Cimentación Sobre Rellenos

8/12/2019 Cimentacin Sobre Rellenos

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XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERIA CIVIL - IQUITOS 2003Captulo De Ingeniera Civil del Consejo Departamental de Loreto del Colegio de Ingenieros del Per

XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERIA CIVILIQUITOS PERU

DEL 07 AL 11 DE OCTUBRE DEL 2,003

CIMENTACION SOBRE RELLENOS

Autor: Ing Germn Vivar Romero

No hagamos ahora lo que Terzaghi hizo hace 50 aos.Hagamos ahora lo que Terzaghi hara ahora

J-P. Giroud. Atlanta, Marzo 2003

RESUMEN

En esta ponencia se analizan las implicancias del item 4.4. Cimentacin sobre Rellenos de la

Norma Tcnica de Edificaciones (NTE) E.050: Suelos y Cimentaciones (en revisin por el

Comit Tcnico Especializado, bajo la Presidencia del SENCICO), a la luz de los ltimos

acontecimientos ocurridos respecto a la falla de edificaciones cimentadas sobre rellenos

artificiales.

Se presentan dos casos de construccin sobre rellenos, en los que el autor ha tenido

participacin:

a) la falla del Espesador de Relaves de Cobriza, construido sobre un relleno controlado,

colocado sobre rellenos artificiales sin controlar, que a su vez iban colocados sobre el

terreno natural sin desbrozar; y

b) la construccin de la Nueva Catedral de Pucallpa, sobre rellenos controlados de

materiales seleccionados, colocados sobre el terreno natural arcilloso.

Se concluye en que tan malo como cimentar sobre un relleno artificial sin verificarlo, es

descartarlo para su empleo, sin haber efectuado un estudio previo.

INTRODUCCIN

La antigua norma sobre Suelos y Cimentaciones que estaba contenida en el Ttulo VI del

Reglamento Nacional de Construcciones (D.S. N 039-70-VC), proscriba (artculo VI.IV.1.1) la

Consultor. Director Gerente de GEOTECNIA & PAVIMENTOS.

Presidente de la Sociedad Peruana de Geosinteticos (IGS-PERU).Miembro del Comit Tcnico Especializado de la Norma Tcnica E.050 Suelos y Cimentaciones.

Gerencia XIV CONIC: ICG Instituto de la Construccin y GerenciaCalle Nueve 1056Urb. Corpac San Isidro, LIMA PERU / (51 1) 225-9066 / www.construccion.org.pe / [email protected]

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cimentacin superficial sobre tierra de cultivo, rellenos de sueloso desechos, suelos orgnicos y

turbas...;. y por otro lado aceptaba la cimentacin sobre rellenos slo cuando se demostrara

fehacientemente con los estudios y pruebas requeridas, que el suelo de fundacin resultante

soportara adecuadamente las cargas previstas, dentro de las deformaciones permitidas; para lo

cual, los rellenos deberan ser adecuadamente compactados artificialmente para un mnimo del

95% del grado de compactacin por la densidad Proctor Modificado. Este articulo fue ampliado

en la NTE E.050 vigente (R.M. N 048-97-MTC/15.VC), incorporando la clasificacin de los

rellenos por su naturaleza en: Materiales Seleccionados (MS) y Materiales No Seleccionados

(MNS); y por las condiciones bajo las que son colocados en: Rellenos Controlados (RC) y

Rellenos No Controlados (RNC). La NTE E.050 solo permite cimentar sobreRChechos conMS.

El objetivo de esta ponencia es llamar la atencin en los diferentes tipos de rellenos artificiales

que se pueden encontrar al momento de cimentar una obra, los que en nuestra opinin no

deberan ser tratados siempre por igual. Para tal fin, se presentan dos casos diferentes de

cimentacin sobre rellenos ocurridos en diferentes pocas y en diferentes lugares del Per, que

sirven para llamar la atencin en la necesidad de aplicar con criterio la normatividad vigente,

adems de la experiencia profesional, ambas importantes en una especialidad de la ingeniera,

que tiene tanto de arte como de ciencia.

DESARROLLO

CASO I: ESPESADOR DE RELAVES DE LA MINA COBRIZA

1) El 9 de mayo de 1982 se prob el tanque espesador de relaves de concreto armado y 90 m de

dimetro interior, de Centromin Per (CP) construido en la Pampa de Coris (# 1 en la Fotografa

1), en Junn, llenndolo con agua hasta la cota 2289.34. A los 8 das de llenado se not que las

paletas estaban tocando fondo y que el nivel del agua haba descendido hasta la cota 2286.80, lo

que indicaba que el pilar central haba descendido 5 cm, perdindose 1381 m3de agua hacia el

terreno de fundacin. CP contrat casi simultneamente a dos Consultores Especialistas

nacionales y a una Consultora extranjera para investigar las causas de falla y proponer

alternativas de solucin. Uno de los Consultores nacionales, a quien llamaremos CN-1 indicaba

en su reporte entre otras cosas que:

a) cuatro meses despus de originado el problema, se haba producido el 100% de la

consolidacin primaria;


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b) las mximas presiones de contacto al momento de la prueba fueron de 1.41 kg/cm2

debajo del pilar central y 0.08 kg/cm2bajo el rea total del tanque. En servicio (agua con

relaves), esas cargas aumentaran a 1.97 kg/cm2y 0.47 kg/cm2, respectivamente, por lo

que era razonable asumir que la base del pilar central no sufrir asentamientos

considerables adicionales.

c) el curso de una de las quebradas pasaba muy cerca del tanque espesador.

d) su Programa de Solucin y Alternativas consideraba realizar trabajos de

impermeabilizacin y llenar el tanque para que durante la estacin de lluvias tenga la

oportunidad de ejercer esa mayor carga al suelo y pueda asentarse en la forma que

disponga la naturaleza (?), luego se rectificaran los defectos, se armaran los brazos

y pasarela del espesador, se probara la estructura y se pondra en funcionamiento con

cierta certidumbreque no molestara por un tiempo razonabley solo para ajustes de

poca monta.

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Fotografa 1. Vista general de la Pampa de Coris mostrando la ubicacin de las obras.


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2) Un segundo Consultor Especialista nacional, a quien llamaremos CN-2, fue contratado para

opinar sobre el problema del espesador y acerca de los asentamientos producidos en un almacn

aledao de un piso (# 2 en la Fotografa 1). Los aspectos ms saltantes de su informe fueron:

a) ambas obras estn ubicadas en una quebrada que haba sido rellenada.

b) el espesador de relaves haba sido construido parcialmente en suelo natural y

parcialmente en relleno, mientras que la cimentacin del almacn se encontraba

ntegramente apoyada sobre relleno granular compactado.

c) la presin admisible utilizada en el almacn - era de 1.5kg/cm2para una profundidad

de cimentacin de 1.0 m. Sin embargo, la presin de contacto en condiciones estticas

era de 0.25 kg/cm2.

d) los perfiles de refraccin ssmica efectuados 5 aos antes por terceros le permitieron

estimar que el suelo natural constituido por suelo granular proveniente de la

descomposicin de granito,........alcanza una profundidad de 50 m en el rea del

espesador y almacn.

e) los planos de secciones transversales y los registros semanales del control de la

compactacin para la construccin del relleno, le permitieron concluir en que los

rellenos efectuados en dichas zonas presentan espesores que varanaproximadamente

entre 0 y 11.5 m en el rea del espesador y entre 5 y 14.3 m en el rea del almacn,

encontrndose en ambos casos el mayor espesor de relleno en la zona de la quebrada.

Sin embargo, C-2 solamente daba fe de que el espesor y grado de compactacin de las

capas 18 a 54 en la zona del espesador y de las capas 14 a 62 en la zona del almacn,

han sido los adecuados, en tanto que no se dispone de controles de las capas

inferiores del relleno.

f) dentro de sus Conclusiones se destacan:

Los asentamientos pueden deberse a varias causas combinadas, siendo las

principales:

- Compresibilidad propia de los rellenos

- Efecto de filtraciones a travs de los rellenos

- Efecto de la sobrecarga producida por los rellenos en el suelo natural y

densificacin de estos por flujo de agua a travs de ellos.

La parte del almacn que ha sufrido mayor asentamiento coincide con la

ubicacin de la quebrada que ha sido rellenada con la mayor altura de relleno.


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Para resolver el problema recomend renivelar la zapata del pilar central y reparar el

espesador, tomando en cuenta que la solucin que se adopte debe permitir que

ocurran ciertos asentamientos adicionales del permetro y del fondo.

La empresa Consultora extranjera a la que denominaremos CE-3, fue contratada por Centromn

Per para estudiar la posibilidad de la influencia de un deslizamiento masivo en la ocurrencia de

los asentamientos en el espesador, almacn, terrapln de soporte de un tanque de

almacenamiento de combustible diesel (# 3 en la Fotografa 1) y soportes de una faja

transportadora (# 4 en la Fotografa 1). Los aspectos ms importantes de su informe son:

a) La geologa superficial del sitio muestra rocas de la Formacin Copacabana (limolitas y

esquistos grises y negros), granito intrusivo, materiales granticos coluviales y residuales,

terrazas aluviales y deslizamientos de escombros, con profundidades probables mayores

de 100 m.

b) El terreno en la zona del emplazamiento del espesador est parcialmente en corte y

parcialmente en relleno. Los rellenos se colocaron en la primera mitad de 1980. La

construccin del relleno fue detenida antes de alcanzar la cota final de rasante y fue

completada por otro contratista. Las primeras grietas en las losas del espesador de

concreto armado se notaron en mayo de 1982, muchas de las cuales, con un patrn

normalmente asociado con las grietas de contraccin, fueron rellenadas con

mastic........., luego de lo cual el espesador se llen de agua hasta una profundidad de 6

m medidos en el pilar central. Se report que en unas pocas horas dren toda el agua

hacia los suelos subyacentes, apareciendo un nmero adicional de grietas en las losas

del espesador.

c) Los materiales de relleno se obtuvieron de las excavaciones para otras obras y se

colocaron por capas compactadas con equipo vibratorio en espesores finales de 3 a 9 m

en la zona del almacn y de hasta 15 m en la parte sur del espesador. Los controles de

la compactacin fueron hechos por CN-2durante la ejecucin de los rellenos usando el

Cono de Arena de 6. .....debido al elevado porcentaje de grava presente en el relleno,

generalmente entre el 50% y el 70%, es cuestionable la confiabilidad del mtodo

utilizado por C-2 para el control de la compactacin, debiendo haberse tratado el

material de relleno como un relleno rocoso para presas, controlado mediante ensayos de

densidad a gran escala.


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d) El almacn de 30 m x 128 m y un piso, fue construido ntegramente sobre relleno, entre

agosto de 1980 y marzo de 1981. Tena columnas centrales y vigas de cimentacin

perimetrales, ensanchadas en las columnas. La presin de contacto era de 1 kg/cm2y los

rellenos tenan espesores entre 3 y 9 m.No se notaron daos hasta marzo de 1982( es

decir dos meses antes de producirse las fugas en el espesador), en que se observaron

distorsiones del tijeral y asentamientos totales de 1.8 a 12 cm. Los mayores

asentamientos se registraron donde haba mayor espesor de relleno.

e) El tanque de almacenamiento de combustible diesel estaba asentado sobre un terrapln

que se asent y agriet sin quelas grietas fueran consistentes con los asentamientos

medidos, estando aparentemente no relacionadas y estando el tanque vaco.

f) En enero de 1982(es decir cuatro meses antes de producirse las fugas en el espesador),

tres cimentaciones de una faja transportadora, aparentemente construidas en un rea

excavada en los deslizamientos de escombros, sufrieron asentamientos.Se excavaron las

cimentaciones y se removieron suelos blandos, hmedoshasta aproximadamente 3 m

de profundidad, los que se reemplazaron con rellenos compactados, sin que se hubieran

registrado movimientos posteriormente a la reparacin.

g) No se sabe de ninguna otra estructura dentro del lugar de la planta que hubiera sufrido

asentamientos. Muy pocas, si alguna de las otras estructuras de la planta estn

soportadas sobre rellenos compactados.

h) Las conclusiones de C-3 para el espesador y el almacn indican que los asentamientos

ocurrieron durante la estacin lluviosa, debido a que el agua satur los rellenos y

produjo asentamientos debido al peso de los rellenos. C-3 no encontr explicacin

posiblea los asentamientos....... del anillo de cimentacin del tanque de diesel.

Nuestra intervencin como parte del Contratista fue en agosto de 1982, cuando se haban retirado

las losas de concreto armado y se estaba considerando muy seriamente la posibilidad de colocar

planchas de acero soldadas como fondo del espesador. La revisin de la informacin anterior, as

como la contenida en los Informes Geotcnicos previos hechos de una Consultora extranjera

(CE-4) en octubre de 1974 y los Estudios de Suelos hechos por una Consultora nacional (CN-5)

en diciembre de 1977, nos llev a la conclusin de que el nico punto comn en todos los casos

en que se haban producido asentamientos, era la ubicacin de las obras sobre un antiguo curso

de agua (Figura 1). Otro punto que llam nuestra atencin fue la discrepancia en la informacin

consignada por CN-2 y CE-3, sobre las alturas de los rellenos. Haba una diferencia de


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aproximadamente 3 m (entre 2 y 4 m para el almacn y de 3.50 m para el espesador), coincidente

con el espesor de 3 m de suelos blandos y hmedos que debieron reemplazarse en la ubicacin

de los apoyos de la faja transportadora fallada previamente y reportado por CE-3.

La referencia de C-3 a dos tipos de rellenos hechos por dos contratistas diferentes: un relleno

grueso en la parte inferior, colocado directamente sobre el terreno natural y uno fino en la

parte superior, como apoyo directo de las obras, acrecentaron nuestras sospechas de que la causa

del problema se poda encontrar debajo entre el relleno fino y el terreno natural.

Al no haberse previsto un sistema de evacuacin de aguas pluviales en reemplazo de los cursos

naturales (quebradas), al haberse producido las primeras fallas con anterioridad a la falla del

espesador y encontrndose este ubicado aguas abajo de las otras obras falladas, era lgico pensar

que el agua filtrada del espesador a travs de las grietas en la losa no era la principal causa de

falla en todos los casos. Por esta razn propusimos el reemplazo de todo el relleno hasta el

terreno natural, pero el Cliente orden retirar solamente un par de metros del relleno fino

saturado y reemplazarlos por rellenos nuevos compactados. En vista de que su negativa y por la

falta de tiempo para efectuar estudios adicionales, concordamos en seguir las instrucciones del

Cliente, con la condicin de que se reemplazaran todas las zonas donde se produjeran

acolchonamientos durante la compactacin. Esto oblig a retirar, metro a metro, prcticamente

todos los rellenos, hasta 15 m de profundidad, en que se descubri que no se haba desbrozado el

terreno natural previamente a la construccin de los rellenos gruesos y que en el contacto entre

ambos haban troncos de gran dimetro, races gruesas e incluso tubrculos, lo que era prueba

categrica de que no se haba efectuado la limpieza y desbroce previos, permitiendo adems

verificar que los rellenos gruesos, estaban constituidos no por material seleccionado, sino por

grandes bloques de hasta 1 m de dimetro, que por el peso de los rellenos se haban introducido

en el terreno natural, arrastrando consigo a los rellenos y a las obras construidas sobre ellos.


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Fig. 1 Distribucin de las obrassobre la topografa original, donde se

muestra el antiguo curso de agua. Los

nmeros indican el orden de aparicin

de las fallas: I) faja transportadora

(enero de 1982); II) tanque de diesel

(febrero de 1982); III) almacn

(marzo de 1982); y IV) espesador de

relaves (mayo de 1982).

IV

III

II

I

La leccin que se extrae de esta experiencia es que antes de construir sobre rellenos artificiales

existentes, se debe verificar su naturaleza y las condiciones de apoyo del terreno natural,

independientemente del tipo de obra, de quienes hayan participado en la construccin de los

rellenos, e incluso de la existencia de registros de su compactacin.

CASO II: LA NUEVA CATEDRAL DE PUCALLPA

En abril del 2,002, se solicit nuestros servicios para efectuar el diseo de los rellenos de arena

para el plataformado de la Nueva Catedral de Pucallpa (Fotografa 2). El Estudio de Suelos

previo estableca una Presin Admisible de 1.0 kg/cm2sobre el terreno natural arcilloso, a una

Profundidad de Cimentacin de 2.00 m y empleando zapatas cuadradas conectadas mediante

vigas de cimentacin, excepto en el Altar Mayor, donde llevara una cimentacin corrida.

Considerando que el terreno tena una desnivel de 3 m entre el frente y el fondo y que por

razones de Arquitectura se requera un relleno mnimo de 1.0 m de altura en el frente (y por lo


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tanto de 4 m en el fondo), se precisaba emplear sub-zapatas de concreto pobre de hasta 4.50 m de

altura. En tales circunstancias, se decidi que los Rellenos Controlados hechos con arena del ro

Ucayali, no solamente sirvieran de apoyo a los pisos, sino tambin a las estructuras de la Nueva

Catedral, siempre que el Bulbo de Presiones de las zapatas dentro de la Profundidad Activa,

estuviera ntegramente contenido en la arena compactada. Para tal fin, se tuvieron que excavar

zanjas en el suelo natural arcilloso, las que se rellenaron con arena compactada al 100% de su

Mxima Densidad Seca Terica Proctor Modificado (MDST PM), previamente a la ejecucin del

relleno masivo. Para evitar la acumulacin de agua dentro de estas zanjas rellenas con arena fina

durante el proceso constructivo (las precipitaciones pluviales medias en Pucallpa son de 1,500

mm/ao, con mximas de hasta 120 mm/da), se coloc encima de ellas una geomembrana de 1.5

mm de espesor como soporte impermeable de un geocompuesto de drenaje conformado por una

capa de geonet entre dos geotextiles, el que evacuaba hacia el Altar Mayor en el lado opuesto a

la Plaza de Armas.

Fotografa 2. Vista general de las obras (septiembre del 2002). Sobre el lado derecho la Plazade Armas. Las zapatas delanteras y laterales han sido construidas sobre el relleno con arenas

compactado al 100% de su Mxima Densidad Proctor Modificado.


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Fotografa 3. Excavacinde las cajas que

albergarn al Bulbo de

Presiones de las zapatas

frontales.

Fotografa 4. Colocacinde una geomembrana de

1.5 mm sobre la zanja

excavada en el suelo

natural arcilloso

(Fotografa anterior) y

rellenada con arena fina

compactada al 100% de suMDST, P.M.


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Fotografa 5.Colocacin del

geocompuesto dedrenaje encima de la

geomembrana de la

Fotografa anterior.

Los controles de la compactacin se hicieron por los mtodos convencionales de Densidad de

Campo y Proctor Modificado, as como por medio de un penetrmetro dinmico ligero de punta

cnica (DPL). Los resultados obtenidos fueron satisfactorios aunque dispersos (Figura 2), debido

probablemente a la variabilidad en la granulometra de la arena y al procedimiento de

compactacin seguido.

Adicionalmente, se midieron mensualmente los controles topogrficos de asentamientos en cada

zapata, desde setiembre del 2002 hasta julio del 2003 en que se termin de colocar la cobertura

del techo, encontrndose valores estabilizados desde el primer mes, comprendidos entre 3 y 5

mm (Figura 4).


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Fig. 2. Ensayos de PenetracinDinmica Ligera (DPL) sobre

los rellenos de arena. Se aprecia

que todos superan el mnimo

nmero de golpes necesario

para lograr la Presin

Admisible de diseo.

12

= 32

qa= 1 kg/cm

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Fig. 3. Reporte tpico deobra mostrando los

asentamientos medidos

mensualmente sobre la

cara superior de laszapatas.

La leccin que se extrae de esta experiencia es que la construccin de unRCMSimplica tomar

precauciones adicionales como son en este caso, el anlisis de asentamientos por consolidacin

en el suelo natural arcilloso y el control de las aguas pluviales durante el proceso constructivo.

CONCLUSIONES

Esta ponencia intenta demostrar que la cimentacin sobre rellenos requiere no solamente

de un conocimiento cabal de la calidad de los rellenos (tipo y grado de compactacin), si

no tambin de los dems parmetros involucrados como son las caractersticas

geotecnicas de los suelos de apoyo y condiciones particulares de posibles solicitaciones

adicionales propias del sitio (agua, sismo, heladas, etc).


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La NTE E.050 establece los requisitos para la ejecucin de los Estudios de Mecnica de

Suelos (EMS) en el Per, con fines de cimentacin de edificaciones y otras obras, lo que

no significa un recetario que el Profesional Responsable (PR) debe seguir ciegamente

sin criterio tcnico ni conocimientos especializados adquiridos por la experiencia, el

estudio y la actualizacin permanente. En tal virtud y particularmente en el caso de

cimentacin sobre rellenos, el PR es libre de aplicar soluciones particulares que no se

contrapongan con las directivas vigentes de la NTE E.050.

Se recomienda que las operaciones de compra-venta, cesin y transferencia de terrenos

cuenten como requisito obligatorio para esos fines, con un Estudio de Mecnica de

Suelos desarrollado segn las directivas contenidas en la Norma Tcnica de Edificacin

NTE E-050: Suelos y Cimentaciones, el que permitir dilucidar sobre la existencia de

peligros potenciales por causa del suelo, a las edificaciones y consecuentemente a sus

moradores.

AGRADECIMIENTOS

El autor agradece la colaboracin del Ingeniero LUIS ALEJANDRO HOYOS TINCOPA, por la

informacin fotogrfica y tcnica sobre el diseo y construccin de la Nueva Catedral de

Pucallpa, sin la cual no habra sido posible el desarrollo de la presente ponencia.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Terzaghi, K., Peck R. Y Mesri, G. (1996) Soil Mechanics in Engineering Practice.John

Wiley & Sons. USA.

2. Koerner, R.. (1999)Design with Geosynthetics.Prentice Hall. Fourth edition.


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