se utilizará en zanjas con problemas de estabilidad. A continuación se tratarán las distintas propiedades de Los Lodos Bentoniticos

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1.2 Propiedades y pruebas de Los Lodos Bentoniticos 1.2.1 Viscosidad de Marsh Esta característica es indicativa del grado de espesamiento de los Lodos, sin que tenga una relación directa con la viscosidad plástica.

De manera similar a la viscosidad plástica, la prueba del cono Marsh puede ser un indicador cualitativo del grado de bombeabilidad del lodo; se emplea además para dar una idea del grado de contaminación de una manera rápida y sencilla.

1.2.2 Contenido de Arena Se refiere a la cantidad de arena que se mantiene en suspensión en el lodo, expresada como un porcentaje. Hasta la fecha ha sido común encontrar especificaciones que recomiendan que el contenido de arena no exceda del 3%. Lo anterior es comprensible cuando se habla de lodos de perforación; sin embargo, en excavaciones para muros se han encontrado límites hasta del orden de 20%, sin que se afecte el desplazamiento del lodo por el concreto durante el colado.

Cabe señalar que al aumentar el contenido de arena en un lodo con relación agua - bentonita constante aumenta su volumen de agua libre y por lo tanto afecta la manejabilidad de la mezcla.

1.2.3 Potencial Hidrogeno Es una característica del estado eléctrico de una suspensión de arcilla en agua, el cual es medido por el P.H.

En el laboratorio el P.H. se mide con indicadores de P.H. cuyo color resultante, al ser mojado en el lodo, se compara con una escala índice de colores.

1.2.4 Densidad

Esta característica de los lodos se refiere a su peso volumétrico, el cual depende de la cantidad y peso específico de las partículas sólidas en suspensión.

Los lodos de 15 cp preparados con bentonita sódica presentan densidades comprendidas entre 1.03 y 1.05 gr/cm3, dependiendo del peso específico del material. Donde cp = centipoises Ib /100 ft2

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Aplicaciones de Los Muros Tablestaca a la Construcción" M f f~1 • *"^

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En la excavación de zanjas, la densidad de los Lodos Bentoníticos, contribuye muy poco en la estabilidad de las paredes en relación con el empleo de agua, ya que la diferencia entre sus densidades es mínima.

Cuando por razones de baja resistencia de los materiales excavados o existencia de sobrecargas en la vecindad de las excavaciones, sea necesario incrementar la densidad del lodo para alcanzar un factor de seguridad adecuado, se le agrega algún material inserte que pueda mantenerse en suspensión.

Por otra parte, Xanthakos recomiendan que la densidad del lodo dentro de la zanja antes de realizar el colado, no exceda de 1.25 para lograr que su desplazamiento por el concreto se realice eficientemente.

1.2.5 Viscosidad Plástica y límite de fluencia

La viscosidad plástica de un lodo puede definirse como la fricción interna, la resistencia a fluir o como la resistencia al esfuerzo cortante y básicamente depende de tres factores:

- Viscosidad de la base líquida Tamaño, forma y cantidad de las partículas en suspensión

- Fuerzas entre las partículas.

1.2.6 Volumen de Agua Filtrada y Espesor de Costra (Cake) El agua mezclada con bentonita para formar un lodo se presenta en tres formas: - Agua libre entre las partículas o granos - Agua absorbida, o sea rígidamente ligada a la superficie de Los granos. - Agua de solvatación

Al someter una muestra de lodo a una prueba de filtrado, el agua libre se separa de las partículas de bentonita, dejando un residuo plástico llamado "Cake". Este residuo plástico o Cake, que forma en las paredes de un pozo o una zanja estabilizado con lodo cumple con varios propósitos. Crear una membrana impermeable que permita la transmisión al terreno de las presiones hidróstaticas de la columna del lodo.

Crear una membrana que evite los derrumbes de las paredes del pozo; debe ser delgada y resistente para cumplir con estos propósitos, dejando sin embargo paso a las herramientas de perforación.

Se ha podido comprobar que al aumentar la cantidad de agua libre de un lodo de relación agua bentonita constante medida por la prueba de filtrado, aumente también el espesor del Cake y disminuye su resistencia. Por lo tanto una gran cantidad de agua libre en un lodo resulta desfavorable.

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"Aplicaciones de Los Muros Tablestaca a la Construcción"


La prueba de filtrado se lleva a cabo en el laboratorio en la siguiente forma:

Se coloca una muestra de lodo en la prensa filtro Baroid y se somete a una presión de 7 kg/cm2 cierta cantidad de agua libre se separa de la bentonita, que forma un residuo plástico, y se recoge en una probeta graduada. La prueba dura por lo general 30 min. Y, al cabo de este tiempo se mide la cantidad de agua expulsada. También se mide el espesor del Cake residual.

Durante la excavación de zanjas, la viscosidad plástica es indicativa del grado de bombeabilidad del lodo usado; Hutchinson. Recomienda que el valor de la viscosidad plástica no sea mayor de 20 cp al momento del vaciado del concreto. Sin embargo, lo anterior debe ser tomado con ciertas reservas, ya que el procedimiento usual de colado de muros con el método Tremie está basado en la diferencia de densidades entre el concreto y el lodo, en donde la viscosidad puede no ser determinante.

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1.50 m

Manguera

2.00 m

Fig 24. Dibujo Esquemático sin Escala 2.00 m

1.3 Procedimientos para la elaboración del Lodo Bentonítico

1.3.1 Instalación de una planta Tipo para la Elaboración de Lodos Con objeto de obtener un lodo de calidad adecuada para ademar las zanjas donde se construirán los muros de concreto colados en sitio, debe seguirse la secuela que se indica a continuación y contar con el equipo que se menciona durante el proceso.

a) Materia Prima. Para lograr una suspensión coloidal estable y tixotropica se requerirá emplear bentonita sódica constituida por partículas de tamaño menor que 0.2 Mieras

No debe usarse para la elaboración de los lodos, bentonita calcica debido a que reacciona con el cemento del concreto. b) Preparación y control. Instalación.

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La instalación y funcionamiento de la planta elaborada de estabilizador deberá llevarse a cabo tal como se muestra en el diagrama de la figura 1. Equipos y Accesorios. El equipo y accesorios que se utilizaran en el proceso de elaboración del lodo serán los siguientes: - Local cerrado para la recepción y deposito de la bentonita . - Tanque de almacenamiento de agua potable. - Tanque de mezclado con bomba centrifuga acoplada. - Tanques para control y tamizado. - Batería de Hidrociclones - Tanque para control de arenas. - Tanques de reposo. - Bombas centrifugas de lodos. - Equipo para determinar las propiedades de los lodos.

1.3.2 Dosificación

Del deposito o almacén la bentonita pasara a la tolva del tanque de mezclado en la cantidad necesaria para obtener el proporcionamiento agua - bentonita que cumpla con las propiedades que se especifican para el lodo. Así mismo, del tanque de agua limpia se alimentara a la mezcladora en la cantidad necesaria para lograr el proporcionamiento mencionado.

Al principio, se harán algunos tanteos con el proporcionamiento, hasta lograr aquella relación que de un lodo cuyas propiedades queden comprendidas dentro de los limites especificados.

1.3.3 Mezclado

El tanque de mezclado tendrá una capacidad de 5.00 m3 y contara con una tolva y rehiletes accionados por un motor de baja velocidad.

A medida que se introduzca la bentonita en la tolva se iniciara el mezclado cuya duración mínima será de 30 minutos.

1.3.4 Control de Mezclado

Para que el lodo pueda continuar con su proceso de elaboración, deberá cumplir con los requisitos de viscosidad Marsh comprendida entre 35 y 50 seg. Y de la densidad comprendida entre 1.03 y 1.06 gr/cm3.

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Con este objeto será necesario instalar, después del tanque de mezclado, un tanque en donde se controlara la densidad y la viscosidad Marsh del producto mezclado. Este tanque tendrá también una malla por la que deberá pasarse el lodo para realizar la primera etapa de desarenamiento.

El tanque de control tamizado será de forma cilindrica, de 5.0 m3 capacidad tal como se muestra en la figura no. 25 deberá llevar acoplado abajo del entrepaño donde va la malla un juego de chiflones tangenciales a la pared interior del tanque que se conectaran con la descarga de la bomba para recircular el lodo en caso necesario al tanque de mezclado.

Fig. 25 Planta de Almacenamiento y des-ararenado de Bentonita de la Empresa CIMESA

En este tanque se realizaran determinaciones de densidad y viscosidad Marsh por cada volumen mezclado. En el caso de que no se cumpla con las propiedades antes mencionadas, deberá agregarse en el tanque las cantidades necesarias de bentonita y/o agua hasta lograr que el lodo quede dentro de tales limites.

La adición de agua o bentonita se hará recirculando el lodo del tanque a la bomba y regresándolo al tanque por la descarga acoplada a los chiflones tangenciales, es decir, se deberá hacer una recirculación para realizar mejor el mezclado.

Si a pesar de estos se observa que el lodo no cumple con lo especificado, el lodo se regresara del tanque al tanque mezclador por medio de bomba para agitarlo nuevamente, en esta etapa se volverá a agregar la cantidad de agua o bentonita que sea necesaria. Este proceso se repetirá las veces que sea necesario hasta cumplir lo especificado.

Una vez que el lodo cumpla con los valores Marsh, se pasara por medio de una bomba a la batería de hidrociclones en los cuales se deberá eliminar las arenas del lodo.

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1.3.5 Tamizado El tamizado del lodo se hará directamente en el tanque de control para lo cual deberá contar con su parte superior y solamente en la mitad del tanque, con un entrepaño o marco en el que se apoye un bastidor formado por una malla del no. 16 para limpiar las partículas gruesas que vienen en el lodo . Cuando se realice la limpieza, esta se hará removiendo la del tanque, y aplicándole un chorro de agua limpia a presión pasándole varias veces un cepillo de cerdas metálicas finas. Esta operación se hará cuidadosamente para no romper la malla.

La limpieza del tanque se hará durante el tiempo en que el sistema no trabaje o cuando el sistema lo requiera.

1.3.6 Control de Arenas

El lodo que sale de la batería de hidrociclones se depositara en un tanque de control de arenas de 6.00 m3 de capacidad, en el cual se tomaran muestras cada vez que la mezcladora produzca volumen de todo con objeto de determinar su contenido de arena, de tal manera que siempre exista control sobre cada volumen mezclado. Si el contenido de arena es menor de 3% el lodo pasara directamente al tanque de reposo por medio de la bomba, pero si el contenido de arena es mayor, al 3% el lodo se reciclará nuevamente por la batería de hidrociclones por medio de la bomba centrifuga para volverlo a desarenar y que quede dentro del limite especificado.

En todo el proceso de elaboración se han especificado dos tanques de control y tamizado, dos baterías de hidrociclones y dos tanques de control de arenas, con objeto de que, con este sistema doble, no se interrumpa la producción de los lodos y la mezcladora pueda trabajar en forma continua.

1.3.7 Tanques de Reposo y Control Final

Una vez desarenado el lodo pasara a los tanques de reposo.

Habrá tres tanques de reposo distribuidos en la forma siguiente, un tanque cuyo lodo ya ha cumplido con el periodo de reposo y que esta en posibilidades de ser distribuido a la obra; un tanque cuyo lodo este en proceso de reposo y finalmente, un tanque que se este llenando.

Las capacidades y dimensiones de los tanques estarán en función de la máxima demanda diaria y del espacio libre con que se cuente en cada caso, respectivamente.

El tiempo de reposo del lodo deberá ser como mínimo de 12 horas, después de las cuales se tomara una muestra de cada tanque y se harán, en cada una de ellas, todas las pruebas

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correspondientes a los lodos, los resultados deberán quedar comprendidos dentro de los limites especificados.

Una vez que el lodo cumpla con estos requisitos, quedara en posibilidad de ser distribuido a las zanjas de excavación.

La distribución se hará en pipas o directamente con mangueras o tuberías, según la cercanía del tablero.

1.3.8 Limpieza y mantenimiento Los tanques deberán limpiarse periódicamente cuando el sistema no trabaje, lo mismo se hará con la tolva de la mezcladora.

Deberá contarse en la planta con todo el equipo necesario para realizar todas las pruebas de los lodos y los aparatos se calibran periódicamente.

1.3.9 Especificaciones para la Estabilización de las paredes a) Aspectos Fundamentales Las paredes de las zanjas que se excavan para construir dentro de ellas los muros de concreto reforzado colados en el lugar, no son estables por si solas, para evitar que sus paredes se derrumben se ha adoptado la técnica de estabilizarlas con un fluido, de acuerdo con su función, de aquí en adelante se denominará a este "fluido estabilizador". Este deberá ser una suspensión estable de bentonita sódica en agua. Se dice que es tixotropico porque presenta una cierta resistencia al corte en reposo, que es cuando actúa como un gel, mientras que el movimiento cuando se agita o bombea, es cuando actúa como un sol y no presenta esta resistencia. El paso del sol al gel es reversible.

El fluido estabilizador debe tener una densidad mayor que la del agua con objeto de que el empuje hidrostático que se ejerce sobre las paredes sea mayor que esta. El fluido se debe vaciar en el interior de los tableros excavados hasta alcanzar un nivel superior al nivel freático, con objeto de generar un gradiente de expresiones sobre las paredes de la excavación que ayude a determinarlas estables. El ingrediente además producirá infiltraciones de lodo hacia el interior de las paredes por lo que debe controlarse la proporción agua coloides. Con objeto que dicha infiltración sea el mismo. Al producirse la infiltración se va formando en la frontera lodo suelo, una película de pequeño espesor de moléculas de lodo, que constituye una verdadera membrana impermeable y resistente conocida en la terminología inglesa como "Cake" la tixotropía del lodo al pasar del sol a gel y las fuerzas electroquímicas y de tensión capilar que se generan entre el lodo y el suelo en la frontera de los dos materiales durante el filtrado, contribuyen a la formación de esta película y la adquisición de su resistencia. Esta resistencia se suma a la presión hidrostática del lodo para estabilizar las paredes de los tableros excavados.

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b) Características del Fluido Estabilizador.

Las Finalidades Principales de un buen Fluido estabilizador para emplearse en la construcción de muros colados en el sitio, pueden sintetizarse en los siguientes puntos:

Estabilizar la paredes de la zanja

- Facilitar la ejecución del colado con limpieza e integridad del muro. La garantía de la obtención de estos dos objetivos implica ciertos requisitos mínimos de calidad del fluido estabilizador, que pueden resumirse en los siguientes puntos: - Debe ser una suspensión coloidal o sea que no se sedimente . - Debe tener una densidad adecuada para crear suficiente presión sobre las paredes de la

zanja y estabilizarla, evitando flujo plástico y derrumbes. - El espesor de la costra ( CAKE) no debe ser excesivo a fin de evitar que se acumule en

las juntas y en el acero de refuerzo. - Debe mantenerse limpio, libre de arena y trozos de arcilla que produzcan sedimentos,

con las consiguientes bolsas de lodo y perdida de adherencia del concreto con el acero. Para que el Fluido estabilizador cumpla adecuadamente su función se requiere que se forme una película impermeable. Si no se forma la estabilización es precaria o se pierde. Las características de la película se pueden ver afectadas que sufran las propiedades del fluido o bien, por la contaminación de este con arena u otras partículas no coloidales.

Desde el punto de vista practico, interesa que el fluido mantenga en sus pensión todas las partículas que sea posible para evitar azolves o sedimentos en el fondo de la excavación que se estabiliza.

Para logra lo anterior se requiere llevar el control, mediante pruebas de laboratorio, de las propiedades físico-químicas de la suspensión.

Los valores más deseables de estas características y propiedades se dan a continuación.

QPropiedades que debe cumplir el fluido estabilizador

1. Viscosidad de Marsh Entre 28 Y 45 Seg.

2. Contenido de Arena Inferior a 7%

3. Densidad Entre 1.02 y 1.07 gr/cm3

4.Espesor de la costra CAKE Inferior a 2mm

5.P.H. Entre7y8

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1.3.10 Influencia de la calidad del Agua en la fabricación del Lodo Bentonitico

Respecto a la mezcla de agua con bentonita existen diferentes criterios ya que la legislación del DDF señala que el agua potable es solo para el consumo humano debido a esto se usa agua tratada, cabe señalar que la mezcla de bentonita y agua obedece a parámetros eléctricos y que dependiendo de la calidad del agua, se dará la calidad de la mezcla y su capacidad de mantener en estado coloidal a las partículas de arena existentes en el interior de la excavación debido a los dentes de arena, así como también su espesor de Cake y su densidad.

1.4 Aspectos Generales para el Procedimiento constructivo del Muro Tablestaca.

1.4.1 Brocales Una vez definido el trazo de la zona donde se construirán los muros se realizara la construcción de los brocales de acuerdo con lo indicado en la especificación general correspondiente. Los brocales tienen la finalidad de retener el material de relleno suelto localizado superficialmente y de servir de guías a las herramientas de excavación de los muros colados del cajón. Para cumplir adecuadamente con esta ultima función es necesario que exista un espacio libre entre brocales, de 65 cm ( para muros de 60 cm de espesor ). Para construir estos brocales habrá que excavar primero la parte superior de las zanjas donde se van alojar los muros, hasta una profundidad variable de acuerdo con el espesor de los rellenos, pero no menor de 1.50 m ni mayor que la profundidad a la que se encuentra el nivel freático, la profundidad del brocal para cada tramo se indica en los planos estructurales correspondientes.

Fig.26 Cimbrado de Brocales

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En virtud de que dentro de los primeros metros bajo la superficie, se encuentran la mayoría de los tubos y ductos de los servicios municipales, la excavación de las zanjas guía deberá hacerse con precaución ya sea a mano o con maquinaria, para no dañarlos. Los brocales son piezas en forma de ángulo recto o "delantales" de concreto, colados en el lugar . Para colar las ramas verticales o faldones del brocal se tiene que sembrar . La siembra de un lado se apoyara por medio de puntales, de manera que se evite las regularidades o los abolsamientos. Los puntales serán polines de madera de sección cuadrado 10 x 10 cm y se colocarán a cada 2.0 m de separación horizontal. En el sentido vertical se colocarán en dos niveles cuando la altura del brocal sea de 1.50 m y en tres niveles cuando sea mayor.

Fig. 27 Colado de Brocales

Las ramas horizontales de los brocales, constituyen pequeñas losas sobre las cuales se podrán rodar las maquinas de excavación. El ancho mínimo de estas ramas horizontales será de 0.50 m pero podrá modificarse a criterio de la supervisión de acuerdo con las condiciones que presente el terreno de apoyo, de tal manera de garantizar siempre que el brocal quede bien apoyado sin peligro de voltearse durante la excavación.

Una vez que se han colocado los brocales y las zanjas han quedado libres de estorbos, se deberán colocar compuertas de madera o de acero para aislar tramos de zanja guía correspondientes a la longitud del tablero del muro que se va a construir.

La longitud de la zanja aislada será igual a la del muro por construir y su valor se indica en los planos estructurales correspondientes a cada tramo.

Cada tramo aislado por las compuertas se llenará enseguida con fluido estabilizador (Ver especificación general correspondiente), hasta hacerlo coincidir con el nivel de aguas

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freáticas. Este mismo nivel del fluido deberá mantenerse durante todo el proceso de excavación y colado posteriores. Los brocales se construirán en las zonas jardinadas y de afectaciones, en las zonas donde existe pavimento, a construcción de los brocales estará supeditado a juicio de la supervisión.

" BROCAL TIPO "

Fig. 28 y Fig.28-A Esquemas de Brocales 1.4.2 Excavación

1.4.2.1 Equipo para la Excavación

La Excavación en la zanja para alojar el Muro Milán se hace mediante un equipo guiado, de los cuales se conocen varios sistemas como el equipo Polenski & Zólner y el equipo Wliams; describiremos el sistema básico de estos equipos, ya que la diferencia principal entre ambos sistemas es la sección de la vara metálica guiada que en el equipo Polenski & Zólner es rectangular y en el sistema Williams es circular.

El equipo guiado consiste entina vara metálica de sección rectangular o circular, según el equipo que se trate, con roles internos para poder guiar los roles de arrastre y de levante.

En el extremo inferior de la vara esta acoplada un cucharón-almeja, ligada esta a un sistema de guías tabulares. Existen dos tipos de cucharón-almeja para usarse en muros de 80 cm y 60 cm de espesor con capacidades de V* yd3 y de Vi yd3 respectivamente.

Los cucharones-almeja usados en estos equipos cuentan además de los dientes convencionales de corte, con una serie de dientes laterales que tienen por objeto peinar la paredes del terreno excavado para dejar un acabado aparente a dicho muro (después del colado).

La vara con su almeja pueden estar soportadas por los cables de las grúas del tipo Link-Belt 108 o por una Bucyrus Eire 60 B o por una P&H similar, con una pluma de 70 Ft con sus

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Fig. 29 Equipo de Excavación: Almeja Guiada y una Link Belt

contrapesos correspondientes y se mueven a través de un marco con sistema de roles de guía fijado a la pluma de la grúa. Con este marco se asegura la verticalidad y se proporciona la posibilidad de correcciones de la misma. El ángulo de la pluma de la grúa debe quedar comprendido aproximado a los 80° para garantizar su estabilidad, ya que el equipo pesa entre 10 y 12 ton.

1.4.2.2 Procedimiento y consideraciones

Realizado lo anterior se iniciará la excavación de las zanjas que alojaran a los muros de concreto colados en el sitio. Dicha excavación deberá hacerse con equipo o maquinaria cuya herramienta de corte sea guiada, con objeto de ofrecer una amplia garantía en la verticalidad, alineamiento e integridad de las paredes de la zanja, asimismo el equipo deberá alcanzar sin problemas, la profundidad de los muros indicada en el proyecto.

Para poder cumplir con las características antes descritas, la herramienta de excavación deberá cumplir con las recomendaciones siguientes:

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a) Se deslizará con suavidad sin chicoteos ni golpes. b) Se hincara evitando que choque o caiga libremente contra el lodo o contra las paredes de

la zanja para evitar desprendimientos o caídos.

c) Se deberá meter y sacar sin brusquedad para evitar efectos de embolo en el lodo. d) Cortará firmemente el material hincándola a presión sin sacudirla repentinamente.

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Fig. 30 Muro Tablestaca Convencional colado en sitio con avance modular

Por ningún motivo deberá emplearse para la excavación de las zanjas, maquinaria que utilice cucharón de almeja libre o cualquier herramienta no guiada, ya que dicho equipo además de no cumplir con las características antes mencionadas (verticalidad, alineamiento, etc.) podría provocar derrumbes durante la excavación. Cabe aclarar que en algunos casos en los que se tiene una restricción sobre la altura del equipo ( como en el Aeropuerto en la estación de Hangares) se ha usado almeja loca, debido a que los equipos guiados necesitan de una altura mucho mayor para su operación.

El cumplimiento de estas indicaciones conjugado con el uso de un fluido estabilizador de buena calidad, evitará caídos y deslaves que azolven la zanja y provoquen socavaciones de las paredes, asimismo evitará movimientos de las propias paredes y del fondo que se pueden difundir hacia el exterior causando desplazamientos de las zonas vecinas.

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Las excavaciones de las zanjas se harán en forma alternada, es decir no deberán excavarse tableros contiguos para un tablero, hasta que el concreto del contiguo haya alcanzado su fraguado inicial.

Fig.31 Vista de la obra de la Línea B, tramo realizado por la empresa CIMESA, filial de Soletanche-Bachy.

La longitud de las zanjas excavadas que alojaran a los muros del cajón se indicará para cada caso en los planos estructurales correspondientes al tramo en cuestión.

La profundidad de excavación de las zanjas será la que se indique en los planos estructurales y de perfil correspondientes. Teniendo 20 cm de tolerancia en el afine del fondo de la excavación.

Durante la excavación deberá efectuarse un control de las propiedades del fluido estabilizador; este control consistirá en efectuar las pruebas necesarias para confirmar que dichas propiedades cumplen con los límites especificados, mencionados anteriormente en este mismo capitulo. Se llevarán a cabo cuando menos dos pruebas del fluido por cada tablero, la primera al vaciar el fluido en la zanja y la segunda inmediatamente antes de introducir la parrilla de refuerzo. El nivel del fluido dentro de la zanja deberá coincidir con el nivel de aguas freáticas, evitando variaciones con respecto al mismo. Por ningún motivo deberá permitirse abatir el nivel arriba indicado del fluido estabilizador, ya que se podrían causar succiones y gradientes en el mando freático que favorezcan la desintegración y el derrumbe de las paredes.

Cuando se perciba cualquier fuga del fluido estabilizador durante las operaciones de excavación deberán anotarse todas sus características y señalarse de inmediato en la bitácora de la obra e inmediatamente darla a conocer al representante a fin de generar la

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Alejandro Manuel Alvarez Inzunza solución correspondiente. Por ningún motivo se admitirá colar en un tramo donde se hayan percibido fugas y no se hayan tratado adecuadamente hasta asegurarse de que hayan desaparecido.

No podrá dejarse una zanja totalmente excavada y ademada con el fluido estabilizador por mucho tiempo, por lo que no deberán pasar mas de 24 horas entre el inicio de la excavación de un tablero y el inicio de su colado. Asimismo, no deberán transcurrir mas de 6 horas entre el momento que se alcance la máxima profundidad de excavación y el inicio del colado.

Terminada la excavación deberá precederse ala limpieza del azolve del fondo, utilizando un tubo eyector que pasara por todo el piso de la zanja. Otra alternativa consiste en la recolección del azolve con la almeja.

1.4.3 Juntas: Cuando se haya concluido la excavación y se haya verificado la profundidad de la zanja y las propiedades del fluido estabilizador, se procederá a introducir las juntas metálicas y la parrilla de refuerzo.

Las juntas deberán ser tubos metálicos huecos de forma semicircular o rectangular que en una de sus caras tendrán la forma macho o hembra y que contendrá la banda de PVC integrada. Una parte de esta banda queda ahogada en el momento del colado y la otra parte quedará libre en el interior del tubo para ahogarse durante el colado del muro contiguo.

A la cara de la junta que quedará en contacto con el concreto deberá aplicarse una película de grasa o un desencofrante constituido por una resina epóxica (primer de compound) o poliester de un milímetro de espesor para facilitar su extracción posterior.

Fig.32 Juntas usadas por CIMESA 60



En el interior del tubo- junta no deberá introducirse el concreto, por lo que deberá tener sus extremos cerrados y en su parte inferior tendrá una caja metálica que se hincará y asentará firmemente en el fondo de la zanja para evitar que se mueva o deforme durante el colado.

Dicha junta deberá lastrarse para evitar su flotación.

1.4.4 Parrilla: Una vez instaladas las juntas se procederá de inmediato a introducir la parrilla del armado dentro de la zanja con el fluido estabilizador. Las parrillas irán contraventeadas con rigidizadores como se indica en los planos de armado correspondientes y se harán descender por su propio peso por medio de una grúa, tomando las debidas precauciones con respecto a la verticalidad, el alineamiento y la profundidad.

Se deberá tener en cuenta que en la parrilla se dejen las preparaciones necesarias para posteriormente realizar la liga estructural de estos elementos con las losas, ver planos estructurales correspondientes.

Fig. 33 Almacenamiento del Armado

No se permitirá que la parrilla flote y se deberá garantizar que permanezca en su lugar, se introducirá en la zanja y una vez colocada en su posición definitiva se deberá fijar contra el brocal para impedir su movimiento durante el colado. Es muy importante verificar cuidadosamente que la parrilla a pesar de la tendencia a la flotación haya quedado en su lugar, y por ningún motivo se permitirá el colado del muro con la parrilla flotando o fuera de su lugar.

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En caso de que durante la introducción de la parrilla y debido a la densidad del lodo se dificulte desplazamiento vertical, se recurrirá a los mecanismos necesarios para garantizar la presión necesaria para su introducción cuidando evitar movimientos violentos que afecten la estabilidad de la zanja.

Fig.34 Izado de Armado

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CORTE

RECUBRIMENTO

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ROLES DE CONCRETO Y SU COLOCACIÓN EN LAS PARRILLAS

Fig. 34-A Roles en el Acero

El tiempo máximo que transcurra entre el momento de introducción de la parrilla en la zanja y el colado de la misma será de 4 horas, periodos mayores favorecen la formación del cake y reducen la adherencia concreto-acero, por esta razón el colado del muro deberá iniciarse inmediatamente después de introducida la parrilla de armado, ya que no es conveniente sacar y meter nuevamente la parrilla de la zanja pues en cada operación se pueden producir caídos indeseables que afectan la estabilidad de la zanja.

Las parrillas de armado deberán habilitarse con elementos que garanticen el recubrimiento de los muros, pudiéndose utilizarse para tal fin roles de concreto de 5" de diámetro que irán fijados al acero que irán fijados al acero principal por medio de varillas de 3/4", o bien con elementos similares que cumplan su función, localizadas en ambas caras de la parrilla en tres niveles equidistantes en el sentido vertical cada una de las varillas llevará cuatro roles ubicados también equidistantes en el sentido horizontal. Asimismo será necesario dejar dentro de la parrilla espacios libres para el paso de las trompas de colado.

62



1.4.5 Colado Después de colocada, centrada y nivelada la parrilla se introducirán, las trompas de colado, por tramos. Los copies de unión de cada tramo de las trompas deberán ser perfectamente herméticos para impedir que la succión de la columna de concreto, al bajar, chupe aire o lodo del exterior. Cada tramo será de no mas de 2m de largo y tendrá un diámetro no menor de 30 cm. Al tramo que sobresalga en a superficie se le conectará un embudo o una tolva . La boca de esta tolva deberá quedar a una altura conveniente para que se pueda descargar directamente el concreto desde las ollas revolvedoras. Todo el conjunto se subirá o bajará durante el colado por lo tanto deberá contarse con el equipo necesario para efectuar esos movimientos. Los tramos de tubo deberán ser lo suficientemente resistentes y pesados para soportar el manejo.

El extremo inferior de la trompa, o boca de descarga, deberá quedar apoyado en el fondo de la zanja antes de iniciar el colado. Una vez introducidas las trompas de colado se colocará entre la tolva y el tubo un tapón constituido por un balón de látex, el cual descenderá obligado por el peso del concreto vaciado evitando en esta forma la segregación y contaminación del concreto. En esta forma se evitará la descarga del concreto con mucha energía que pueda dar lugar a la mezcla del concreto con el lodo. Para iniciar el flujo de concreto la boca de la trompa de descarga deberá levantarse una distancia de 30 cm a partir del fondo de la zanja.

El concreto deberá ser suficientemente fluido (revenimiento máximo en las especificaciones de concreto es de ±16,) para que sin necesidad de vibrarlo penetre y se distribuya uniformemente por todo el tablero. La boca de descarga de la trompa de colado no deberá quedar nunca ahogada menos de 1.50 m en el concreto que se este colando. Para ayudar al

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concreto a fluir al principio, podrá desplazarse la trompa verticalmente hacia arriba y hacia abajo vigilando que permanezca siempre suficientemente ahogada en el concreto para que no exista contaminación del lodo con el concreto. A medida que el concreto fluya se agregará más concreto a la tolva, manteniendo la columna a una altura conveniente para regular la rapidez del flujo, en esta forma, el lodo de la zanja será desplazado hacia la superficie por la diferencia de densidades prácticamente sin necesidad de mover la tubería. El impulso que lleve la primera mezcla al salir por la boca de descarga producirá un efecto de arranque en el fondo del tablero y lo dejará limpio de lodo.

Con un buen procedimiento de colado el lodo no se mezclará con el concreto, sino que este lo llevará siempre por delante hasta rebosar a un recipiente colector. También podrá irse succionando con una bomba de lodos.

El concreto no deberá ser vaciado de golpe dentro de la tolva para lograr un flujo suave continuo, por lo que no deberán tenerse recesos o suspensiones mayores de 15 minutos.

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Fig.36 Operación con Tubo Tremie

Es necesario llevar un riguroso control de colado midiendo en forma permanente la variación del nivel de la superficie del concreto y anotándolo en un registro, con objeto de poder decidir el retiro oportuno de los tramos de las trompas de colado y programar adecuadamente el suministro de concreto para evitar los recesos.

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Se deberá utilizar el número de trompas suficiente para el colado de 6 m de longitud debido a las pendiente que desarrolla el concreto dentro del fluido estabilizador, y una vez iniciado el colado no deberán desplazarse lateralmente dentro del tablero.

Un buen procedimiento de colado representa:

a) Tener un fluido estabilizador bajo control que cumpla con todas las características especificadas.

b) Tener un concreto fluido (revenimiento máximo en las especificaciones de concreto es de ±16)

c) Dejar la trompa ahogada siempre en el concreto; no menos de 1.50 m durante el colado y asegurarse de que los copies de unión de los tramos de la trompa sean herméticos, es decir, que impidan la entrada del lodo hacia el interior.

d) Hacer un colado continuo que por ningún motivo sea interrumpido mas de 15 minutos.

e) Evitar todo movimiento brusco de la trompa y todo vibrado y picado, ya que ello favorece la mezcla del fluido estabilizador con el concreto, dando por resultado u oquedades y zonas contaminadas de muy baja resistencia en el muro.

f) Verificar durante el colado el volumen de concreto que entra en un tablero y el volumen del fluido que se desplaza y compararlo con los volúmenes calculados de acuerdo con la geometría del tablero. Si hay diferencias notables puede significar que esta habiendo fugas o que hay mezcla del fluido con el concreto. Estas y otras eventualidades deberán anotarse en bitácora, así como las medidas de emergencia que se hayan tomado para corregir cada caso.

El concreto de los muros deberá llegar únicamente hasta el nivel de proyecto indicado para cada caso en particular en los planos estructurales correspondientes.

Se recomienda agregar al concreto aditivo retardante, cuya dosificación quedará a criterio de la dirección de la obra.

Debido a que la excavación entre muros se llevará a cabo aprovechando la rigidez de estos y su capacidad de trabajo como tablaestacas en el sentido vertical y como losas en el sentido longitudinal, dicha excavación no podrá iniciarse hasta que hayan transcurrido por lo menos 28 días de colados los muros ( para concreto elaborado con cemento tipo I) o 14 días (para concreto elaborado con cemento tipo III) cuya decisión quedará a juicio de la dirección de obra, y hasta que se tengan colados los muros de un lado y de otro en una longitud que quedara sujeta a las especificaciones correspondientes al abatimiento del nivel

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freático. Para el caso de los tramos la longitud de muros será como mínimo 50m. A partir del talud de avance.

Durante el colado de los muros la contratista deberá llevar un control del volumen de concreto utilizado para cada tablero.

1.5 Responsabilidades de la dirección general, supervisión y contratista de la obra.

La supervisión de la obra, gozará de plena autoridad para exigir al contratista el cumplimiento de las especificaciones, de juzgarlo conveniente, podrá ordenar la realización de ensayes adicionales, rechazo o aceptación, limpieza, reconstrucción y verificación de la colocación de cualquier elemento que forme parte del Muro Milán, que no cumpla con las especificaciones, podrá asimismo, delegar sus funciones en la persona u organización que se designe para ello.

Supervisión técnica, este organismo es designado por la dirección de la obra, para fines de interpretar y hacer cumplir las especificaciones, corresponde a la supervisión vigilar que se cumplan y ordenar las medidas preventivas y correctivas, que juzgue necesario para realizar su función. Para este fin, tendrá las siguientes facultades:

1.5.1 En el acero de refuerzo

A).- Verificar el almacenamiento y cuidado del acero y exigir que se proporcione los medios convenientes de protección al acero de refuerzo.

B).- Deberá comprobar que el acero de refuerzo y pre-esfuerzo cumpla con los requisitos de calidad especificados para cada tipo de acero, así como el proceso de fabricación, que éste sea de acuerdo con los requisitos especificados.

C).- Exigir a los fabricantes periódicamente los reportes de los resultados de las pruebas de control de calidad, que ellos efectúan durante la fabricación del acero destinado a la obra.

D).- Aceptar, rechaza, o decidir la forma en que se debe disponer del acero que no cumpla con las normas de calidad del fabricante.

E).- Verificar los trabajos de colocación del acero cada vez que lo juzgue necesario o bien cuando lo ordena la Dirección General de la Obra.

F).- Inspeccionar todas las colocaciones del acero de refuerzo que se estén ejecutando en el tramo y aquellas que estén terminadas y listas para el vaciado de concreto, dando su visto

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bueno en el registro o bitácora de obra para el siguiente proceso de construcción o bien el rechazo y verificación de la colocación adecuada.

1.5.2 En el vaciado de concreto.

Con el objeto de llevar un adecuado control de calidad de los materiales para la construcción de la obra, es indispensable contar con un laboratorio de campo, durante el período de ejecuciones y en el sitio que se lleven a cabo; este laboratorio deberá contar con el personal, equipo y demás elementos necesarios para que pueda controlar adecuadamente la calidad de los materiales que intervienen en la elaboración del concreto. Dicho laboratorio deberá estar capacitado para efectuar todas las pruebas de campo de control, (revenimiento, resistencia, etc.)

El propósito de la inspección y ensaye de los materiales, es verificar que se satisfagan las especificaciones señaladas para la calidad de los componentes del concreto.

1.5.3 Facultades de la supervisión.

1.- Inspeccionar todas las etapas de construcción e instalaciones que se estén ejecutando y aquellas que estén terminadas, verificar su acabado final.

2.- Practicar inspecciones para conocer el almacenamiento y cuidado de los materiales de construcción y exigir que se proporcionen los medios convenientes de protección de los materiales.

3.- Verificar la calidad de los materiales y de los trabajos, cada vez que lo juzgue necesario o bien cuando lo ordene la Dirección General de la Obra.

4.- Aceptar, rechazar o decidir la forma en que se debe disponer del material que no cumpla con las normas de calidad.

5.- ordenar las suspensión de la etapa de construcción que no cumpla con las especificaciones.

1.5.4 Dirección general.

Ejerce la coordinación y control de construcción de la obra, mediante instrucciones contenidas en planos, especificaciones, escritos y notas de bitácora giradas a supervisión, Esta bitácora es también el documento oficial de comunicación entre la supervisión y la contratista.

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La Dirección General es la única facultada para llevar a cabo cualquier modificación a los planos, especificaciones y programas de obra.

1.5.5 Supervisión y control de calidad de la obra.

Se debe tomar especial énfasis en que la supervisión sea preventiva, no destructiva, que debe señalar los problemas y correcciones a medida que el trabajo avanza, cuando todavía hay manera de corregirlo.

Así mismo, dado que es prácticamente imposible que el proyecto quede plasmado, hasta su menor detalle, en los planos, la supervisión debe tener especial interés en colaborar con el contratista para interpretarlos, ayudándolo a captar los detalles y cortes con anticipación. Cabe mencionar que se debe tener un representante del proyectista en la obra, que por conducto de su oficina central, entregue la información complementaria al proyecto.

Durante la construcción se debe verificar el cumplimiento de los requisitos físicos del proyecto: trazo, nivelación, dimensiones, cantidades de materiales, preparaciones, resistencias, tolerancias, etc.

De acuerdo con la Dirección General de la Obra y la supervisión, se tienen que definir los controles de calidad para los materiales, mano de obra y los procedimientos y maquinaria que utilizará la contratista.

La supervisión deberá contar con un laboratorio para el control de la calidad de los materiales, contando con personal técnico y equipo de ensayes en un laboratorio extra central, con apoyo de un laboratorio de campo. Los reportes respectivos, se deben mandar directamente al campo, a la contratista, con copia al residente de la obra.

La supervisión tiene la responsabilidad de checar los resultados de los diversos ensayes, comparándolos con las especificaciones del proyecto, o con las normas oficiales, de todas las pruebas efectuadas, se deben entregar informes semanales y mensuales a la oficina de control de calidad de la Dirección General, indicando las anomalías que ocurrieron, así como las medidas que se tomaron para corregirlas.

1.5.6 La contratista.

La contratista elabora el programa general de la obra, indicando los volúmenes de obra por ejecutar de los rubros más significativos, de acuerdo al proyecto específico y sus importantes respectivos, consignando el tiempo necesario para realizarlo en un diagrama de barras, todo lo cual se somete a la consideración de la Dirección General de la Obra.

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La Dirección General procede, a analizar dicho programa de ejecución del proyecto, adquisición de terrenos, liberación de las obras inducidas, etc.

Finalmente, sopesando los factores de tiempo y recursos, la Dirección General establece, de común acuerdo con el contratista, un programa rector para el finiquito de la obra.

A partir de dicho programa, la contratista tiene la responsabilidad de presentar un programa detallado para efecto de planeación y control de la construcción de la obra; para esto, acude alguna de las herramientas conocidas de programación, tal como las técnicas de red, utilizando básicamente la ruta crítica, ya que tiene la ventaja de poder definir claramente la interdependencia de actividades e identificar las holguras disponibles. Además, se presta para su procesamiento electrónico, permitiendo analizar rápidamente diferentes alternativas; los resultados se consignan en programa de barras para controlar el avance de la obra.

En la programación de la obra concurren diversos factores, tales como: capacidad de mercado de obtención de diferentes materiales, disponibilidad efectiva de los proveedores, personal especializado, maquinaria, así como trabajos que son ejecutados por otras subcontratistas.

Por lo expuesto anteriormente se concluye que debe ser necesario implementar un sistema sumamente ágil; lo cual debe lograrse mediante una revisión periódica semanal en condiciones normales, del estado de avance, en reuniones de carácter ejecutivo con todas las partes que intervienen en el proceso constructivo, en la que de acuerdo a cada nivel de dirección, se tomen las decisiones pertinentes, manteniendo fija la fecha de terminación de la obra.

1.5.7 Cuantificación de la obra.

Se debe tener especial interés en la cuantificación de la obra ejecutada, ya que esta información, conciliada con la contratista y la supervisión, debe ser presentada en forma oportuna, es la base para la obtención de las estimaciones mensuales y el finiquito final.

Se debe responsabilizar a la unidad de supervisión de llevar a cabo estas actividades, para lo cual se ha establecido el siguiente procedimiento:

1.- En el campo se deben organizar la unidad de supervisión y la contratista en tal forma que, por separado, se debe cuantificar diariamente o semanalmente la obra ejecutada produciendo un resumen mensual que debe concillarse sistemáticamente.

2.- Una vez por semana se deben celebrar juntas a nivel de obra para plantear los desacuerdos que no pudieron ser resueltos en el campo, así como también para comparar las cuantificaciones y avances a la fecha de la obra.

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"Aplicaciones de los muros Tablestaca a la Construcción "


2. Muro Tablestaca Prefabricado Utilizando Lodo Autofraguante como Fluido Estabilizador.

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2.1 Antecedentes.

Desde su inicio en la primer etapa, la técnica que se desarrolló y que se viene aplicando actualmente en la construcción del Metro subterráneo de la Ciudad de México, es la de un cajón limitado lateralmente por una estructura de concreto armado, la cual es colada, en el sitio, la que es capaz de soportar el empuje del suelo y que además sirve como pantalla impermeable que evita el flujo de agua hacia la excavación y por consiguiente un abatimiento local de los niveles freáticos, manteniendo la estabilidad de las construcciones y estructuras adyacentes, tal estructura, ya bien conocida, recibe el nombre del muro tablestaca.

Debido al limitado espacio vial que se tuvo en la construcción del cajón sobre todo en las calles del centro de la ciudad, se desarrolló la idea de utilizar el muro tablestaca como elemento de contención durante la excavación del cajón y como estructura definitiva, formando parte del mismo. Es así como desde aquella primera etapa se diseñaron las dos modalidades del muro; tablestaca estructural.

Aunque desde el punto de vista estructural las soluciones anteriores implican el analizar diferente condiciones de cargas, el proceso constructivo de ambas tablestacas se realiza prácticamente de igual forma. Su construcción implica las siguientes etapas:

a) Excavación de una zanja superficial para la construcción de los brocales. b) Armado cimbrado colado de los brocales. c) Excavación mediante un equipo guiado de la zanja donde se construirá el muro. d) Estabilización simultánea de la excavación mediante el empleo de un lodo bentonítico. e) Habilitado y armado de la parrilla que constituirá el refuerzo estructural del muro. f) Colocación en el interior de la zanja del refuerzo estructural, y g) Colado del muro o tablero, desde el fondo del mismo por diferencia de densidades entre el

lodo y el concreto, empleando tuco tremie.

Con base en la experiencia adquirida en la utilización de muros tablestaca durante la construcción de las nuevas líneas en las etapas subsecuentes y con el propósito de optimizar el proceso constructivo de los tramos subterráneos del Metro de la ciudad de México construidos en cajón, se estudió la posibilidad de sustituir el muro tablestaca colado en sitio por un muro tablestaca prefabricado, que sea más fácil de construir aun en zonas con espacios limitados y que permita agilizar los trabajos para lograr rendimientos sustanciales en la obra, este muro será construido en plantas y en serie, para aceptar la producción a las necesidades de avance de la obra.

Las paredes de los cajones así formados tendrían mejor apariencia que las del muro-ademe colado en sitio. Así mismo, se obtendrían todos los beneficios interesantes al concreto precolado incluyendo su alto control de calidad y la ventaja de que en el programa constructivo del cajón, desapareciera el concepto "dejar de fraguar el muro antes de excavar".

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2.2 Características del Muro Prefabricado.

Al tener como premisa que el muro debería ser prefabricado fue necesario determinar las dimensiones que cumplieran con las necesidades de gálibo dinámico, penetración del muro debajo del nivel máximo de excavación para prevención de la falla de fondo coceo, distancia adecuada entre el nivel de terreno natural y de remate de muro con el objeto de tener un espesor de relleno adecuado sobre el cajón estructural, que fuera versátil para poderlo emplear

con pequeñas variaciones en el perfil del tramo, que contara con elementos que aun permitieran reducir las probabilidades de filtración de agua entre la unión de una y otro muro, y además de manera muy importante que fuese ligero para que pudiera cumplir con los objetivos de maniobrabilidad tanto en su fabricación como en su montaje.

Lo anterior llevó al diseño del muro que se muestra en la figura 37. En el corte vertical se aprecia una muesca de 80 cm de altura y 15 cm. De profundidad, la cual sirve para alojar el refuerzo de flexión de la unión con la losa de piso cajón y como junta de cortante entre la losa y el muro, en la parte superior esta muesca termina con una inclinación que permite colar en

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Fig. 37 Muro Tablestaca Prefabricado características Geométricas

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toda la junta, evitando el problema de oquedades. En las esquinas interiores se aprecian dos muescas, que tienen por objeto efectuar un colado posterior para evitar filtraciones entre la unión de dos tablestacas; el propósito de la muesca trapecial en el lado derecho es guiar el gancho de sujeción que el muro adyacente tiene para lograr una unión entre ambos, este gancho se aprecia en la parte inferior izquierda del muro, en su elevación.

El gancho se encuentra al centro del espesor de la tablestaca, a los lados existen dos placas de acero que sirven para guiar al muro, apoyándose en el adyacente colocado previamente; las placas en la cara inferior sirven para fijar una viga madrina que se utiliza.

En el extremo superior el muro tablestaca se cuanta con una banda de P.V.C. para evitar filtraciones en la unión con la losa de techo del cajón, así como preparaciones en el acero de refuerzo que se dejan para lograr la continuidad del mismo con la losa de techo.

De esta forma, se diseñó un muro tablestaca de 8.55m. de altura y 2.50 m de ancho, con un espesor de 55 cm, ver figura 37.

Este muro fue aligerado utilizando espuma de poliestireno de 35 cm de espesor formando tres nervaduras verticales y tres horizontales de tal manera que los elementos perimetrales del muro fueran macizos.

2.3 Factores a considerarse en el análisis y diseño del muro.

De igual forma que se analiza la tablestaca tradicional, el muro precolado se analiza para la etapa de construcción apoyada en los troqueles y recibiendo el empuje activo redistribuido del suelo, ver figura 38. En este caso y de acuerdo con el tipo de suelo y la geometría del cajón sólo se colocaron dos niveles de troqueles, que mediante las vigas madrinas impiden el desplazamiento horizontal de los muros, soportando las cargas transmitidas por la dos nervaduras extremas verticales del muro, estas nervaduras reciben las acciones transmitidas por tres nervaduras horizontales, dos extremas y una central, las que a su vez sirven de apoyo a la nervadura central vertical.

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Fig. 38 Tablestaca Estructural Prefabricada como elemento de contención

Posteriormente se analiza el muro precolado como parte integral de la estructura definitiva, es decir, como los elementos verticales del cajón formado por las losas de piso y techo ligados a los muros soportando las cargas vivas superficiales, el relleno, los empujes en reposo del suelo y la reacción de la losa de piso, ver figura 39.

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Fig.39 Cajón con Tablestaca Estructural Prefabricada

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Se analiza el comportamiento de la estructura considerando la inercia del muro en un ancho total, así como las variaciones de la misma en su altura. Se consideran dos condiciones de carga y continuidad en el cajón: la primera articulando la losa de techo en la unión con los muros aplicando las caras sobre estos debidos al empuje del suelo y la acción del peso propio de las tabletas prefabricadas y el firme de la losa techo, los muros y la losa de piso; en la segunda condición se considera continuidad en todos los elementos de la estructura, actuando las cargas debidas al relleno y carga viva en las losas de techo, el empuje en reposo del suelo sobre los muros y la reacción provocada por estas cargas junto con la losa de piso.

El análisis de la tablestaca debe incluir los efectos producidos por la transportación y colocación en la zanja, el diseño del muro precolado se realiza siguiendo el criterio de carga última marcado por las normas de diseño y construcción de estructuras de concreto del reglamento de construcciones para el Distrito Federal.

2.4. Diferentes avances en la colocación del Muro

2.4.1 Muro prefabricado con avance modular

2.4.1.1. Generalidades

La empresa francesa Soletanche-Bachy desarrolló esta técnica pionera de colocación de muros prefabricadas, que mantiene vigente el concepto del módulo - tablero y que por ello sólo permite avances cortos en la excavación de la zanja; por su parte, ha venido experimentando un procedimiento similar al de Soletanche-Bachy, pero con módulos necesariamente más cortos por las restricciones que imponen los suelos blandos de la Ciudad de México.

2.4.1.2. Descripción de estos muros

Esencialmente consisten en una secuencia de piezas verticales de concreto precolado ensambladas con un gancho y placas guía, dentro de una zanja estabilizada inicialmente con lodo arcilloso o bentonítico, que previamente a la colocación de los precolados se sustituye con lodo fraguante. Este lodo fraguante es capaz de endurecer a resistencias similares a las de suelo para soportar y confinar al muro en suposición. La otra importante función del lodo fraguante es la de constituirse en barrera de baja permeabilidad, que complemente al sello principal; que en el caso de la empresa Soletanche-Bachy, consiste en una banda de hule .

2.4.1.3. Módulo de excavación.

75



Los tableros que se han excavado en los muros experimentales ha sido de 8.0 m de longitud, para permitir la introducción de 3 piezas de 2.5 m de ancho y 0.5 m de sobreexcavacion adicional de la última pieza. La apertura de estos tableros se hace también con tres posiciones del equipo excavador (fíg. 40).

PLANTA

VISTA

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SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN

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PLANTA

A.ByC POSICIONES DE EXCAMCfON

Fig. 40 Muro Prefabricado con Avance Modular

2.4.1.4. Secuencia de excavación

El avance de estos muros se hace en zigzag, tal como se muestra en la fig.40 de esta manera se logra la colocación continua de las piezas prefabricadas y se aprovecha el equipo de construcción el mayor tiempo posible. En el caso de que se presente alguna interferencia, se puede dejar algún tablero pendiente, que después se deberá construir con la técnica de muro , Milán convencional.

2.4.1.5. Manejo y desperdicio de lodos

Este procedimiento de construcción obliga a observar ciertos cuidados en el manejo de los lodos particularmente en la sustitución completa del lodo arcilloso o bentonítico por el lodo fraguante. Esta debe hacerse con un tubo hermético que descargue en el fondo de la excavación, operado con la técnica tremie o bien con una bomba de lodos, ya que sólo asi se evita la contaminación que induce la mezcla de ambos, ocurre que es imposible recuperar todo el lodo arcilloso o bentonítico, aunque para ello se disponga de tanque de almacenamiento temporal; sin embargo, impacta todavía más en costo . el incontrolable desperdicio de lodo fraguante, ya que por cada tablero se pierde el volumen de lodo que llena

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"Aplicaciones de ¡os muros Tablestaca a la Construcción "

Alejandro Manuel Alvarez Inzunza los 50 cm adicionalmente sobreexcavados para las maniobras de colocación y que fácilmente llega a ser el 20% del volumen total de lodo.

2.4.2. Muro prefabricado con avance continuo 2.4.2.1. Generalidades. Con esta técnica desarrollada en Francia por la empresa Soletanche, es logró ampliar el concepto de módulo - tablero para lograr un procedimiento de construcción continuo con avance de excavación largos y aprovechamiento máximo del equipo de construcción; aunque esta técnica no ha sido adaptado a las condiciones de nuestro subsuelo, se utiliza con amplitud no sólo en las líneas del Metro, sino también en la cimentación de estructuras. 2.4.2.2. Secuencia de excavación. En la fig. 41 se muestra que la apertura de la zanja es continua, respetando la regla básica de operación simétrica de la almeja, que se logra avanzado alternadamente con la almeja de dos posiciones adelante y una atrás. El lodo fraguante simplemente se agrega en el extremo delantero del tramo que se está realizando en un turno (fig. 41), abriendo una zanja inicial somera que sirva como canal distribuidor y regulador del consumo de lodo; este detalle constructivo asegura que el lodo se consuma gradualmente y con ello se logra controlar su calidad final.

2.4.2.3. Descripción de estos muros. Consisten en ensamblar, mediante una ingeniosa junta, piezas prefabricadas de 2.5m de ancho usual (fig. 41), dentro de una excavación estabilizada su endurecimiento.

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SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN

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Fig. 41 Muro Prefabricado Con Avance continuo

2.4.2.4. Secuencia constructiva La capacidad estabilizadora de los lodos fraguantes basada en su mayor densidad, permite excavaciones seguras de longitud grande, haciendo factible separar el proceso de excavación de la zanja de colocación de las piezas prefabricadas; esta es la esencia de la técnica

77


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza Soletanche, que conlleva a un procedimiento más ordenado y eficiente. Conviene también mencionar que el manejo del lodo es notablemente más simple y que su desperdicio es mínimo, porque el lodo desplazado por la pieza de concreto se aprovecha en la continuación de la excavación.

2.5 Procedimiento constructivo del Muro Tablestaca Prefabricado 2.5.1. Prefabricación El muro Milán es fabricado en obra o en un patio siendo preferible lo segundo, para lo cual fue necesario construir plataforma de concreto, la que tiene las características siguientes: - Desplantada sobre la carpeta se colocaron 4 mesas de colado concreto fe = 400

kg/cm ,con malla electrosoldada 6X6 - 4/4, y un acabado liso (pulido), las dimensiones de cada mesa son de 13.50 x 3.50 x 0.40 m.

- Perimetralmente a cada mesa y previo al colado de las mismas se colocaron viguetas de acero IPR 6" a una distancia de 2.12 m, las cuales tenían la función de nivelar y ajustar las cimbras laterales para la dimensión deseada en el colado del muro, el ajuste (maneral) de la cimbras fue a base de tornillos que estaban fijados a las viguetas.

Fig. 42 Patio de Prefabricación

En la mesa de colado se podían colar muros de 12x3 m y cualquier medida inferior a ésta. Las cimbras laterales metálicas; las de pie y cabeza son de madera. Las caras inferiores de la cimbra metálica contarán con un molde negativo que permitirá la realización de la preparación para la junta " Water Stop".

El armado del muro (Acero fy = 4200 kg/cm2), se realizó en la zona prevista para ello y se fue almacenando, colocándoles una señal que indique el número que le corresponde. Una vez que está concluido el armado, éste es depositado en la plancha de concreto donde se colocan insertos, para su izaje posterior, seguido se realiza el colado con concreto

78



f c = 200 kg/cm dando un acabado rugoso en la cara no cimbrada. Por la noche se ejecuta el curado a vapor durante 8 horas con una temperatura máxima de 70°c. Al día siguiente se retiran las cimbras laterales y se impermeabiliza la cara rugosa, acto seguido el muro es retirado de la mesa de colado y depositado en la Zona de almacenaje. Cabe aclarar que para que el muro sea sujeto de maniobra en estas condiciones debe contar con un f c = 100 kg/cm y la maniobra de almacenaje debe hacerse horizontalmente.

El ciclo de trabajo en un día, es el siguiente: 1.- Descimbrado y almacenamiento. 2.- Limpieza y colocación de desencofrante en la losa. 3.- Colocación de la armadura prefabricada e insertos. 4.- Nivelación y ajuste de cimbras 5.- Colocación de concreto 5.- Curado de noche.

2.5.2. Brocales A diferencia de los brocales convencionales el utilizado, en este caso, no tiene alerón es únicamente una pared vertical a los lasos de la zanja de 1.00 de profundidad y 30 cm de espesor armado con 5 Vs. Del #5 longitudinales y anillo de Vs. # 4 a cada 30 cm, usando concreto f c = 200 kg/cm2.

Dentro del procedimiento constructivo el brocal desempeña las siguientes funciones: 1.- Materialización del trazo y nivelación 2.- Soporte para las maniobras necesarias durante la colocación del muro y como guía para controlar la verticalidad. 3.- Estabilizar el suelo sobre el primer metro, dada la proximidad del tránsito del equipo (grúa, volteos, retroexcavadora, etc.) 4.-Soporte para la fijación y el calzado de los tableros, es decir, debe soportar el panel mientras fragua el lodo y es capaz de mantener el muro en su lugar.

Para la construcción del brocal se excava una zanja de 1.50 m de ancho, se cimbra la cara interior y se cuela contra terreno, quedando un ancho libre de 90 cm. Este ancho se debe (según el proyectista) a que es el mínimo necesario para poder excavar una zanja de 82 cm que a su vez es el mínimo ancho de zanja para colocar muros prefabricados de 50 cm.

BROCALES

s i

30 cm

TROQUEL 350 cm

n 45 cm 45 cm

1 / 2 " 30

5 / 8 "

90cm Fig. 43 Sección de un Brocal 79



2.5.3 Excavación y Colocación

La excavación se realiza con un equipo Kelly equipado con una almeja hidráulica de 2.20 x 0.82 sobre una draga tipo LS-118 equipo muy similar al Casagrande, excepto por que tiene la posibilidad de girar la almeja para poder excavar a diferentes grados de giro con respecto al brocal.

La excavación se realiza de la manera tradicional excepto que no esté limitada a la longitud de un muro, por el contrario, puede ser continua dado que la colocación también lo es. En cuanto a la geometría de la excavación está considerada márgenes de maniobra para la colocación en todas su caras de tal manera que se excava un ancho de 0.82 m para colocar un muro de 0.50 m y se excava el fondo 0.50 m adicionales. - La excavación se estabiliza con un lodo fraguante cuya dosificación es la siguiente:

1.0 m3 de agua 200 kg. de cemento

40 kg. de bentonita

Este lodo es transportado a la zanja mediante tubería de acero enterrada en el terreno y suministro se controla a través de tener intercomunicados al operador de la planta y el operario de la obra, sin embargo si esta comunicación falla la tubería tiene instalada una válvula de globo que permite suspender el suministro de lodo a la zanja.

VIGUETA'!'

CUÑAS DE MA0ERA

PARA AJUSTE

LODO FRAGUANTE

Fig.44 Nivelación y Centrado de un Muro Prefabricado

80



El funcionamiento de la planta de lodos se describe por separado.

Cabe aclarar que en este procedimiento, el lodo fraguante no se recicla, al colocar un muro el lodo que sobra es movido a una excavación contigua hecha una profundidad suficiente sólo para almacenar el lodo desalojado por el muro y otra parte se desperdicia por el propio manejo.

El papel que desempeña el lodo es el siguiente:

Asegurar la estabilidad de las paredes de la excavación en el transcurso de ésta. - Mantener los muros en su lugar definitivo una vez que ha fraguado. - Asegurar la impermeabilización del tablero. - Asegurar la sustentación de la obra en todas las fases constructivas.

Tal como se mencionó , la excavación no está restringida a la longitud de un muro, por lo tanto no tiene que hacerse con tanta precisión, como en un muro convencional, en cuanto al posicionamiento del equipo para excavar las etapas. Esto permite maniobrar el equipo con mayor holgura y permite mayores rendimientos si es adecuadamente operado. En el caso particular de esta obra se excavaron hasta 12.00 m de longitud sin tener ningún problema de estabilidad del suelo o asentamiento de consideración.

Una vez que se ha concluido la excavación se retira el equipo Kelly y se realizan las maniobras de izaje del muro para proceder a su colocación, la cual se efectúa y controla de la manera siguiente:

Se ubica topográficamente el eje del muro dentro del brocal y se referencia a cada lado mediante clavos instalados en el brocal. Longitudinalmente al brocal se hace un despiece de los muros considerando la holgura de 2.5 cm especificada entre muro y muro.

- Se obtiene el nivel del brocal en la zona donde se colocará el muro para poder nivelar la Posición final del muro en la zanja.

- A partir de las referencias colocadas en el brocal respecto al eje del muro se calcula un Valor "X" que será la distancia entre la referencia y los palos del muro. La nivelación, centrado del muro, se logra con unas guías metálicas en forma de "L " Que se ajustan con cuñas de madera para ubicar el muro en su lugar exacto. Se procede a izar el muro y colocarlo verticalmente mediante un doble estribo y Utilizando 5 puntos de apoyo tal como se muestra en la fotografía.

- Durante la bajada del tablero se coloca, sobre la cara que da hacia el núcleo, un desmoldante que evita que el lodo fraguante se adhiera al concreto y permita una limpieza más fácil del muro.

- Durante el guiado del tablero, éste se asegura en varias direcciones: a) Para que el tablero baje verticalmente. b) De forma de posesionar el tablero con respecto a los puntos topográficos ubicados en

el brocal y al tablero vecino. c) Para posesionar el tablero con respecto a los puntos de nivelación.

81


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza Esto se controla mediante la instalación de plomos laterales al muro durante su colocación y midiendo constantemente las referencias colocadas en el brocal.

- Cuando el muro ha sido bajado totalmente en la zanja se nivela ajustando su posición mediante las varillas roscadas que tienen en sus columnas y tuercas hexagonales, sobre una estructura transversal al brocal

- Después de nivelado y calzado con las tuercas se checa la verticalidad y se retira el estribo.

- Después de dos a cinco días de secado se puede retirar el sistema de sujeción y de calzado, dado que el lodo ha fraguado y tiene capacidad para soportar el muro.

- Con el fin de asegurar la impermeabilización y una adecuada adherencia entre el concreto y la junta "Water Stop", ésta se inyecta con lechada de cemento Portland tipo en las zonas tabulares rellenando estas reservaciones y obligándola a adherirse al muro

Fig. 45 Muro Prefabricado en el Izaje, en Europa



L a composición de la lechada es la siguiente:

Cemento- Agua: 0.15

Presión : 2 a 3 bars.

Una vez terminada la inyección la junta sella

Este sistema de colocación permite una precisión en el nivel de soporte de:

+2 cm en plano

+2 cm en nivel de desplante

La tolerancia en distancia entre paneles consecutivos será de 2.5 cm.

dos

Se procede a colar la losa maciza cerrando así la estructura del cajón.

Es necesario que antes de colar la losa, los troqueles de concreto sean apuntalados mediante la utilización de obra falsa. Estos puntales podrán retirarse una vez que la losa tenga el 65% del f e de proyecto, y cuando llegue al 100% de éste se podrá efectuar el relleno correspondiente.

VARILLA ROSCADA

TUERCA EXAGONAL

yESTRUTURA

METÁLICA

BROCAL

DETALLE DE FIJACIÓN DE MURO A BROCAL

LECHADA

NIVELACIÓN DE MURO PREFABRICADO

Fig.48 Junta y Nivelación del Muro

JUNTA ANTES

DE INYECCIÓN

DETALLE

DÉLA ESTRUCTURA

JUNTA WATER STOP

MURO

La precisión en verticalidad será de 0.5%

83


2.6 Características de los lodos fraguantes. Alejandro Manuel Alvarez Inzunza

La adición de cemento a una suspensión de arcilla tixotropica (bentonita) produce un nuevo material de características muy complejas, cuyo aspecto en el momento de su elaboración es el de una lechada viscosa de color gris; esta mezcla no inicia su fraguado mientras se mantenga en movimiento, pero una vez que se deja de mover y permanece en reposo, fragua rápidamente. Dentro de sus principales aplicaciones se incluyen:

a) Inyecciones. b) Pantallas impermeables. c) Muro tablestaca prefabricadas. d) Cimientos de resistencia media. e) Empaque de aparatos de instrumentación dentro del subsuelo.

En el caso de las muro tablestaca prefabricadas, el lodo fraguante sirve, además de estabilizar las paredes de la zanja, de relleno entre la pieza prefabricada y la pared de la excavación, evitando asentamientos del terreno vecino; asimismo, consigue la estanqueidad necesaria de las juntas entre paredes y por ser material blando, facilita la limpieza de la pared expuesta de la muro tablestaca.

2.6.1. Tipos de Mezclas de Agua, Bentonita y Cemento.

Según Jones , los diversos porcentajes de combinación posibles entre el agua, la bentonita y el cemento, forman seis diferentes grupos de mezclas en atención a su comportamiento, según se observa en la figura 49.

auno

Fig. 49 Triángulo de Proporcionamiento

%/BENTOMITA

( J o n a s , I M S )

84



Tales mezclas pueden catalogarse como:

A.- Suspensión inestable que sedimenta. B.- Suspensión estable temporalmente que sedimenta antes de fraguar . C- Gel arcilla cemento, poco resistente . D.- Suspensión estable y bombeable. E.- Suspensión estable, viscosa y espesa. F.- Mezclas no trabajables, sólidas, generalmente en forma de polvo.

El propósito en nuestro caso consistió en formar una mezcla que se ubicara predominantemente en la zona D.

2.6.2 Propiedades requeridas del lodo.

Para obtener una mezcla adecuada de lodo fraguante es necesario definir la proporción exacta del lodo bentonítico como el cemento en la composición del mismo. Este proporcionamiento base inicial se define mediante un estudio de laboratorio y posteriormente su verificación en campo. Las principales propiedades de los lodos que deben determinarse son: las propiedades de fluidez, y las propiedades físicas. Tales propiedades tienen por objeto caracterizar su comportamiento tanto en su estado líquido como en su estado sólido.

Dentro de las propiedades de fluidez se encuentran la viscosidad, tixotropía, tiempo de fraguado y la resistencia del gel formado: las propiedades físicas involucran la densidad y el peso específico de la mezcla.

De las propiedades anteriores dos de ellas revisten especial importancia para los fines del nuevo procedimiento, siendo éstas el tiempo de fraguado y la resistencia de la mezcla ya fraguada.

El tiempo de fraguado es un parámetro muy importante porque limita el tiempo disponible desde que se fabrica la mezcla hasta que se concluye la introducción de los muros precolados dentro de las zanjas. A partir de este momento una vez que el lodo queda en reposo dentro de la zanja existe un lapso de tiempo antes de que se inicie el fraguado del mismo, por lo que será imprescindible introducir los tableros precolados antes de que aquel fragüe.

El otro aspecto se refiere a la resistencia que alcance el lodo una vez que este haya fraguado. En el caso particular del cajón subterráneo y dadas las características mecánicas del subsuelo en donde se realizaron las pruebas para el nuevo procedimiento, se busco que ésta tuviera una resistencia mínima a la compresión simple de 8 ton/m la cual debe alcanzarse a los 28 días con el proporcionamiento empleado.

85



Desde un punto de vista más analista, la resistencia está definida por los siguientes factores: - La cantidad de cemento, de un modo primordial. - El tipo de cemento, de bentonita y su interacción. - El grado de desecación.

La cantidad y el tipo de suelo incorporado (contaminante). El tiempo.

2.7 Proceso de Fabricación y utilización del lodo autofraguante.

El lodo autofraguante utilizado en este caso se fabrica en una planta, en donde el proceso inicia con la preparación de la bentonita en mezcla con agua; esta preparación se hace por separado depositando en el mezclador o digestor de alta turbulencia de capacidad de 1,200 lt, un saco de 50 kg. de bentonita por cada m3 de agua. Una vez que se ha mezclado se manda a los tanques de almacenamiento de lodo bentonítico, éstos tienen una capacidad de 8.00 lt. aproximadamente, la constructora cuenta con 5 (cinco) tanques. Ya elaborado el lodo bentonítico, se deja reposar por un periodo de tiempo de 10 hrs. para garantizar su hidratación.

Una vez transcurrido el periodo de hidratación del lodo bentonítico se le añade cemento Portland Tipo 1, lo que formará la lechada de lodo autofraguante, los depósitos de cemento y bentonita están conectados directamente al digestor, el cual esta provisto de dispositivos para regular las cantidades a utilizarse; además éste cuenta con su báscula y con agitadores para mezclar y homogemzar. La dosificación empleada es bentonita 40kg/cm3 y lignosulfato de 2 a 3 kg/m3 (este aditivo actúa como retardante).

Cabe mencionar que las cantidades de cada componente se determinan en obra con pruebas previas y se adaptaron según el suelo encontrado.

Una vez preparado el compuesto lodo bentonítico más cemento, éste es enviado al depósito de los autofraguante o fraguante donde posteriormente es extraído para su utilización, en obra se traslada con bombas tipo misión 3x4 r. la lechada no será desarenada ni reciclada, se queda en forma definitiva en la zanja.

2.7.1 Componentes de la planta

1. Silo de almacenamiento de cemente de 50 ton. aproximadamente. 2. Tanques de almacenamiento para el lodo bentonítico (bentonita más agua) 3. Tablero de control. 4. Digestor o mezclador con capacidad de 1,200 lt. aprox. 5. Báscula para medición de dosificación. 6. Recipiente para medición de bentonita. 7. Tablero de control de planta . 8. Tanque de depósito de agua. 9. Depósito de lodo bentonítico más cemento, lodo autofraguante o fraguante. 10. Zona de almacenamiento de sacos de bentonita y lignosulfato.

86



2.7.2 Papel que desempeña la lechada del lodo autofraguante

- Asegurar la estabilidad de las paredes de la excavación en el transcurso de la misma. Mantener los tableros en forma definitiva y evitar desplazamiento de los mismos. Asegurar la impermeabilización del tablero. Asegurar la sustentación de la obra en todas las fases constructivas.

PLANTA DE FABRICACIÓN DE LODO AUTOFRAGUANTE (LODO BENTONITICO MAS CEMENTO)

¿22553 1.- SILO DE ALMACENAMIENTO DE CEMENTO. 2.- RECIPIENTES DE ALMACENAMIENTO DE BENTONITA OE 10,000 LT DE CAP. 3.- CONTROLES. 4.- DIGESTOR. 5.- BASCULA. 6.- RECIPIENTE PARA MEDICIÓN DE LA CANTIOAD DE BENTONITA. 7.- CONTROLES DE ENCENDIDO DE LA PLANTA. 8.- TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA. 9.- TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE BENTONITA CON CEMENTO.

Fig. 50 Planta de Lodo Autofraguante

2.7.3 Características del Proyecto Lodo Autofraguante.

La función de la lechada de lodo autofraguante es la de asegurar la estabilidad de las paredes de la excavación en el transcurso de la perforación, mantiene lodo tableros en forma definitiva y asegura la impermeabilización del tablero, así como la sustentación de la obra en todas las fases constructivas.

Método de fabricación y utilización. Equipo: Se utiliza un mezclador de alta turbulencia de capacidad 1,200 lt.

87



Componentes: Bentonita 40 km3, cemento 200kg/m3 lignosulfato de 2 a 3 kg/m3.

Las cantidades de cada componente se determina en obra con pruebas previas y tendrán que adaptarse según el subsuelo encontrado.

Almacenamiento.- Los materiales serán entregados en la obra en saco o en silo para el cemento; la bentonita en saco.

Utilización.- La lechada se almacena en un tanque antes de ser enviada a la trinchera con bombas tipo misión, 3x4 R,

La lechada no será desarenada ni reciclada. Se queda de forma definitiva en la zanja.

2.7.4 Control de frecuencia

BENTONITA: Muestra en cada entrega; el rendimiento se define como la cantidad de bentonita necesaria a agregar a 1 m3 de agua para obtener una viscosidad de 40" Marsh (cono de volumen 956 cm y hoyo de 4.75 mm).

LECHADA: La viscosidad después de fabricación: mínimo una vez por turno y/o cuando se requiere (entre 33 y 40) densidad mínimo una vez por turno (entre 1.05 y 1.13).

Toma de muestra para medición de resistencia a los 30, 90 y 180 días, en planta 3 muestras por día y en trinchera 3 muestras cada día.

2.7.5. Especificaciones de la Dirección general de construcción del sistema de transporte colectivo Metro en la línea "B"

2.7.5.1 Lodos fraguantes en muro (antigua) prefabricados.

El lodo fraguante es un lodo bentonítico al que se le adiciona cemento, para lograr su fraguado después de un determinado tiempo. El lodo fraguado después de un determinado tiempo. El lodo fraguante se usará, por una parte, para estabilizar las paredes de las zanjas que se excavarán para alojar los tableros de muros prefabricados que servirán como estructura de contención y por otra parte, ya fraguado el lodo servirá para evitar desplazamiento de los muros. 2.7.5.2 Requisitos que debe cumplir el lodo fraguante 2.7.5.2.1 Características Generales 1 - El lodo fraguante se obtendrá mediante una mezcla de agua - bentonita - cemento. 2- Al quedar en reposo, el lodo deberá alcanzar su resistencia de diseño, rellenado los

espacios comprendidos entre las paredes de la excavación y los paños del muro prefabricado.

3- El lodo no iniciará su fraguado mientras permanezca en movimiento, pero una vez en reposo fragua rápidamente.

88



4- El lodo servirá de relleno entre la excavación y los muros prefabricados, y su resistencia al fraguar evitará desplazamientos horizontales.

2.7.5.2.2 Propiedades del lodo fraguante

1- Peso volumétrico será de 1.2 t/m3 toler. + 5% 2- Después de fraguado, la resistencia a la compresión axial sin confinar a los 28 días, no

deberá ser menor de 78.45 Kpa ( 0.8 kg/ cm2) toler + 10% Toler.= Tolerancia

- El valor anterior se obtendrá en probetas cilindricas de 3.6 cm de 0 , y con relación de esbeltez igual a 2, las cuales serán extraídas tanto del lodo del depósito como de la zanja.

- Para confirmar las propiedades de resistencia será necesario realizar ensayes de probetas a 7, 14 y 28 días de edad, obteniéndose de cada una de ella gráficas de deformación - esf, para determinar al mod. de elasticidad. Se harán cuando menos 3 series de pruebas por cada 40 m3 de lodo fraguante.

2.7.5.2.3 Proporcionamiento

1- El proporcionamiento en peso de los componentes del lodo fraguante por cada m3 agua 77%, bentonita 8 %, cemento 15%.

2- Se elaborará en primer lugar el lodo bentonítico dejándolo reposar durante un periodo mínimo de 24 hrs. para garantizar su hidratación.

3- Transcurrido el periodo de hidratación de lodo bentonítico se le añadirá cemento portland tipo I o II, en una proporción en peso del 15% por cada m3 de lodo fraguante.

4- El cemento se agregará al lodo bentonítico en un depósito que cuente con agitadores para mezclar y homogenizar durante 15 min. (mínimo agitando).

2.7.5.2.4 Muestreo y pruebas

Cuando menos dos pruebas del lodo fraguante por cada tablero la Ia. Al vaciar el lodo a la zanja cuando se inicie su excavación, y la 2a. Inmediatamente antes de introducir el muro prefabricado.

89



3. Muro Tablestaca Colado "in situ" Empleando Agua como Fluido Estabilizador o Lodo Arcilloso .

90



c I i c 3 1 Introducción " ' ^ L l O T E C A

El programa experimental de la Dirección General de Obras y control del Sistema de Transporte Colectivo ( Antes COVITUR), enfocado a demostrar que se puede utilizar agua en lugar del tradicional lodo bentonítico para la construcción de Muros Tablestaca en las arcillas del Valle de México ha sido un extenso trabajo que abarca la observación directa de por lo menos 3,000 m de Muros Tablestaca. Los resultados experimentales son tan contundentes, que actualmente sólo se requiere un marco teórico que los explique, los generalice y lo haga aplicables fácilmente. Desgraciadamente solo se han realizado muy pocos tramos en la ciudad, y existen empresas que reniegan de este procedimiento que plantea una manera diferente de realizar estos trabajos, con sus debidas medidas.

Desde 1976, investigaciones teóricas y experimentales hechas en el Instituto Geotécnico Noruego sobre Muros Tablestaca estabilizados con agua sirvieron para demostrar la facti-bilidad de aplicar esa técnica en las peculiares arcillas blandas y de baja plasticidad de la ciudad de Oslo; es conveniente mencionar que el propósito de esas investigaciones fue reducir el costo de las obras viales de esa ciudad. En nuestro país, en el instituto de ingeniería se han realizado investigaciones teóricas que ratifican la aplicabilidad de las soluciones noruegos al subsuelo de la ciudad de México y que seguramente influirán en futuros proyectos.

Arcilla vs bentonita. En este trabajo se busca precisar el campo de acción y posibilidades del agua como fluido estabilizador, que durante etapa de excavación se transforma de manera espontánea en un lodo arcilloso de baja viscosidad, debido a la natural integración de coloides; el lodo que así se forma es capaz de obturar y sellar los estratos de arenas y vidrios volcánicos que se encuentran intercalados en las arcillas.

Mecanismo estabilizador.- Al igual que los lodos bentoníticos los lodos arcillosos son capaces de formar la costra o "cake" que, funcionando como membrana de muy baja permeabilidad, permite el desarrollo y aplicación de la presión evidente que en las arenas permeables se requiere un lodo viscoso y que sólo con bentonita se puede lograr la costra en cambio, en las arcillas y en arenas con porcentajes significativos en finos, un lodo de baja viscosidad es suficiente, ya que en las paredes de la excavación necesariamente queda untada una capa de arcilla remoldeada por la almeja de excavación, la cual funciona como una excelente costra estabilizadora, que además es complementada en las eventuales superficies sin costra con los coloides del lodo arcilloso.

Perspectivas de aplicación. El uso de agua como fluido estabilizador capaz de producir lodos arcillosos de baja viscosidad durante la excavación, terminará por sustituir a los lodos bentoníticos para la construcción de los Muros Tablestaca en los suelos arcillosos del Valle de México, restringiéndose la aplicación de bentonita únicamente a los casos donde

91


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza se presenten espesores importantes de relleno no cohesivos o arenas limpias de baja compacidad.

3.2 Muros de prueba

Con el nombre de Muros de Prueba se han identificado más de 500 Muros construidos bajo la supervisión directa del personal de la Dirección General de Obras y Operación del Sistema de Transporte Colectivo Metro( Antes COVITUR), ensayándose los siguientes fluidos estabilizadores: lodo bentoníticos, lodo arcilloso mezclado en planta, todo arcilloso mezclado en zanja y lodo arcilloso de baja viscosidad general durante la excavación.

Estabilidad de la excavación. Las observaciones de campo demostraron que independientemente del fluido utilizado, las excavaciones resultaron estables, surgiendo entonces la necesidad de contar con una metodología para evaluar el factor de seguridad de esas excavaciones, en función de las características del lodo, de la estratigrafía y de la resistencia de los suelos.

3.3 Estabilidad General de una Zanja con lodo

3.3.1 Mecanismo de falla general El colapso de una excavación para muro Tablestaca, implica el desarrollo de una superficie de falla que define un prisma que se desliza. Así, cuando la excavación ha alcanzado una cierta profundidad, la superficie de falla llega hasta el fondo de excavación, como se presenta en la en la fig.51, que corresponde al caso de suelos cohesivos a la profundidad máxima de excavación.

92


3.3.2 Análisis con el criterio convencional Alejandro Manuel Alvarez Inzunza

Conceptos básicos.- Consiste en analizar el equilibrio del prisma de ancho unitario que puede deslizar (fig.52), que en el caso de un suelo cohesivo se define con un superficie de falla a 45°; en cuanto al fluido estabilizados, la profundidad a la que se maneje junto con su peso especifico, condicionan la magnitud del empuje hidrostático que se puede desarrollar. En estas condiciones, el factor de seguridad se evalúa por la relación de la cohesión total que puede desarrollarse en la superficie de falla, a la necesidad para mantener el prisma en equilibrio.

el RESISTENCIA AL CORTE

ISONDEOS9-I1I

q c (kg/cm2|

Fig. 52 Estabilidad de la Zanja

En base a un análisis de la resistencia al corte, el peso de este prisma, la presión hidrostáti-ca, y todos los demás factores que intervienen en las investigaciones mexicanas se llego a la expresión que se presenta:

FS = 2BCcu

W-R (1)

Donde:

W Peso del prisma ACDE y de las sobrecargas superficiales por maquinaria de construcción

P a Presión hidrostática desarrollada dentro de la zanja (1/2 yfh2) BC es la proyección vertical de la superficie de falla y los demás factores ya fue

ron definidos. C u Resistencia no drenada del suelo (obtenida en laboratorio o deducida de

sondeos de cono).

93


3.3.3 Análisis con el criterio Noruego Alejandro Manuel Alvarez Inzunza

Consiste en analizar el equilibrio de dos prismas de ancho igual a la longitud de la zanja abierta (fig.53), que como prismas completos sufren deslizamientos horizontales y verticales; el desarrollo técnico noruego considera que la resistencia en los planes inclinados a 45° corresponde a la determinada con pruebas de compresión triaxial y en los planos verticales a la de veleta corregida.

Expresiones de cálculo. Se presenta un resumen del análisis de los prismas (fig.53), que conduce a la siguiente expresión del factor de seguridad.

p fia

1 1

COMPRESIÓN TRIAXIAL

Fig. 53 Condición de Falla VELETA

DIMENSIONES

P PROFUNDIDAD DE LA ZANJA L LONGITUD DE LA ZANJA B ANCHO DE LA ZANJA D PROFUNDIDAD DE LA FALLA

DESARROLLADA Cv RESISTENCIA AL CORTE CON VELETA C T RESISTENCIA AL CORTE EN TRIAXIAL

NO DRENADA /} COEFICIENTE GEOMÉTRICO DE LA

POSICIÓN DEL NIVEL DEL FLUIDO DENTRO DE LA ZANJA

Z PROFUNDIDAD C RESISTENCIA AL CORTE

FS = D[y-P2tf)

2 ^ + 0 . 94 -V J

(2)

donde C v resistencia al corte con veleta

C T resistencia al corte con triaxial no drenada y peso volumétrico del suelo yf peso volumétrico del fluido estabilizador D profundidad de la falla L longitud de la zanja p coeficiente geométrico de la posición del nivel del fluido dentro de la zanja

FS factor de seguridad para el caso más general (D/L < 7.5), en el que el plano inclinado de falla llega hasta la superficie (fig. 54)

Investigación experimental.- Los interesantes experimentos realizados en tres sitios de Oslo, que demuestran que las zanjas abiertas fueron estables aún utilizando agua simple y que para hacerlas fallar se requirieron abatimientos del agua de 4.6 a 8.3 m.

94



3.4 ADAPTACIÓN DEL CRITERIO NORUEGO

Características de las arcillas de Oslo. Para aprovecharlas experiencias noruegas conviene establecer una comparación cualitativa de estas peculiares arcillas con las de México. La cual se pensó de la siguiente manera.

a) Las arcillas de Oslo son tan blandas como las de la ciudad de México, pero tienen menor plasticidad y mayor peso volumétrico.

b) Subrayando que el peso volumétrico de las de Oslo es del orden de 1.4 veces más grande y su resistencia similar, se puede aceptar que las de México deberán ser potencialmente más estables en condiciones similares.

c) A lo anterior se debe agregar que las arcillas noruegas son muy sensitivas; esto es, fácilmente pierden su resistencia aun con deformaciones pequeñas.

d) Comparando los tiempos de falla, que en las arcillas sensitivas de Oslo variaron entre 2 y 10 horas, se puede predecir que en las de México ocurrirían en tiempos mucho mayores.

Factores de seguridad.- La expresión (2) se modifico para las características del subsuelo de la ciudad de México, aceptando como significativa la resistencia de la prueba triaxial cT y que la relación cT I cv para tomar en caso de las arcillas de México la resistencia con veleta resulta mayor que la triaxial, (fig. 54). Con estas condiciones, el factor de seguridad se expresa como:

D FS^—r * -^-* 2+ 0 . 94 - (3)

donde c v = cT =cu

La influencia del peso del equipo de construcción en el factor de seguridad, se puede tomar en cuenta mediante la expresión

/ FS =

D ni 4Wm 2

' J

2 + 0.94 — 1 (4) V

donde W m peso total o parcial de la maquinaria que opere dentro del área de la traza superior del prisma de falla, en toneladas.

95


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza Efecto tridimensional.- Es importante destacar que el procedimiento convencional es una solución plana mientras que el Noruego modificado toma en cuenta la resistencia que se genera en las caras laterales del prisma, cuya contribución a la estabilidad depende del ancho del prisma, como se observa al comparar las expresiones (1) y (2) del factor de seguridad.

Resistencia al corte, en t /m2

1 2 3 4 5

"O "O c

10

3 12 o

14

16

18

20

/

\

r

i

«

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/ 1 f >

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- " • "

v

^ 1

* 1

— ^

'-

o — - * Compresión « imple

% % Triaxial Q

* — — K Vélela

i

i

•

Fig. 54 Variación de la Resistencia al corte con la Profundidad, en el Lago de Texcoco.

3.5 Propiedades significativas de los lodos

3.5.1 Información recopilada por COVITUR

En la tabla 2 se resumen los valores medidos de las tres propiedades significativas de los lodos que usualmente se controlan en la fabricación de Muros Tablestaca, tanto en suelos granulares como cohesivos. En el caso de los lodos bentoníticos las mediciones se hicieron con muestras de las planta de mezclado y de la zanja excavada. Por su parte los lodos arcillosos que se forman espontáneamente agregando agua durante la excavación, los valores medidos se obtuvieron con muestras tomadas de la zanja. A continuación se comparan los valores medidos con los recomendados en la literatura técnica sobre este tema.

96



TABLA 2 . PROPIEDADES MEDIDAS DE LOS LODOS

Propiedad

Densidad

(1.02-1.07)

Viscosidad de Marsh

( Entre 28 y 45 Seg)

Contenido de Arena

(Max 7 %)

Tipo de Lodo

Bentonitico

Arcilloso (D

Bentonitico

Arcilloso ®

Bentonitico

Arcilloso ®

Aclaración

Medida en Planta Medida en la Zanja

Agregando Agua


Agregando Agua


Agregando Agua

"ñ (D

210 193

300

210 193

300

210 193

300

X ©

1.05 1.07

1.07

1.7 4.6

30.9

1.7 4.6

3.5

a n ©

0.05 0.07

0.03

1.1 2.0

3.5

1.1 2.0

2.5

(D El lodo arcilloso fue siempre el producido espontáneamente en la zanja. © Valores de la especificación actual ® ñ, Numero de Determinaciones ® x, Valor Medio de Cada Propiedad © <rn, Desviación estándar

3.5.2 Densidad

Valores medidos. Esta, que es la más importante propiedad de los lodos como agente estabilizadores de las excavaciones en suelos finos, tiene valores medios iguales para los lodos bentoníticos y arcillosos tomados en la excavación 1.07 ton/m , tabla 2). Este hecho hace que ambos sean igualmente efectivos y todavía mejor en los arcillosos, porque la dispersión estándar de los valores medidos demuestra que los bentoníticos se pueden presentar valores mínimos de 1.01 ton/m3, en cambio en los arcillosos el mínimo es de 1.04 ton/m .

Valor recomendable.- Se puede decir que los valores de la especificación actual, de 1.03 a 1.07, son muy adecuados y por ello deben mantenerse válidos.

3.5.3 Viscosidad Marsh

Valores medidos. Para el lodo bentonitico el valor medio de esta propiedad resultó de 43.9 seg. con desviación estándar de 11.3 (tabla 2), mostrándose así que en el trabajo de campo no se considera necesario llegar el valor máximo especificado de 55 seg. por su parte, para los lodos arcillosos, al valor medio resultó de 30.9 seg. y la desviación estándar de 3.5. la

97



relación de estos valores medios con sus respectivas desviaciones estándar, pone en claro que la densidad del lodo bentonítico es errática y que en cambio en el lodo arcilloso resulta más uniforme.

Valores recomendables. Apoyándose en la experiencia con lodos de baja viscosidad, se recomienda fijar el límite inferior de esta propiedad en 28 seg. y aceptar como limite superior 45 seg. para los sitios, donde predominen las arenas; estos valores están también avalados por las tablas 3 y 4 tomadas de las refs. 9, 10 y 12. Vale la pena mencionar que en el Siderúrgica Lázaro Cárdenas se han construido pilas y Muros Tablestaca en arenas y aluvión, con lodos de 45 a 50 seg.

Contenido de arena.- Los valores del contenido de arena de la tabla 2 demuestran que los lodos arcillosos y bentoníticos dan valores muy similares y que en los arcillosos son ligeramente menores.

Valores recomendables.- La especificación actual de 10% como máximo es adecuada e incluso conservadora, porque para elementos estructurales que no requieran concretos de altas resistencias, como es el caso de los Muros Tablestaca, se puede admitir hasta 25% . Por ello se recomienda mantener la especificación actual.

TABLA 3 VALORES COMUNES PARA LA VISCOSIDAD MARSH Tipo de Suelo

Arcilla Arena Limosa y Arcilla Arenosa Arena con Limo Arena Fina a Gruesa Arena con Grava Grava

Excavación en Seco

27-32 29-35

32-37 38-43 42-47 46-52

Excavación Bajo el Nivel Freático

-

38-43 41-47 55-65 60-70

TABLA 4 ESPECIFICACIONES INGLESA PARA LODOS ESTABILIZADORES Propiedad Densidad Viscosidad Resistencia a los 10 min P.H.

Rango de Valores a 20° C Menor que 1.1 30-90 seg 1.4-10 N/mz

9.5-12

Tipo de Prueba Balanza de Lodos Cono Marsh Viscosímetro Tiras Sensoras de P.H.

98



3.6 Estabilidad local de la excavación y fracturamiento hidráulico

3.6.1 Descripción general

Planteamiento.- La estabilidad de una excavación para muro Tablestaca debe analizarse

para; a)La condición de falla general relacionada con la resistencia del suelo y profundidad de la excavación. b) La ocurrencia de fallas locales del brocal de la excavación, relacionada con el flujo in

ducido de lodo, así como de fugas de tuberías y de rellenos sueltos. c) El desarrollo del fenómeno de fracturamiento hidráulico, generado por el exceso de

presión hidrostática del lodo y del concreto fresco. Modificaciones necesarias.- La especificación actual indica mantener el fluido a 80 cm de profundidad, sin considerar la posición del nivel freático ni las características de los materiales. En las nuevas especificaciones se debe incluir la evaluación de las condiciones potenciales de inestabilidad, aclarando el análisis en la etapa de diseño y para la supervisión técnica durante el proceso de construcción; el marco teórico para esas acciones se presenta en este escrito, junto con una sencilla metodología de cálculo.

3.6.2Condiciones de inestabilidad local

A continuación se describen los dos mecanismo de falla local que se pueden desarrollar:

a) Humedecimiento y reblandecimiento. Los materiales areno - limosos ubicados arriba del nivel freático están siempre expuestos a perder su resistencia al corte a con secuencia del humedecimiento (fig. 55). Este problema se puede evitar si el nivel del fluido que llena la excavación (agua o lodo), puede abatirse y quedar cerca del nivel freático; un cuidado adicional que debe tenerse es el introducir el fluido hasta el nivel de operación, para evitar la erosión que se induce si se arroja desde el brocal. Cuando por razones de estabilidad no puede abatirse el nivel del fluido, deberá ensayarse con agua, pero si no puede controlarse la excavación se deberá cambiar a lodo bentonítico, porque la zona que se humedece resulta de menor espesor.

ü=

-777!V<

gV CAÍDO

NF

\ FLUIDO

Fig. 55 Falla local por humedecimiento

99



b) Flujo en granulares.- Este mecanismo se ilustra en la fig. 56; esencialmente consiste en que durante la excavación el agua o lodo se introduce en un estrato permeable somero, que puede estar arriba o por abajo del nivel freático. Se ha observado que el volumen de fluido puede ser de varios metros cúbicos, transformando al estrato en un verdadero acuífero. Si el nivel del fluido se abate, el flujo en el estrato se invierte y genera la falla del prisma. La solución para este problema se basa en no transformar esos estratos en acuíferos, manteniendo el nivel del lodo en coincidencia con el freático.

Fig. 56 Falla local por Agua o Lodo

Falla por filtraciones..- La presencia üe tuoenas con agua induce condiciones de flujo que favorece las fallas locales; el sellado de esas tuberías no siempre elimina el problema porque casi siempre tienen drenes inferiores que conducen agua ( fig. 57 ). Este problema debe resolverse con bombeos locales y drenes horizontales que alivien la presión de las filtraciones.

DREN

Fig. 57 Falla local por filtración

100



Rellenos inestables.- Los rellenos sueltos no pueden mantenerse estables en cortes verticales, necesariamente se desarrollará una superficie de falla (fig. 58). Este problema se podrá resolver con alguna de las siguientes alternativas: estabilizar la superficie con mortero de cemento reforzado con malla delgada y algunas anclas cortas, o bien inclinar el corte y dejarlo con un talud estable.

•;••".•*;••. : SUPERFICIE """'-.'. 'X ' DE FALLA

FLUIDO

-BJgL

Fig. 5 8 Falla Local por rellenos sueltos

Criterio de análisis.- Las fallas locales descritas deben analizarse como sencillos mecanismos de prismas que pueden ser inestables. Esta acción deberá ser parte del proyecto; sin embargo, es evidente que deberá complementarse y corregirse durante la construcción; incluso podrá justificarse la realización de algunos sondeos someros con el cono eléctrico.

Técnicas de estabilización.- Cada tipo de falla local requiere de alguna de las soluciones antes descritas, aunque este tema debe ampliarse para dominar las técnicas más adecuadas y seguramente que el mortero de cemento reforzado con malla, las anclas cortas y los drenes horizontales, serán las mejores alternativas de solución, dejando los actuales brocales de concreto reforzado para los casos muy peculiares.

3.6.3 Fracturamiento hidráulico

Descripción. Este fenómeno se puede describir como la activación de las fisuras preexistentes en las arcillas, provocada por el exceso de presión hidrostática que se desarrolla cuando el nivel del lodo queda por arriba de las aguas freáticas; este fenómeno se mani-

101



fiesta por un descenso brusco del nivel del lodo que a su vez provoca la disminución del factor de seguridad y la eventual falla de la excavación.

Solución factible.- Este mismo problema se presenta en la ejecución de sondeos y se le ha dado la solución trivial de mantener el nivel del lodo muy próximo al nivel freático, solución que seguramente podrá también adoptarse en las excavaciones para Muros Tablestaca, a condición de que se mantenga un factor de seguridad mínima de 1.3.

Problema constructivo.- Conviene agregar que este fenómeno de fracturamiento ocurre con más frecuencia cuando se introduce el concreto, ya que se trata de un fluido de densidad 2.4, por lo que es más capaz de activar las fisuras; así el concreto expande la excavación y penetra horizontalmente y sobre todo en forma de una cuña vertical (fig. 59) Cuando esto sucede, se incrementa sin ningún control el volumen de concreto y se deforma la parte inferior del muro; esta deformación no siempre puede observarse, porque frecuentemente queda debajo del nivel de excavación del cajón del Metro. Este problema, junto con el de los caídos locales hace necesario un control confiable del volumen de concreto que se introduce a los Muros; lo cual podría hacerse selectivamente con ayuda de básculas movibles para pesar los camiones - revolvedora.

Fig.59 Fracturamiento Hidráulico



Procedimiento constructivo.- Se propone adoptar una solución que consiste en agregar a la armadura de refuerzo, una malla de alambre ( de 3A " de abertura) que forme un cajón y retenga al concreto fresco. Esta malla funcionara como un refuerzo a la tensión.

Investigación experimental.- Este problema de fracturamiento debe investigarse experi-mentalmente; para definir las condiciones de refuerzo en que se puede presentar y las medidas correctivas más eficaces para la excavación e introducción del concreto fresco.

3.7 Profundidad de operación del lodo

3.7.1 Condiciones de estabilidad general

La profundidad del fluido estabilizador para satisfacer un factor de seguridad admisible, puede definirse a partir de los análisis hechos en el Instituto Geotécnico Noruego adaptados al subsuelo de la ciudad de México.

En función de esto se trabajo en una expresión que pudiera resolverlo planteado en el párrafo anterior.

P = D -D y cu (2 0.94 ̂

í Yf Yf(rs) \D+ u j (5)

P = D - D -J- - + y \Wm

Yf D2LYf Yf{FS)

I' 1_ 0.94^ (6)

La expresión (5) toma en cuenta sólo el peso del prisma deslizante, en cambio la (6) incluye el peso del equipo de construcción; como la primera es más simple de manejar numéricamente, se propone que sea la de uso general aceptando que el factor de seguridad varíe entre 1.5 y 1.3. El valor limite inferior, que por excepción será admitido. Sobre todo por tratarse de una condición temporal de muy corta duración. En el caso de que decida emplearse la expresión (6), considerando los pesos de los equipos que se emplean durante la excavación, se recomienda adoptar factores de seguridad que varíen entre 1.4 y 1.2, con las condiciones antes descritas.

Aclaración.- Los valores propuestos para el factor de seguridad deben considerarse como provisionales, hasta que se realicen las pruebas de excavaciones llevadas a la falla que se proponen mas adelante.

103



Valores numéricos.- Para facilitar la determinación de la profundidad del fluido estabilizador se elaboraron las tablas 5 a 7, aplicando la expresión (5); para los siguientes valores.

a) Factor de seguridad FS.- Se detienen para las condiciones de falla (FS = 1), las de operación normal (FS = 1.5) y los mínimos admisibles (FS=1.3).

b) Resistencia del suelo cu.- Para la condición no drenada se adoptaron valores de 1.0 a 4.0 ton/m. El limite inferior (1.0 ton/m2) está por debajo del valor mínimo real, solo se incluye con el propósito de comparación; por su parte el limite superior corresponde a un sitio donde la solución con Muros Tablestaca empieza a ser discutible.

c) Profundidad del análisis D.- Se consideraron valores de 2 a 20 m; es importante aclarar que esta profundidad no sólo corresponde a la total de excavación, sino también a los valores que durante el proceso de excavación se van teniendo. Porque puede ocurrir que una excavación sea menos segura a una cierta profundidad menor que la máxima.

d) Longitud de la excavación L.- Se adoptó un valor único de 6m, que corresponde al módulo usual.

e) Peso volumétrico del suelo y.- En los análisis se empleó un valor de 1.3 ton/m3, que corresponda a un valor medio que considera la influencia de la costra superficial.

f) Peso volumétrico del fluido yf- Se tomaron dos valores para agua limpia 1.00 ton/m3

y para lodos arcillosos o bentoníticos 1.06 ton/m3, este último valor es menor que el medio dominante de 1.07 ton/m3 (tabla 2).

Manejo de las tabla 6 .- Entrando en la tabla correspondiente (FS =1.0. 1.3 y 1.5) con la profundidad de la excavación y la resistencia al corte, se determinan las profundidades necesarias para el agua o lodo; deben también revisarse los valores que corresponden a profundidades intermedias de excavación que podrían requerir de tirantes mayores de fluido estabilizador..

3.7.2 Ejemplo de aplicación

Excavación a 20 m. admitiendo un FS = 1.3 y lodos arcillosos con densidad 1.06; el ejemplo se presenta en la fig. 12 para tres casos de resistencias diferentes: 1) en la condición extrema de 1 ton/m2, aplicando la tabla 6 se define que el lodo debe mantenerse 0.40 cm por arriba del terreno natural, 2) en el caso de suelo muy blando, con resistencia de 2 ton/m2, de la misma tabla 6 se define que la profundidad del lodo debe ser de 1.52 m y 3) para suelo de 2.5 ton/m2, la profundidad del lodo resulta de 2.56 m; sin embargo, en este caso, observando los valores de la tabla 6 para profundidades menores de 20m, se advierte que para la profundidad de 9.0m se requiere que el lodo se mantenga a 2.39m de profundidad, así que este último valor es el que debe mantenerse.

Presentación gráfica del ejemplo.- En la misma fig. 60 se muestra el caso de la excavación de 20 m para diferentes resistencias y para comparación se agregan las curvas que corresponden a excavaciones de 10 y 15 m de profundidad; como estas gráficas se cruzan a una resistencia del orden de 2.2 ton/m2, las profundidades del lodo quedan influidas por esta

104



condición. La interpretación que tiene esta forma peculiar de las curvas, lleva admitir que una excavación con profundidad de 20 m, tiene más posibilidades de fallar a los 10 m (9 según la tabla 6). Esta conclusión teórica fue claramente demostrada con los experimentos hecho por el Instituto Geo técnico Noruego.

Tabla PROFUNDIDAD P DEL NIVEL DEL FLUIDO ESTABILIZADOR PARA FS=1.3

FACTOR DE SEGURIDAD FS=1.3

Resistencia al Corte del Suelo =1.3

Resistencia al corte del Suelo (Cu en Ton/m2)

y f 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 D 2 3 4 5

1.00 0.71 0.55 0.43 0.33

1.06 0.76 0.62 0.54 0.47

1.00

1.23 1.05 0.95

1.06

1.28 1.14 1.06

1.00

2.45 1.85 1.67

1.06

2.47 1.91 1.77

1.00

3.23 2.60

1.06

3.25 2.67

1.00

4.38

1.06

4.40

1.00 1.06 1.00 1.06

6 0.24 0.40 0.86 1.01 1.57 1.69 2.41 2.51 3.53 3.60 7 0.14 0.34 0.78 0.96 1.49 1.65 2.31 2.44 3.30 3.41 4.69 4.76 8 0.05 0.28 0.71 0.82 1.43 1.62 2.24 2.41 3.19 3.33 4.38 4.48 6.23 6.28 9 -0.04 0.22 0.64 0.88 1.38 1.60 2.20 2.39 3.13 3.30 4.24 4.38 5.70 5.80 10 -0.13 0.16 0.57 0.84 1.33 1.58 2.16 2.39 3.09 3.29 4.17 4.34 5.50 5.63

" T i -0.22 O i l OBI 081 T!29 TT57 2M Z39 3^08 330 4 l 4 Í 3 4 541 537 12 -0.30 0.05 0.45 0.78 1.25 1.56 2.12 2.40 3.07 3.33 4.14 4.36 5.37 5.56 13 -0.39 -0.01 0.38 0.75 1.21 1.55 2.10 2.41 3.07 3.36 4.14 4.40 5.37 5.59 14 -0.48 -0.06 0.32 0.72 1.17 1.54 2.09 2.43 3.08 3.39 4.16 4.45 5.39 5.64 15 -0.57 -0.12 0.26 0.69 1.14 1.54 2.08 2.45 3.09 3.43 4.16 4.50 5.42 5.70

~ Í6 -0.65 -0.18 O20 065 ÍTÍO lT53 2^07 2A7 3TlO 347 422 4^56 5~47 577 17 -0.74 -0.23 0.14 0.63 1.07 1.53 2.06 2.49 3.12 3.52 4.26 4.63 5.52 5.85 18 -0.83 -0.29 0.08 0.60 1.04 1.52 2.05 2.51 3.13 3.56 4.30 4.70 5.58 5.94 19 -0.91 -0.34 0.02 0.57 1.00 1.52 2.05 2.53 3.15 3.61 4.35 4.77 5.64 6.03 20 -1.00 -0.40 -0.04 0.54 0.97 1.52 2.04 2.56 3.18 3.66 4.39 4.84 5.71 6.12

D= Profundidad de Analisisi de la Falla potencial, en m y f = Profundiad del Fluido, enm L= Longitud de la Excavación 6.00m

105

''Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción "


EJEMPLOS Tres excavaciones en suelos i lu üibii i i ta íüsisiuncia llevadas A 20 n i <1u [ /rotundidad esta t)ilvj<las < un iodo i on FS 1 3 Longitud D 6 m

c = 1 0 t o n / m 2 c u = 2 0 t o n / m 2 ^ = 2 5 ton /m2

PROFUNDIDAD DEL LODO

c u p

1 0 0 40

2 0 1 52

2 5

239 RESISTENCIA A L CORTE c u t t o n / m * !

Fig.60 Ejemplos ilustrativos para FS=1.3

106



3.8 Metodología del análisis de estabilidad de excavaciones para el muro Tablestaca

3.8.1 Secuencia de análisis

En la fig.61 se muestra la secuencia de siete etapas que deben seguirse para definir las condiciones de estabilidad de una excavación para muro Tablestaca y seleccionar racionalmente el fluido estabilizador entre: agua, lodo arcilloso de segundo uso o lodo bentonítico.

3.8.2 Información geotécnicanecesaria

Estratigrafía.- El conocimiento confiable de la estratigrafía y características de los suelos es indispensable para racionalizar el diseño de las excavaciones para muro Tablestaca; de manera general se puede establecer para las distintas zonas de subsuelo la siguiente correlación general

a) En la zona del lago.- Caracterizada por suelos blandos y nivel freático somero, donde el fluido estabilizador de uso más general será el lodo de formación espontánea, quedando el lodo bentonítico para casos de verdadera excepción. En las áreas más blandas de esta zona podrá ocurrir el fenómeno de fracturamiento hidráulico.

b) En la zona de transición baja.- Las condiciones someras del subsuelo se asemejan a las del lago, por lo que también se podrá adoptar al lodo espontaneo Tablestaca.

c) En la zona de transición alta.- donde se tienen espesores grandes de suelos secos depositados en lo que fue la orilla del lago, cubriendo a los suelos arcillosos lacustres ligeramente preconsolidados y reducidos a sólo unos metros de espesor, que incluso sirven de frontera inferior al manto acuífero colgado que casi siempre se encuentra al poniente de la ciudad. Los Muros Tablestaca que se excavan en esta zona tienen generalmente dos posibles condiciones: quedar alojados en los suelos secos o bien penetrar hasta los arcillosos; en cualquiera de los dos casos las resistencias de los suelos son altas, lo que permite manejar niveles bajos del fluido estabilizador. En cuanto al tipo de fluido, podrá usarse el lodo espontáneo, excepto cuando los suelos secos sean muy limosos y susceptibles de perder resistencia, lo que haría más conveniente recurrir al lodo bentonítico, que por sus estabilidad humedece un menor espesor de la excavación y por ello altera menos.

d) En la zona de lomas.- En el análisis de estabilidad de la excavación interviene la resistencia no drenada de los suelos la manera más racional del definir los valores de esta resistencia es mediante sondeos de cono, interpretados con factores de correlación obtenidos de pruebas triaxiales de sondeos inalterados de control. En la fig. 14 se muestran dos formas de interpretación del sondeo de cono: a) tomando en cuanta la variación de resistencia con la vertical, se determina el valor que corresponde a la profundidad media de la excavación que se considere, y b) adoptar como representativo al valor mínimo de la resistencia. El primer criterio es el más recomendable, el segundo es muy conservador, pero tiene utilidad para estimaciones inmediatas. Con relación a los factores de co-

107



rrelación \NK), en la ref. 14 se dan valores usuales para el subsuelo de la ciudad de México.

Pesos volumétricos. Los valores de esta propiedad deben obtenerse de los sondeos selectivos de correlación. Posición del nivel freático. Conocer la posición del nivel de agua friática es indispensable para definir la correspondiente del fluido estabilizador.

Permeabilidad.- Interesa definir el coeficiente de permeabilidad de los suelos granulares, para lo cual puede aprovecharse la relación empírica de Hazen .

K = CD2,o

donde K coeficiente de permeabilidad en cm/seg.

C coeficiente empírico de correlación que varía entre 100 y 150

D10 diámetro efectivo en cm

Esta manera de definir el coeficiente de permeabilidad hace evidente que cuando más de 10% de las partículas de un suelo corresponden a limos o arcillas, la permeabilidad es muy baja, aunque el contenido de arena sea alto.

En general se puede afirmar que los materiales someros del subsuelo de la ciudad de México son de muy baja permeabilidad, con excepción de algunos estratos de arena limpia.

Susceptibilidad al humedecimiento.- Como algunos suelos limosos pueden perder resistencia cuando se humedecen, deben juzgarse experimentalmente su susceptibilidad a este fenómeno la manera de hacerlo es mediante pruebas triaxiales que se inician con una etapa de humedecimiento controlado, introduciendo agua a la muestra a través de las ductos de este equipo; una vez incrementado el contenido de agua, se llevan a la falla de tipo rápido. La comparación de los resultados de esta prueba con las convencionales, sin humedecer la muestra, permiten definir la importancia de la pérdida de resistencia y con ello se tiene la base racional para definir si el empleo de lodo bentonítico es justificable, o simplemente se requiere el lodo espontáneo.

3.8.3 Evaluación de las condiciones de construcción

Aspectos geotécnicos.- La información geotécnica que se obtiene para el diseño de una cierta línea del Metro es suficiente para el diseño de la excavación; sin embargo, ocasionalmente puede ser insuficiente para definir un cierto tramo de construcción: por ello se podrá justificar realizar algunos sondeos de cono eléctrico que únicamente penetren hasta la profundidad del muro.

108

i; i i * "Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción I O i I f~| "V p f* A


Instalaciones municipales.- Se deberá identificar cada condición peculiar que se presente relacionadas, con la presencia de tuberías, ductos, zonas jardinadas, rellenos sueltos, etc.; en estos casos se deberán hacer calas de inspección y recopilar la información técnica.

Factor de seguridad.- Para condiciones normales de excavación se deberá imponer un factor de seguridad de 1.5 y se podrá admitir, como condición limite de excepción, que baje a 1.3; esto último deberá estar sujeto a la aprobación expresa de COVITUR.

3.8.4 Condiciones de falla general

Aplicando la expresión (5) de este informe con un factor de seguridad de 1.5, se definirá el nivel teórico del fluido estabilizador que evita se desarrolle la condición de falla general, incluyendo la maquinaria usual en la excavación del muro (de aproximadamente 40 ton). En el caso de que se incremente la longitud de los tramos de excavación, a más de los 6 m usuales, o se utilice maquinaria más pesada, se deberá utilizar la expresión (6) con un factor de seguridad de 1.4.

3.8.5 Condición de falla local

Se deberá identificar en el campo, mediante calas de inspección, las características estrati-gráficas, de flujo de agua y resistencia de los suelos para analizar los mecanismos de falla que se podrán presentar (figs. 55 a 58).

3.8.6 Fracturamiento hidráulico

Este fenómeno se puede presentar en los suelos blandos de largo y ocasionar sobreconsumo de concreto; como hasta ahora no se ha podido prever el desarrollo de este fenómeno porque no se dispone de un criterio teórico de análisis, queda evidente la necesidad de investigar su importancia y definir las alternativas de solución. Mientras se desarrolla una técnica para predecir y evitar este problema, se sugiere considerar el uso de una malla que confine al concreto de la parte inferior del muro.

3.8.7 Selección del fluido estabilizador

En la fig. 13 se define el criterio para precisar qué lodo podrá utilizarse para estabilizar la zanja, quedando patente que lodo de formación espontánea (agua) es suficiente para la mayor parte de las condiciones del subsuelo y que el lodo bentonítico se debe utilizar en suelos

109



muy permeables o susceptibles a perder resistencia. Este criterio que ha estado sujeto a opiniones favorables y adversas , gradualmente ha ganado confiabilidad con los Muros de prueba hechos por COVITUR.

110



"> Estratigrafía, resistencia al corte, pesos volumétricos posición del NF*, permeabilidad, profundidad y longitud de

excavación

Falla General ** Condición Limite FS= 1.3

precisar los niveles mínimos de agua y lodo

<- • ^

Falla General ** Condición Limite FS= 1.5

precisar los niveles mínimos de agua y lodo

J¿_ Revisar por ***

falla local y fracturamiento hidráulico

<r ->

J¿_ Revisar por ***

falla local y fracturamiento hidráulico

No

M Material

permeable o susceptible a perder resistencia

por humedecimiento?

Si

No

e debe usar lodo ben-tonítico ^_ ->

< - - > Subir el nivel del

fluido al NF

Se recomienda usar agua o lodo arcilloso

de segundo uso <r - >

JJ¿.

Puede usarse Agua

*NF = Nivel de aguas freáticas ** Usando las Expresiones 3 y 4 *** Ver atracciones en el texto

Fig. 61 Metodología del Análisis de estabilidad de una excavación para Muros tablestaca.

111



10 CASO I D - 10 n

0 G CASO 2 0 = 15 n. CASO 3 D - 20 m

b) VALOR CONSTANTE (mln) Cu m|n = ^ ^

Ibl Resistencia a la

penetración del cono

SUPERFICIES DE FALLA VARIACIÓN DE RESISTENCIA DEL SUELO ENVOLVENTE DE RESISTENCIA MINIMA PRISMAS POTENCIALMENTE DESLIZABLES RESISTENCIA NO DRENADA Ipara un estrato il

Cu mm RESISTENCIA MINIMA NO DRENADA Nk COEFICIENTE DE CORRELACIÓN q c i RESISTENCIA CON EL CONO ELÉCTRICO Ipara un estratol ge m,„ RESISTENCIA MINIMA CON CONO ELÉCTRICO

FG 56 CC OFG

Cui es FAS CO FAI DP NF

COSTRA SUPERFICIAL FORMULACIÓN ARCILLOSA SUPERIOR CARA DURA FORMACIÓN ARCILLOSA INFERIOR DEPÓSITOS PROFUNDOS NIVEL FREÁTICO

Fig. 61 Metodología del Análisis de Estabilidad de una Excavación para Muros Tablestaca

3.9 Investigación experimental faltante

La mejor demostración de la confiabilidad del procedimiento de estabilización de excavaciones para muro Tablestaca con ayuda de lodos de baja viscosidad de formación espontanea, debe apoyarse en pruebas experimentales de excavaciones que se lleven a la falla; este cnterio tradicionalmente aplicado en mecánica de suelos, permite analizar rigurosamente la condición de falla (FS = 1) y su objetividad seguramente ayudará a esclarecer las incerti-dumbres que el procedimiento ha despertado.

112



4. SlurryPro CDP y SlurryPro MPA Polímeros utilizados en Construcción

Muros Tablestaca

113



4.1SlurryPro CDP

4.1.1 Descripción y Funciones

SlurryPro CDP es un polímero de vinilo soluble en agua en una novedosa forma granular que facilita su mezcla. SlurryPro CDP ha sido diseñado para la preparación de lechadas viscosas estabilizadoras del suelo para una variedad de aplicaciones de barrenado, zanjeo, y Muros Tablestaca en la industria de la construcción. Teniendo algunos aditivos como ProTek y el Slurry MP A.

4.1.2 Aplicación

El polímero SlurryPro CDP se recomienda para las siguientes aplicaciones en las construcciones:

• Pilas o pilotes perforados '• Muros Tablestaca/Muros Milán • Anclajes retenidos • Horadar/barrenamiento horizontal • Zanjeo con lechada

4.1.3 Rendimiento

Los productos de alto rendimiento producen beneficios múltiples que mejoran la economía de la construcción de muchas maneras. El alto rendimiento de SlurryPro CDP ahorra dinero al mejorar la calidad de la construcción y reduciendo sus defectos.

• Es altamente concentrado. Se requieren cantidades muy pequeñas. • Controla la pérdida de los fluidos en los suelos arenosos. Estabiliza las excavaciones. • Reduce el labrado del concreto por eliminar la contaminación de la parte superior. • Mejora la productividad de la maquinaria y de las cuadrillas. • Requiere menos equipo para la mezcla y procesamiento, reduciendo así la inversión de

capitales, la congestión en e lugar de la obra y los costos de combustible. • Tiene vida ilimitada cuando se almacena (otros productos pueden degradarse cuando

son almacenados antes de ser usados). • El producto es inofensivo para el ambiente. • Reduce los costos de transporte y los requerimientos de espacio para su almacenamiento.

En las aplicaciones típicas, el polímero SlurryPro CDP reemplaza la bentonita en proporciones de entre 1:60 y 1:200. Esto significa que 10 kilos de SlurryPro CDP pueden reemplazar de 600 a 2000 kilos de bentonita. Según sus fabricantes.

SlurryPro CDP se mezcla fácilmente con el agua. Pequeñas cantidades de SlurryPro CDP pueden crear una lechada viscosa y estabilizadora del suelo.

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SlurryPro CDP estabiliza las arenas sueltas, arcillas, y los suelos saturados. Los fluidos de SlurryPro CDP ligan cohesivamente los sólidos de la tierra excavada, facilitando su remoción de la excavación y evitando que se dispersen en la lechada. SlurryPro CDP maximiza la carga de material en las almejas, acelerando el proceso de excavación.

Las lechadas de SlurryPro CDP no se gelifican, aún a viscosidades altas. Esta propiedad facilita el asentamiento de las arenas y los elementos finos y el mantenimiento de un fluido limpio. La arena se asienta fácilmente al fondo de la excavación y puede ser removida sin dificultad. No se requiere desarenar mecánicamente. En forma diferente a las lechadas de bentonita, que tienden a suspender la arena y requieren un desarenado mecánico, las lechadas con SlurryPro CDP se limpian solas por gravedad y sedimentación. Se puede acelerar el proceso de autolimipeza del fluido mediante la adición de SlurryPro MP A™, que mejora la aglomeración, o pegado en conjunto, de las partículas dispersas. Esto facilita la limpieza del fluido y de la base de la excavación antes de colocar la varilla de refuerzo y el concreto.

SlurryPro CDP puede ser mezclado directamente en la boca del barrenado o excavación cuando se desea. Esto puede ser de ayuda en excavaciones problemáticas a través del suelo granular como la arena suelta, grava, cantos rodados y otros suelos inestables.

La eficiencia de la operación de SlurryPro CDP puede exceder por un factor de cinco el rendimiento de polímeros líquidos y de otros de menor rendimiento.

Además de proporcionar una viscosidad superior, el desarrollo de la membrana del polímero SlurryPro CDP y sus características de adhesión mejoran la carga y remoción del material, estabiliza las paredes de la excavación y mejora la fricción superficial de los pilotes barrenados. Los paneles de Muros Tablestaca requieren un menor trabajo de acabado.

Debido a que SlurryPro CDP es altamente concentrado, su mayor nivel de rendimiento proporciona una mayor economía y simplifica su almacenamiento y manejo.

SlurryPro CDP lubrica las herramientas para excavar, reduciendo la fricción y el desgaste.

SlurryPro CDP también proporciona un excelente control de la pérdida de fluidos a las arenas permeables y los suelos granulares, taponeando y sellando los espacios porosos y vacíos con un sello de Membrana de Gel™ formado por el polímero dentro de las paredes de la excavación. Esta es una característica única y valiosa de SlurryPro CDP, que puede reducir dramáticamente el consumo de la lechada y de los costos de operación y producción mientras mejora la estabilidad del suelo. Se puede manejar emn gravas de mayor tamaño añadiendo el aditivo SlurryPro MPA para formar un sistema KobbleBlok™.

115



4.1.4 Ventajas Probadas Sobre la Bentonita

En las investigaciones en el laboratorio y en numerosas pruebas con carga completa, y en proyectos de construcción, se ha demostrado que los sistemas con polímero SlurryPro CDP proporcionan las siguientes ventajas sobre las lechadas con bentonita:

• Menor consumo de concreto (hasta 15%) debido a una reducción del sobrevolumen. ( Por demostrarse)

• Muros Tablestaca con superficies más limpias y suaves. • Juntas más estrechas entre los tableros de muros tablestaca; mejor impermeabilidad. • Tolera el agua de mar en obras en las playas y costeras. • Mejora la capacidad de reciclaje y de re-uso. • Lugares de trabajo más limpios y manejables. • Eliminación simplificada de los desechos.

Cuando se toma en consideración todas las ventajas de CDP y se comprende su impacto económico, resulta claro que SlurryPro CDP es la tecnología que reemplazará las lechadas o lodos de bentoniticos, por que últimamente estas no pueden mantenerse competitivas. Numerosos contratistas para cimentaciones de las más grandes y respetadas compañías en la industria internacional, han adoptado esta nueva tecnología después de haberla probado en trabajos críticos, de alto perfil, donde el rendimiento eficiente era requerido para cumplir con los itinerarios y para obtener una utilidad. En algunos casos, CDP ha sido tratado solo después de repetidas pruebas de carga fallidas en terrenos problemáticos con sistemas de bentonita, y en cada caso CDP ha mostrado resultados mucho mejores. El quitar el factor de incertidumbre de las pruebas de carga y el mantener los proyectos dentro de sus itinerarios se traduce en ahorros monetarios grandes y en responsabilidad reducida.

4.1.5 Dosificación y tratamiento

El polímero SlurryPro CDP se mezcla con agua en proporciones de dosificación que van desde 0.3 a 1.0 kilo por metro cúbico para la mayoría de las aplicaciones.

Los datos recibidos de las pruebas en el campo muestran que las dosis más altas de CDP y viscosidad rinden valores más altos de capacidad de carga de fricción de apoyo (fricción superficial) que lo que rinden las dosis y viscosidades más bajas. En general, las viscosidades embudo Marsh de 50 o más son deseables para la mejor estabilización del suelo. Las viscosidades menores (entre unos 35 y 45), aunque son efectivas funcionalmente en algunos suelo arcillosos, generalmente proporcionan niveles más bajos de rendimiento en general y de economía operativa.

116



Gramos de CDP y Viscosidad de Marsh en un lm3 de Polímero Listo para usarse

Valores aproximados de viscosidad vs. dosificación de CDP en agua dulce:

Dosis ( gr/m3) Viscosidad Marsh 200 300 400 500 600 700 800 900

1,000

34 38 42 45 48 51 55 58 60

Tipo de Suelo en que se realizara el Muro Tablestaca

Arcilla

edimentos y Arena de Fina a edia rena gruesa a Grava

ravas Rocosas

Cantidad o Concentración de CDP

yMPA

CDP ( Kg/m3) 0.7-1.0

0.7-1.5

1.0-2.0

1.5-3.0

Viscosidad Marsh Funnel

Segundos 50-70

50-90

60-120

90-150

SlurryPro CDP debe ser mezclado rodándolo sobre un chorro de agua que esté dirigido hacia la excavación o hacia un tanque agitado para mezclar. Abanicar el chorro de agua sobre una trailla o a través de la hoja de una barrena facilita la mezcla libre de grumos. Si se mezcla directamente en la excavación, la herramienta (barrena, cucharón, excavador) debe ser reciprocada suavemente después de las adiciones del producto, para distribuir y homogeneizar el polímero.

4.1.6 Servicio técnico y apoyo profesional

El sistema de polímero SlurryPro CDP está respaldado por los conocimientos técnicos y la capacidad de servicio comprensivo de KB Technologies y de Geoquímica, líderes en la tecnología del polímero para lechadas. Geoquímica y su distribuidor en el D.F. Maquinaria Alfo, ofrece un servicio completo, comenzando con el análisis de sondeos geotécnicos y continuando a través de la formulación de lechadas en el sitio, estimación del costo, selección del equipo, diseño de la planta para la lechada y supervisión en el sitio según se requiera.

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4.1.7 Plantas de lechada para obras grandes

Para obtener el mejor rendimiento y economía, se recomienda una planta de lechada para las obras grandes. La configuración de la planta depende del tipo de trabajo que se está haciendo (por ejemplo: pilotes barrenados, Muros Tablestaca, etc.) y del tipo del equipo que se está utilizando (maquinas perforadoras, cucharones, cortadores hidromolinos con circulación de lechada...).

Los requerimientos de equipo para SlurryPro CDP son más simples que para lechadas minerales (bentonita) al extremo que las mallas vibratorias y las desarenadoras ciclónicas no se utilizan. Los aparatos para la mezcla también son más simples que los que se requieren para la bentonita, por la facilidad con que el polímero CDP puede ser mezclado en la corriente del agua sin formar grumos. Una trailla inclinada sobre la que se dirige el chorro de agua hacia un tanque con cualquier forma de agitación (inyección de aire, agitadora motorizada, etc.), toma el lugar de un mezclador de bentonita. Los mezcladores recirculantes típicos para bentonita, que pueden preparar uno o dos metros cúbicos de lechada a la vez, pueden requerir de muchas horas para preparar un volumen significativo de lechada, el cual debe ser envejecido para conseguir su hidratación total. Por contraste, se puede utilizar un tanque agitado simple para preparar de 10 a 50 metros cúbicos de lechada con SlurryPro CDP en muy poco tiempo, y la lechada puede ser usada de inmediato.

Un tanque o foso para sedimentación toma el lugar de plantas mecánicas de desarenado. Guardando el fluido recuperado de un hoyo o panel por un período corto de tiempo en los tanques de sedimentación permite que el fluido de CDP, que no se gelifíca, se limpie por gravedad. Cualquier arena o sedimentos que no hubiera asentado en la excavación, se asentará en los tanques para sedimentación y puede ser descombrado intermitentemente. La lechada resbala de los tanques de sedimentación a uno o más de los tanques agitados donde se pueden mezclar polímero adicionales y/o aditivos como se requiera para restaurar el fluido a sus propiedades deseadas. Desde estos tanques para sedimentación y restauración, la lechada preparada es bombeada a los tanques de almacenamiento (se recomienda silos cilindricos verticales) donde se la guarda hasta que sea tiempo de volverla a usar.

4.1.8 Sobreponiéndose a las limitaciones convencionales

Los contaminantes como la sal, calcio, hierro y ácidos pueden interferir con el rendimiento de todos los tipos de lechadas. A veces el agua para la preparación de la lechada, la tierra o el agua de la tierra, contienen contaminantes. La tierra acida se encuentra en algunas regiones como capas de material turboso. El agua de mar está presente a menudo en el suelo en áreas costeñas o playas. Algunas tierras contienen capas de yeso o arcilla calcárea (los depósitos que contienen calcio son de color blanco, rosado o gris). Todas estas condiciones de tierras o agua de la tierra pueden afectar en forma negativa el rendimiento de la lechada. KB Technologies y Geoquímica producen una línea de aditivos y energizadores que pueden proteger a los sistemas de polímero SlurryPro CDP contra los efectos de los contaminantes e incrementar su rendimiento. Estos aditivos incluyen varios

118



productos ProTek™, SlurryPro MP A™ y otros. Los sistemas SlurryPro CDP pueden ser formulados para rendir en los ambientes más contaminados y son mucho más flexibles en este respecto que la bentonita u otros sistemas de polímeros.

El agua que se utiliza para la preparación de la lechada debe ser analizada siempre por contaminantes. Las muestras del agua de la tierra y la tierra misma también deben ser analizadas si están disponibles. Los equipos para prueba TitraCell™ de KB/Geoquímica proporcionan un método de realizar análisis por varios contaminantes. Estos equipos de bajo costo pueden ser utilizados sin necesidad de un entrenamiento o conocimientos especiales, siguiendo las sencillas instrucciones impresas. Cada análisis toma solo unos pocos minutos y emplea reactivos y ampolletas medidas previamente. Se puede adquirir TitraCells exclusivamente de Geoquímica o de KB Technologies.

Los contaminantes orgánicos como gasolina, aceite diesel, aceite hidráulico, y otros hidrocarbonos líquidos que se encuentran frecuentemente en la tierra de lugares industriales o de disposición de las basuras peligrosas, normalmente no tienen efecto en los sistemas de SlurryPro CDP. Estos hidrocarbonos líquidos no se mezclan con CDP, y las pequeñas cantidades liberadas en las excavaciones flotan normalmente a la superficie del fluido en la excavación. La mayor parte del volumen de estos líquidos, si se hallan presentes en la tierra que se está excavando, permanecen en la tierra debido a la presión hidrostática ejercida por la columna de lechada CDP en la excavación.

4.1.9 Funcionamiento de la tecnología de la membrana de gel CDP

En tierras permeables, especialmente en arena y cascajo, SlurryPro CDP penetra la tierra que rodea la excavación con un gel fluido de alta viscosidad, que resulta inmovilizado por el sistema de poros de la tierra debido a la viscosidad del fluido y al efecto de taponamiento de millones de "microgeles" y microfilamentos que se alojan en los poros de la tierra. Este fluido reforzado por el microgel y los microfilamentos actúa sellando las paredes de la excavación sin depositar una convencional costra o cake de lodo en la superficie de la tierra como es el caso con lechadas minerales ( bentonita). Debido a la actividad electroquímica del fluido de polímero, actúa como un adhesivo temporal en las tierras sin cohesión, "pegando" juntos con efectividad los granos de tierra durante el proceso de excavación.

La relativamente delgada zona de tierra penetrada por el gel de cohesión mejorada que rodea la excavación es la Gel Membrane™. Esta membrana sirve como un medio que transfiere eficientemente la presión hidrostática de la columna de lechada a las paredes de la excavación, soportando el suelo. En las lechadas minerales esta función se realiza por la costra de lodo de arcilla que se deposita en la superficie de la excavación. Pero la costra de lodo de arcilla reduce la carga de fricción de apoyo (fricción superficial), lo que interfiere con la ligazón entre el concreto y la tierra, y no tiene ninguna de las propiedades adhesivas de la Gel Membrane de SlurryPro CDP. Con otros tipos de lechadas de polímeros, la estabilización de las tierras granulares es relativamente pobre por que los polímeros no tienen un mecanismo para el control de la pérdida de los fluidos (la descontrolada penetración del polímero fluido en el suelo). SlurryPro CDP combina el control de la pérdida del fluido y la transferencia efectiva de la presión hidrostática con mejores efectos estabilizadores en las tierras granulares y el desarrollo de una carga de fricción superior.

119



4.1.10 Inofensivo para el ambiente

Los fluidos SlurryPro CDP no son tóxicos y se degradan rápidamente para facilitar su eliminación. Debido a que SlurryPro CDP no contiene aceite, es más limpio desde el punto de vista de la conservación del ambiente que los polímeros de emulsión líquida. SlurryPro CDP es un polímero sintético de Vinil Seco™ de pureza y rendimiento altos. En contraste, los polímeros de emulsión líquida tipo polyacrylamida típicamente contienen menos del 30% de polímero activo, hasta 35% de aceite refinado de hidrocarburo, 5% de detergentes y emulsificadores y 30 a 35 % de agua.

En muchos casos, el fluido usado de SlurryPro CDP puede ser desechado sin tratamiento en el lugar de la obra. Los fluidos de SlurryPro CDP pueden ser descompuestos aún más para facilitar su disposición o limpieza, tratándolos con cloro o blanqueador. Esto destruye el polímero y revierte la lechada en agua. Los fluidos tratados son seguros para el ambiente cuando se los maneja como se instruye.

Los métodos para su disposición varían de área en área. Aunque las lechadas de SlurryPro CDP no se consideran peligrosas, los reglamentos locales, estatales y federales deben ser cumplidos en ,1o que se refiere a su manejo y eliminación. En muchos casos, las lechadas gastadas pueden ser eliminadas en el lugar de la obra, o en drenajes o corrientes de agua, con un permiso apropiado.

KB y los contratistas que utilizan los sistemas de polímero SlurryPro CDP han obtenido permisos para la disposición, y han dispuesto lechadas residuales de CDP en un número de lugares. Estos incluyen áreas con controles rigurosos para la conservación ambiental en los EE.UU., como Puget Sound (WA); los tributarios del Columbia River (WA, OR); El Salt River (AZ); Boston Harbor (MA); el Ohio River (KY, IN); el Red River (OK, TX); y en varias ciudades de California incluyendo Long Beach y San Diego. KB también ha obtenido autorización del Departamento del Ambiente en Singapore para descargar en los alcantarillados y las masas de agua a través de la República de Singapore.

La lechada CDP residual es un excelente e inofensivo agente de control del polvo en los sitios de las obras y los caminos de tierra. Puede ser aplicado transfiriendo la lechada residual (sin ser descompuesta químicamente) a un camión tanque equipado con barras para regar. El camión entonces distribuye la lechada rodándola sobre la superficie del lugar de la obra o camino. Una capa delgada de lechada de polímero compacta la tierra y se seca rápidamente, para disminuir el polvo. El uso de la lechada como agente de control para el polvo es un método productivo y económico de utilizar un producto de desecho inofensivo para reducir la polución del polvo suspendido en el aire.

120


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza 4.1.11 Empaque

SlurryPro CDP se despacha en cajas de cartón que contienen seis envases de 3.4 kilos con una valor en el mercado de USD $100 cada uno. Cada caja lleva 20.4 kilos. También se dispone de bolsas de 20 kilos con valor de USD $480.Siempre que el consumo del producto sea por 2 toneladas mínimo.

El producto y su uso están cubiertos por la patente U.S. No. 5,407,909. Otras patentes de EE.UU. e internacionales están pendientes.

4.2 SlurryPro MPA Aditivo de Propósitos Múltiples

Aditivo de propósitos múltiples y catalizador para lechados SlurryPro polímero vinílico.

4.2.1 Descripción y Funcionamiento

Slurry MPA es un líquido que se disuelve en agua el cual sirve como catalizador y modificador de la actuación en el uso de SlurryPro CDP polímero para fluidos asentados sobre el suelo. Slurry MPA es un producto que se acompaña del SlurryPro CDP MR, Dry Vinyl MR polímero sintético.

4.2.2 Aplicación

SlurryPro MPA es realmente un aditivo de Propósitos Múltiples el cual amplía la actuación y versatilidad del SlurryPro CDP polímero vinílico de sistemas de fluidos, para tratar con una variedad de condiciones difíciles, especialmente suelos muy gruesos y toscos granularmente, así como de contaminantes como el agua de mar. SlurryPro MPA es además un agente desarenador electroquímico, que ayuda a obtener una limpieza rápida y ayuda al desalojo de arena y sedimentos de los fluidos trabajados por el SlurryPro CDP.

SlurryPro MPA realiza las siguientes funciones en el sistema de fluidos del Slurry CDP polímero vinílico.

• Resalta la formación de membranas para estabilizar y controlar la pérdida de fluidos en arena y grava.

• Realiza la limpieza de manera rápida de mezclas lechadas (actúa como removedor de arena y sedimentos).

• Actúa como reforzador de la viscosidad. • Actúa como agente tolerante de agua de mar.

121


Alejandro Manuel Alvarez Inzunza 4.2.3 Actuación y Economía / Costos

Dependiendo de las condiciones operantes y del modo de aplicación, SlurryPro MPA puede resaltar los resultados de las mezclas lechadas de las siguientes formas:

• Refuerza la viscosidad por arriba del 100% sin añadir el polímero. • Reduce audazmente las tazas promedio en la pérdida de fluidos en suelos

permeables. • Reduce el consumo del polímero primario por arriba de un 50%. • Reduce el tiempo de limpieza (desarenamiento) por arriba de un 90%. • Permite un alto desempaño económico en ambientes de agua de mar.

4.2.3 Mejoramiento de la Cohesión del Suelo

SlurryPro MPA, cuando se agrega a los sistemas CDP, cataliza la interacción entre el polímero principal (CDP) y el suelo. Las propiedades adhesivas del CDP se ven resaltadas, mientras que se va requiriendo menor dosis del polímero y va aumentando su viscosidad.

Aún en suelos toscos o granularmente gruesos como la arena y grava este puede usarse al mejorar su cohesión por el fluido. MPA acompañado con el polímero CDP en el fluido, crean una red iónica cargada de microfilamentos la cual refuerza la membrana gelatinosa creada por el fluido CDP.

Estos filamentos son atraídos a las paredes del suelo de la excavación donde estos ingredientes se fusionan y adhieren al suelo formando una matriz nerviosa sobre la superficie del suelo y el sistema poroso.

Esta membrana de filamentos reforzados activa como una agente fusionador/adhesivo temporal para suelos arenosos o gravosos, otorgando la adhesión de la cual estos suelos carecen por naturaleza.

i

122



Ilustración de la membrana: Una ilustración esquemática del mecanismo reforzador cohesivo y del sistema de formación de membranas.

4.2.5 Cantidad y Tratamiento

SlurryPro MPA es agregado al sistema SlurryPro es muy pequeñas cantidades, con las técnicas y dosis correspondientes a cada una de las condiciones específicas. MPA se disuelve siempre en agua antes de usarse.

Las razones volumétricas de disolución (Agua/MPA) van de un rango del 5% (solución ligera) a un 10% (solución media) hasta un 20% (solución fuerte) dependiendo del modo de aplicación.

Proporción de disolución de Slurry MPA

Ligera 5 % 5 porciones de MPA para 95 porciones de agua. Media 10% 10 porciones de MPA para 90 porciones de agua. Fuerte 20% 20 porciones de MPA para 80 porciones de agua.

Típicamente se usan 3 modos principales de tratamientos. Los cuales son:

1) Añadiendo la solución ligera o media de MPA a la lechosa reciclada por medio de una mezcla agitada (es importante refrescar el tanque recipiente para reforzar las propiedades de la lechada).

2) Agregando la solución ligera o media de MPA directamente a la boca o tope de la excavación y usar la^herramientas de excavación para distribuir el aditivo en la lechosa.

3) Enviando la solución media o fuerte de MPA al fondo de la excavación llena de lechada, generalmente haciendo uso de una bolsa de plástico la cual será llenada con la mezcla de MPA /Agua y ya sea colocándole a la bolsa una roca para hundir el aditivo o pegándole la bolsa a las herramientas de excavación, las cuales llevan el aditivo hacia el fondo. La herramienta es pues, manipulada para romper la bolsa, saliendo el MPA sobre la lechada. Después de esta manipulación de las herramientas, se mezcla la dosis de MPA sobre la lechada en la parte más baja de la excavación.

El tratamiento seleccionado depende de los resultados que se desee obtener y más de uno de estos tratamientos tiene la habilidad de poder ser usado conjuntamente con otro. Es importante notar que la solución ligera o media son usadas cuando se agrega el MPA en la boca de la excavación o para ser fluida en un sistema de tanque. Soluciones fuertes de MPA deberán ser usadas solamente cuando se bombee el fondo de una excavación para

123

"Aplicaciones de ¡os Muros Tablestaca a la Construcción "

Alejandro Manuel Alvarez Inzunza estabilizar o sellar los suelos sueltos/flojos. La solución media puede ser usada para cualquier aplicación.

En general es mejor usar la solución más ligera que de los resultados deseados y tratamientos individuales deberán se pequeñas porciones. Los tratamientos pueden ser repetidos a como se requiera. Tratamientos excesivos pueden producir efectos indeseables. Cuando se agrega el MPA diluido a la boca de la excavación o se deja fluir por medio de un sistema de tanque, se vierte o inyecta la dosis de solución diluida lentamente dentro de una corriente de agua o lechada, que está siendo dirigida directamente dentro de la excavación o tanque.

La dosis debe ser distribuida dentro del volumen de la lechada por medio de la manipulación de las herramientas de excavación o por medio de la agitación del tanque.

Tipo de Suelo en que se realizara el Muro Tablestaca

Arcilla

edimentos y Arena de Fina a edia rena gruesa a Grava

rava-Gravas Rocosas

Cantidad o Concentración de CDP y MPA

CDP (Kg/m3)

>0.3

>0.5

>0.75

>1.0

MPA (L/m3)

>0.5

>0.05

>0.75

> 0.075

Viscosidad Marsh Funnel

Segundos

>35

>40

>50

>60

En aplicaciones donde la densidad del agua sea muy elevada (muy espesa) ya sea debido a la salinidad o agua de mar, lo cual contamina la lechada, deberá usarse lechada de remplazo o de complemento, además la cantidad de CDP deberá incrementarse de manera que la viscosidad se reduzca. Se puede intentar agregar agua de complemento y/o lechada con ProTek para lograr mas efectividad en el catalizador MPA. El MPA se envía hacia el fondo de la excavación por el sistema de forma diluida al por medio de una bomba o como complemento del tubo alimentador de la lechada de CDP.

Las tasas de dosificaciones para tratamientos individuales se encuentran generalmente en el rango del 10 al 50 cm de solución diluida de MPA por metro cúbico de fluido en tratamiento (de .01 al .05 litros por metro cúbico). Esto equivale de .01 a .05 galones americanos por 1,000 galones de .002 a .01 galones por yarda cúbica.

Tratamientos en estas tasas podrían ser repetidos a como sea requerido para controlar problemas específicos o alcanzar mejoras deseadas en el desempeño. Concentración total de MPA en el sistema de fluidos (alcanzado a través de tratamientos intermitentes o realizados repetidas veces) no deberá exceder normalmente de .05 a .1 L/M3 (0.01 a .02 gal/ cu yd) expresados en términos de concentrado MPA nodiluido.

124


4.2.6 Empaques / Medidas Alejandro Manuel Alvarez Inzunza

SlurryPro MPA es envasado en empaques dobles de 5 galones equivalente a 18.9 litros, conteniendo cada parte 2.5 galones ( 9.5 litros) en envases plásticos. Barriles de 55 galones (208 litros) también se encuentran disponibles.

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El sistema Slurry CDP con MPA fue utilizado en la construcción de la cimentación del complejo Kuala Lumpur City Center (KLCC) el cual esta catalogado como el edificio mas alto del Mundo.

En la parte de abajo Un KB representante técnico de servicio, muestra la consistencia del suelo y la capacidad de la formación de la membrana de una lechada CDP tratada con MPA. Un puñado de agua y arena es vertido dentro de una cubeta de lechado. La arena y la grava se mezclan juntas en una masa cohesiva por el fluido tratado con MPA. Note los filamentos del polímero compuesto, creado por la interacción del lechado con las partículas del suelo.

125



Una bomba MPA (una bolsa de plástico llena con la mezcla de MPA y agua) es atada al diente del cucharón excavador de una máquina cargada para el fondo del pozo.

Una bomba MPA similar, pesada con una roca que es arrojada hacia el pozo lleno de lechada. La bomba se hundirá hacia el fondo y será rota por la manipulación de una herramienta taladrante.

Una solución diluida de MPA es vaciada lentamente sobre una corriente de agua a como se excava un pozo taladrado.

126



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"Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción

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Estacionamiento del Instituto Panamericano de Alta Dirección de Empresas IPADE

Construido por CITEMEX Equipo guiado para excavación de Muro Tablestaca colado en sitio con polímeros CONSTRUCCIÓN DE ESTACIONAMIENTO CON CAPACIDAD PARA 600 VEHÍCULOS PARA EL INSTITUTO PANAMERICANO DE ALTA DIRECCIÓN DE EMPRESAS (IPADE)

la ETAPA.

MURO MILAN DE SESENTA CENTÍMETROS DE ESPESOR CON PROFUNDIDAD DE DIECISIETE METROS, UTILIZANDO POLÍMERO PAR LA ESTABILIZACIÓN DE LAS PAREDES DE LA EXCAVACIÓN, COLOCACIÓN DE ARMADOS DE ACERO DE REFUERZO Y COLOCACIÓN DE CONCRETO BAJO AGUA, UTILIZANDO EL SISTEMA TREMIE. INCLUYENDO ACARREO DE MATERIALES PRODUCTO DE LA EXCAVACIÓN, A LA DISTANCIA QUE SE REQUIERA.

2a ETAPA

EXCAVACIÓN Y TROQUEL AMIENTO HASTA EL NIVEL (-15 METROS).

SUPERINTENDENTE:

ING. EDUARDO MOLINA GONZALEZ

129


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130

'Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción'

Información dada por Geoquímica y KB Techologies Alejandro Manuel Alvarez Inzunza

131

'Aplicaciones de los Muros Tablestaca a la Construcción "


132



133



Estudios Realizados por KB Technologies &Geoquimica

En KB Tecnologies se le encargo al SOUTHWESTERN LABORATORIES, INC. la realización de un estudio para realizar un comparativo entre la lechada del Polímero SlurryPro CDP, la Bentonita y el agua en las pruebas de Tensión y Compresión.

En la prueba de Tensión fue realizada llenado los moldes de cilindros de lechada junto con una varilla sumergida (5 pulgadas) después se le introdujo a cada cilindro el concreto y se hicieron pruebas de extracción a los 7 y a los 28 días dando los resultados siguientes. En la columna en que se muestra el agua se refiere a que el concreto esta hecho de manera normal y que no se utilizo ninguna lechada.

Estudio Realizado por SWL

Lechada Agua SlurryPro CDP Bentonita

Concentración — 1.0 g/L 50.00 G/l

Viscosidad Marsh 26 70 40

Tabla de Resultados en Tensión al Extraer una Varilla en Kg/cm2

A los 7 días 1 2 3

Promedio

A los 28 días 4 5 6

Promedio

Estos resultados muestran que en la utilización de SlurryPro CDP la varilla tiene mas agarre a el concreto que en el caso de la utilización de Bentonita.

344.59 316.46 365.68

342.24

348.10 365.68 355.84

356.54

295.36 263.71

379.75 312.94

314.35

330.52

336.15 327.00

133.61

147.68 147.68

142.99

165.26 154.71

151.20

157.06

134



Esta es la prueba a compresión en la que se substituyo el 10 % de contenido de agua en el concreto pro la lechada SlurryPro CDP u por Bentonita.

Estudio Realizado por SWL

Lechada Agua SlurryPro CDP Bentonita

Concentración — 1.0 g/L 50.00 G/l

Viscosidad 26 70 40 Marsh

Tabla de Resultados de Compresión en kg/cm2

A los 7 días 1

2

Promedio

A los 28 días

3

4

Promedio

356.54 347.40

351.97

402.25

412.10 407.17

369.90 378.34

374.12

454.29

452.88 453.59

385.37

376.93

381.15

455.70 465.54

. 460.62

En este caso se ve como a la compresión los cilindros hechos con bentonita tienen ligeramente mas resistencia que los elaborados con CDP.

Aunque existe una apatía respecto a la utilización de estos productos se ve claramente que el cambiar la bentonita por polímeros es una solución económica y ecológica. En la que se ve favorecido el cliente y la contratista.

Impacto Ecológico de los Lodos Bentoniticos Los lodos bentoniticos están hechos a base de arcillas que usualmente contienen aditivos y otros elementos químicos, que logran cumplir de manera eficiente su funcionamiento dentro de la industria de la construcción . A pesar de que estos componentes no son tóxicos existen especificaciones del gobierno en los Estados Unidos controlan su desecho.

La arcilla contenida en los lodos bentoniticos al ser derramados estos en el sistema de drenaje, llegan a Lagos, Ríos, Bahías, dique , etc. alterando los ecosistemas haciéndolos inhabitables para organismos como plantas o animales marinos. Las partículas de arcilla en

135



la superficie impiden el paso de los rayos solares impidiendo el proceso de la fotosíntesis del cual depende las plantas para producir su propio alimento y como consecuencia de esto los peces no tienen que comer y mueren.

El desperdicio de los lodos Bentoniticos en la tierra impide el proceso de filtración del agua de lluvia en la tierra y la aireación de la misma, haciéndola inconveniente para la agricultura y el crecimiento de plantas.

Es importante mencionar que KB Technologies se preocupan desde hace mas de 9 años por el impacto ecológico que pudiera tener su producto y para esto se realizo un estudio de Aquatic Bioassay &Consulting, Laboratories Inc. Toxicity Testing y estos resultados han demostrado que un determinado numero de peces pueden vivir en condiciones normales en una mezcla de lechada de CDP ( SlurryPro CDP). Esta prueba duro 96 hrs. en las que no murió ningún ejemplar.

También se realizo un estudio por el Departamento de Transporte de California, en la división de Estructuras, para autorizar la autorización del uso de estos productos en la infraestructura del estado. El estudio fue afirmativo.

Así pues en la University of Houston, Texas se uso ese polímero para hacer un comparación en la resistencia a la tensión al extraer una varilla que estuvo en presencia de diferentes lechadas (tanto polímeros como de lechadas minerales) de un cilindro de concreto. Resultando mayor la resistencia en los casos que la varilla estuvo en presencia de la lechada de polímeros vinílicos.

136



COMPARACIÓN POR M3 DE CONSTRUCCIÓN DE MURO TABLAESTACA ENTRE LODO BENTONITICO Y POLÍMEROS

USANDO LODO BENTONITICO

C O N C E P T O UNIDAD CANTIDAD CD. I M P O R T E

BROCALES, INCLUYE EXCAVACIÓN MECÁNICA CARGA A CAMION Y RETIRO DE MATERIAL PRODUCTO DE EXCAVACIONA TIRO LIBRE CIM BRADO Y DESCIMBRADO ACERO DE REFUERZO SUM Y VACIADO DE CONCRETO PREMEZCLADO F'C= 250 KG/CM2 BARRERAS DE PROTECCIÓN, SEÑALIZACIÓN, MATERIAL M.O. HERAMIENTA EQUIPOS Y LIMPIEZA.

MJ 0.09 693.55 62.42

EXCAVACIÓN EN ZANJA A MAQUINA CON LODO BENTONITICO (SIN CONSIDERARLO) PARA MURO COLADO EN SITIO, EN CUALQUIER CLASE DE MATERIAL Y A CUALQUIER PROFUNDIDAD INCLU YE CARGA A CAMION, ACARREO 1ER. KM.

M° 1.00 56.92 56.92

SUMINISTRO, ACARREO Y COLOCACIÓN DE LODO BENTONITICO INCLUYE TODO LO NECESA RIO PARA SU CORRECTA EJECUCIÓN.

M° 0.40 42.64 17.06

SUMINISTRO, HABILITADO Y COLOCACIÓN DE ACERO DE REFUERZO INCLUYE TODO LO NECE SARIO PARA SU CORRECTA EJECUCIÓN.

Kg/MJ 90.36 5.36 484.33

CONCRETO HIDRÁULICO F'C=300 KG/cm2 CON CEMENTO R.N. Y TMA 19 MM CON REV DE 16 MM EN MUROS COLADO EN SITIO TABLESTACA IN CLUYE TODO LO NECESARIO PARA SU CORREC TA EJECUCIÓN.

MJ 1.15 980.06 1,127.07

1,747.



COMPARACIÓN POR M3 DE CONSTRUCCIÓN DE MURO TABLAESTACA ENTRE LODO BENTONITICO Y POLÍMEROS

USANDO POLÍMEROS

C O N C E P T O UNIDAD CANTIDAD CD. I M P O R T E

BROCALES, INCLUYE EXCAVACIÓN MECÁNICA CARGA A CAMION Y RETIRO DE MATERIAL PRODUCTO DE EXCAVACIÓN A TIRO LIBRE CIM BRADO Y DESCIMBRADO ACERO DE REFUERZO SUM Y VACIADO DE CONCRETO PREMEZCLADO F'C= 250 KG/CM2 BARRERAS DE PROTECCIÓN, SEÑALIZACIÓN, MATERIAL M.O. HERAMIENTA EQUIPOS Y LIMPIEZA.

MJ 0.09 519.08 46.72

EXCAVACIÓN EN ZANJA A MAQUINA CON LECHADA DE POLIMEREO (SIN CONSIDERARLO) PARA MURO COLADO EN SITIO, EN CUALQUIER CLASE DE MATERIAL Y A CUALQUIER PROFUNDIDAD INCLU YE CARGA A CAMION, ACARREO 1ER. KM.

MJ 1.00 82.69 82.69

SUMINISTRO, ACARREO Y COLOCACIÓN DE POLÍMEROS PARA ADEME DE EXCAVACIÓN DE MURO TABLAESTACA, INCLUYE: MATERIALES, MANO DE OBRA, HERRAMIENTA EQUIPO FABRI CACION, ACARREO VACIADO.

Mó 0.20 286.27 57.25

SUMINISTRO, HABILITADO Y COLOCACIÓN DE ACERO DE REFUERZO INCLUYE TODO LO NECE SARIO PARA SU CORRECTA EJECUCIÓN. MJ

90.36 5.36 484.33

CONCRETO HIDRÁULICO F'C=300 KG/cm2 CON CEMENTO R.N. Y TMA 19 MM CON REV DE 16 MM EN MUROS COLADO EN SITIO TABLESTACA IN CLUYE TODO LO NECESARIO PARA SU CORREC TA EJECUCIÓN. M3

1.05 980.06 1,029.06

1,700.


Alejandro Manuel Alvarez ínzunza

Que tal Sr. Alvarez:

Siento el que me haya tomado algunos días para responder a su e-mail. Mi computadora laptop estaba siendo reparada y no había podido recibir e-mails. Aquí están algunas respuestas de manera rápida a sus preguntas:

1. La eficiencia del SlurryPro MPA relacionado con el SlurryPro CDP.

El SlurryPro MPA es un aditivo que es usado en conjunto con el SlurryPro polímero CDP. Nuestro sistema funciona como sigue:

Una cantidad específica de polímero CDP es mezclada con agua y ProTek 100 para formar una lechada más enriquecida o fuerte.( ProTek 100 es otro aditivo usado para eliminar contaminantes provenientes de los diferentes tipos de agua que pudieran afectar la actuación del polímero). Dosis correctas de ProTek 100 ajustarán además el PH del agua (alrededor de 10-11). Después de que el polímero CDP se hidrata (aproximadamente 10 minutos) la lechada es introducida hacia el pozo mientras las impurezas son removidas. La lechada no tuvo necesariamente que haber sido mezclada anteriormente. Esta puede mezclarse en la excavación, mientras se va añadiendo el agua que reemplazará el volumen de impurezas que son removidas, proceso realizado a medida que se va ganando profundidad. Las moléculas de CDP cubrirán las paredes de la excavación y así mismo este estabiliza las nuevas áreas o superficies expuestas. El SlurryPro MPA es usado cuando áreas inestables, porosas, granulares o con alto porcentaje de pérdida de fluidos, entre otras, son encontradas durante el proceso de barrenado.

Aproximadamente un galón de MPA es colocado dentro de una bolsa de plástico grueso (tipo las de la basura) y esta es arrojada directamente dentro de la excavación, la cual esta a su vez llena con la lechada CDP. Esta bolsa resistente viajará hasta el fondo de la excavación y la herramienta dragadora (barrenadora) pinchará la bolsa y liberará una dosis de MPA directamente dentro del área del problema. MPA reaccionará y reforzará las moléculas de CDP, las cuales están sobre la superficie de la excavación reduciendo así el problema del suelo. Bajo ninguna circunstancia se usará MPA solo, ya que este no tendrá el efecto reforzante en la lechada.

2. Cuál es el porcentaje desperdiciado en el uso de la lechada CDP (SlurryPro CDP) cada vez que es usada?

Una lechada CDP puede ser redolada y usada una y otra vez. Debido a que el polímero CDP se adhiere a las partículas del suelo fácilmente y de manera activa, las moléculas del polímero son removidas de la lechada al momento en que nuevas superficies de suelo son expuestas durante el proceso de barrenado. Además factores como: las dif. técnicas del barrenado, dif. técnicas de mezclado así como las condiciones del suelo afectarán la cantidad de polímero perdido de la lechada. Lo que generalmente KB ha establecido es que una lechada redolada requerirá de un 25% hasta un 75% de la dosis original para recobrar de nuevo la consistencia de la lechada y cumplir con las especificaciones del barrenado. Por ejemplo la lechada original podría requerir una libra (pound) de polímero por cada 202 galones de agua (yarda cúbica), pero cuando esta misma lechada es rescatada y reusada para la próxima excavación, sólo 0.5 libras (pounds) de polímero serán necesitadas por cada 202 galones de lechada. Este decremento en la dosis se debe a que la lechada antigua (u original) todavía contiene una cantidad considerable de polímero. Por lo tanto se puede apreciar con esto lo económico de reciclar la lechada. Nosotros estuvimos desarrollando un proyecto con duración de dos años en Boston y durante ese tiemponunca desechamos la lechada hasta el término de tal proyecto. Nosotros estimamos que durante el tiempo en que se extendió el proyecto ( poco más de dos años ) requerimos alrededor de 15 millones de galones de lechada.

3.Tiene el Slurry CDP alguna reacción o problema con el acero?

Antes de que los polímeros de KB pudieran ser usados para los proyectos del Departamento de Transporte de California, se nos requirió realizar una cantidad considerable de investigaciones acerca de efectos corrosivos y capacidad de adhesión/unión de estos. El resultado que mostraron nuestros productos es que estos prsen-tan altos niveles de unión o capacidad de compenetración a comparación de otros productos como la bento-nita y otros polímeros probados .Nuestro producto esta diseñado para quebrarse en pedazos al contacto con el concreto/cemento , por lo tanto ningún otro material se puede quedar atrapado entre el concreto y el refuerzo de acero.

139



4. Podría usted mandarnos vía e-mail algunas fotos acerca del uso de sus productos.

La mayoría de las fotografías que nosotros tenemos son un poco largas en su extensión , lo que podría tomar demasiado tiempo en ser trasmitirlas vía internet. Mas si usted nos envía su dirección, yo personalmente le mandaré vía Federal Express estos documentos, además de algunos folletos y fotografías , directamente a usted.

Espero que la información anterior le sea útil. Porfavor en caso de alguna duda o pregunta mándenos un e-mail o llámenos. Max Holmes , presidente de Geochemica, puede resolver también sus dudas y posiblemente pueda preparar una demostración para usted, Yo lo he incluido en la resolución de este e-mail. Le mando su dirección en caso de ser necesaria.

Gracias por su interés en KB Technologies & Geochemica.

Scott Norman Technical Manager

O: (423)265-0952 O: (800)525-5237 F: ( 423) 265- 5852 M: (423) 785-6466

5. Conclusiones

141

Para finalizar este trabajo es importante hacer hincapié en que el suelo de la ciudad de México tiene muy diferentes composiciones y que al realizarse estas obras es importante tener bien planeados los cambios de las instalaciones de agua potable, luz, teléfono, drenaje y alcantarillado. De esto dependerá en buena parte el buen desarrollo de la obra dentro de los programas establecidos. En este trabajo se mencionan todos los procedimientos de construcción de los Muros Tablestaca de Concreto en la las diferentes líneas del Metro, así como ha ido cambiando el proceso constructivo con el paso del tiempo en la búsqueda de mejores soluciones técnicas y mas económicas.

Respecto a esto por los datos y experiencia recabada en este trabajo me parece que el muro tablestaca colado in situ (conocido como Muro Milán) es un procedimiento valido actualmente en cuanto a todo a las necesidades de la obra que resuelve, lo que podría considerarse mas es el tipo de fluido estabilizador que se podría utilizar ya que de esto depende el mejoramiento de la técnica así como la disminución del costo de la obra. Los trabajos realizados con muros tablestaca prefabricados, tienen un fluido estabilizador diferente ya que esta compuesto por un lodo autofraguante hecho de lodo Bentonitico y de cemento

Como procedimiento constructivo presenta las ventajas siguientes:

Las filtraciones a través de los muros son nulas. Las filtraciones hacia el cajón en la unión de muros, es mínima gracias a la junta "Water Stop". Se tiene un mejor acabado en el inferior del cajón (muros).

- En cuanto al rendimiento se ha tenido avance hasta 12 mi de cajón.

En cuanto al costo para Muro Tablestaca en túnel, considerando únicamente lo que es el Muro Tablestaca, se deduce que el Muro Tablestaca prefabricado es el orden del 35% más caro que el Muro Tablestaca colado en sitio .

Cabe mencionar que la relación fue en el caso del Muro Tablestaca colado en sitio considerando costos del mes de agosto de 1991 y no incluye el costo del proyecto; y en el caso del Muro Tablestaca prefabricado los costos corresponden al mes de diciembre de 1991; además incluye el costo del proyecto (calcula estructural).

Es importante mencionar que los costos del Muro Tablestaca prefabricado son más altos, debido a que los gastos de instalación y maquinaria son absorbidos en tan sólo 319.191 mi (cad. 7+845.809 al 8+165.00).

Si se considera que el tramo que se construyó con muro prefabricado contempla los cadenamientos siguientes:

7+845.809 al 8+165.000 ( L=319.191 mi cajón subterráneo ) 8+165.000 al 8+252.500 ( L= 87.50 ml Zona de Transición)

142

C I I C B I B L I O T E C A

En este caso particular ( cad. 7+845.809 al 8+252,500 ) el costo de Muro Tablestaca colado en sitio es del orden de 8% más alto que el prefabricado, considerando las mismas condiciones antes mencionadas.

Lo anterior se debe básicamente a que el proyecto de prefabricado considera un Muro Tablestaca de 0.80m de espesor y el otro, un muro de 1.60m de espesor que lo da el Muro Tablestaca más el muro estructural.

La diferencia más importante es la de utilizar en este caso un aditivo retardante de fraguado, situación que permite fabricar volúmenes considerables y manipular el lodo por periodo de tiempo prolongado, sin tener problemas de fraguado; caso contrario ocurre en el especificado por la DGCOT (COVITUR).

Otro ejemplo es el muestreo, en este caso se toman 3 por día tanto en planta como antes de introducir el muro, en cambio el especificado por COVITUR indica 2 por cada tablero, la primer al vaciar en la zanja y la segunda antes de introducir el muro prefabricado, además el ensaye de probetas se realiza a 30, 90 y 180 días y 14 y 28 días respectivamente, situación que es originada por la utilización del aditivo retardante de fraguado.

Los componentes del lodo autofraguante son los siguientes:

Lodo autofraguante utilizado COVITUR

- Agua 750 lt/m3 770 lt/m3

- Cemento Portland 1 200kg/m3 168 lt/m3

- Bentonita 40kg/m3 90 kg/m3

- Lignosulfato (retardante) 2 a 3 kg/m3 NO

Respecto de los muros tablestaca colados en el lugar con la utilización de agua como fluido estabilizador es importante destacar lo siguiente: Muros de prueba. Las experiencias de DGCOT con los muros de prueba, han demostrado que independientemente del tipo de lodo estabilizador, las excavaciones resultan estables (FS > 1).

Lodo arcilloso.- La aplicabilidad el lodo arcilloso de baja viscosidad, formado espontáneamente durante la excavación, ha sido demostrada con estos experimentos; quedando sólo faltante definir confiablemente los factores de seguridad con que se realizaron las excavaciones.

143

Factor de seguridad.- Se cuenta con dos expresiones para definir el factor de seguridad de una excavación:

1) Criterio convencional: FS = (3) W-Pa

2) Criterio noruego modificado:

FS = C" ( D\ 2 + 0.94 —

l L) (4)

La primera está limitada a la condición plana y la segunda es más general, porque considera el efecto tridimensional de la falla; el análisis de casos experimentales seguramente demostrará que la segunda es más confiable.

Características del lodo. Las propiedades físicas de los lodos arcillosos de formación espontánea, o bentonítico de planta deberán estar dentro de los siguientes limites:

- Viscosidad Marsh 28- 45 seg. - Densidad 1.03-1.07 - Contenido de arena 10%

Se considera irrelevante medir otras propiedades de los lodos, porque no tiene una correlación evidente con la fabricación de muros milán en suelos cohesivos.

Selección del lodo.- Anteriormente se propone un criterio de selección del tipo de lodo; queda evidente que el arcilloso de formación espontánea es el de uso más generalizado y el bentonítico se restringe sólo para suelos secos muy susceptibles a perder resistencia, así como para las arenas muy permeables.

Seguridad de la excavación.- La estabilidad general se controla a través de la profundidad a la que se mantiene el fluido definiéndose con las expresiones tratadas de este informe. La estabilidad local debe ser considerada en el diseño y ratificada durante la construcción.

Fracturamiento hidráulico.- En las zonas de suelos blandos y frágiles, donde se presenta este problema este problema, se propone adoptar una malla que retenga al concreto fresco y evite su penetración al suelo.

Metodología de análisis.- Se propone una metodología para seleccionar racionalmente el tipo adecuado de lodo para estabilizar una excavación y definir sus niveles de operación.

Volumen de concreto.- La observación del vaciado de concreto en los muros de prueba, ha permitido detectar la necesidad en los muros de prueba, ha permitido detectar la necesidad

144

de racionalizar el control del volumen de concreto, proponiéndose la adopción de las básculas movibles, para pesar los camiones - revolvedoras.

Investigaciones faltantes.- Se propone aquí realizar excavaciones experimentales, para inducirles la falla abatiendo el nivel del fluido estabilizador y poder comprobar la aplicabilidad de las expresiones tratadas. Se plantea también la necesidad de recopilar información experimental de los casos donde ha ocurrido fracturamiento hidráulico, así como desarrollar un criterio de análisis teórico de este fenómeno.

En cuanto al procedimiento del Muro Tablestaca colado en el lugar utilizando como fluido estabilizador la lechada de Polímero SlurryPro CDP® y sus aditivos ProTekMT y SlurryPro MP A ® se realizaron diferentes entrevistas con los superintendentes de las principales1

obra que se realizaron con este procedimiento dando como resultados los siguientes comentarios:

El sistema funciona de manera eficiente. - La viscosidad requerida en cada caso es supervisada y lograda por el personal

técnico. Su costo es ligeramente mas barato al de los Lodos Bentoniticos utilizando de manera correcta como lo recomienda el fabricante( KB Technologies & Geoquímica).

- Vale la pena utilizarlo ya que la obra esta mas limpia y el desecho de la lechada es mas sencillo debido a su degradación y que se puede tirar en el drenaje, no necesitando un tiro especial.

- El Cliente esta dispuesto a pagar mas por un trabajo mejor hecho y mas limpio. - La atención Técnica dada por el Representante de KB Technologies & Geoquímica el

Ing. Max Holmes fue de primer nivel y no tuvimos ningún problema durante la realización de las obras.

En conclusión este sistema ha demostrado su eficacia y su economía dependiendo del buen uso que se le de. Es por tanto en mi opinión el sustituto de los Lodos Bentoniticos en el futuro. Desgraciadamente existen en el mercado distribuidores de otras compañías menos serias que tratan de imitar el sistema pero no tienen el apoyo técnico ni la experiencia requerida; como resultado de esto se han tenido malas experiencia que hacen que el personal técnico pierda la confianza en las lechadas de polímeros.

1 Citemex, Ing. Eduardo Molina Superintendente de las obras realizadas para el Intituto Panamericano de Alta Dirección de Empresa (IPADE) y el Corporativo de Price Club. Ing. Rodolfo Sanchez Andrade Director de Citemex

145

"Aplicaciones de los Muros Tableestaca a la Construcción "


H. Bibliografía

146

1

^ ^ ^ ~ - on" Manuel ^are2lnZUnZa

<TableestacaalaCOn$

<de los Muros W ••Aplica8

. d e Suelos Tomo

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^ o ñ a l ú ^ a í e áeñcoMooset , Diseño G e o t e c ^ Sa3atoVO^ ^ s p o ^ 0 1

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- Estudio No. 92-MS-500800-III-48-700-1 . Análisis de los lodos bentoniticos empleados en los muros tablaestacas - Muro Milán - de la Línea 8 del Metro de la Ciudad de México Grupo ICA, ICA ingeniería.

- Estudio No. 90-MS-500800-III-48-700-l-lModificación No. 1 . Análisis de los lodos bentoniticos empleados en los muros tablaestacas - Muro Milán - de la Línea 8 del Metro de la Ciudad de México Grupo ICA, ICA ingeniería.

- Especificación 90-MS-500800-III-2-2E General para el Procedimiento Constructivo y colocación de Muros de Concreto colados en Zanja, correspondientes a la línea 8 del Metro. ISTME

- Especificación 90-MS-500800-III-3-3E General para el Procedimiento Constructivo y colocación de Muros de Concreto colados en Zanja, correspondientes a la línea 8 del Metro. ISTME

Especificaciones Generales del Concreto que se empleara para la construcción del tramo subterráneo del metropolitano Línea B de la Ciudad de México. 94-E-501000-III-1-348-eMod. 2

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148

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