Sostenimiento en rellenos: Análisis comparativo

El estudio se enfoca en la problemática de la estabilidad de taludes y la necesidad de sistemas de sostenimiento en excavaciones profundas, particularmente en zonas de relleno no controlado. La investigación se centra en el diseño y comparación de muros pantalla como solución para este problema, especialmente en áreas urbanas con viviendas adyacentes. Se menciona la controversia existente sobre el tipo de muro más adecuado, particularmente en zonas de relleno no controlado, como las riberas de los ríos. El estudio de caso se realiza en el Peaje 1 del Proyecto Línea Amarilla en Lima, Perú, ubicado entre los distritos de Cercado de Lima y Rímac. Este proyecto se escogió debido a problemas de inestabilidad del terreno observados durante la etapa de excavación que afectaban viviendas vecinas al río Rímac. La tesis analiza la conducta y estabilidad de taludes en Lima, considerando la variedad de tipos de suelo existentes, desde conglomerados de canto rodado en distritos como el Rímac, Miraflores y San Isidro, hasta suelos limosos o arcillosos en otros distritos como La Molina, Comas, Chorrillos y Barranco, e incluso rellenos de basura en la ribera del río Rímac y suelos arcillosos blandos en el Callao. Esta heterogeneidad del suelo en Lima hace crucial encontrar soluciones de sostenimiento eficientes para cada tipo de suelo y excavación.

La sección de revisión bibliográfica cita trabajos previos relevantes para contextualizar la investigación. Se menciona el estudio de Mozó Vergara (2012) sobre el análisis y diseño de muros pantalla en suelos arenosos, destacando la importancia de considerar los gradientes hidráulicos máximos, especialmente en excavaciones profundas y suelos anisotrópicos. También se cita el trabajo de Sanhuesa Plaza (2008) sobre criterios de diseño para pantallas continuas en Madrid, que concluye que el método de Rankine proporciona mejores resultados que el de Coulomb para el cálculo de muros pantalla. Se incluye la tesina de Loscertales Lansac (2008) sobre la comparación entre métodos de elementos finitos y modelos basados en el coeficiente de balasto para el cálculo de muros pantalla, destacando la complejidad del método de elementos finitos frente a la rapidez del método del coeficiente de balasto. Adicionalmente se menciona el trabajo de Camargo García & Alba Lucía (2011) sobre modelamiento de estructuras de contención lateral y la importancia de estudios geotécnicos precisos para la exactitud de los resultados, y por último, la información del software GEO5 para la resolución de problemas geotécnicos.

La metodología de la investigación se describe como no experimental, con un enfoque cuantitativo y paradigma positivista. La muestra del estudio se centra en el Peaje 1 del Proyecto Línea Amarilla en Lima, utilizando los datos de los estudios de suelo y geotécnicos disponibles. Se diseñaron dos propuestas de muros (muro A y muro B) para cada tipo de sistema de sostenimiento. Se analizan parámetros geotécnicos como el ángulo de fricción, la cohesión del suelo, y otros parámetros relevantes para la estabilidad del terreno. Se especifican los modelos constitutivos utilizados en el análisis, mencionando el modelo de Mohr-Coulomb y el modelo Hardening Soil para simular el comportamiento del suelo. La consideración de condiciones sísmicas se llevó a cabo mediante un análisis pseudo-estático, utilizando un coeficiente sísmico de 0.27, que representa el 50% de la aceleración máxima del terreno (PGA) para un evento sísmico con un tiempo de retorno de 475 años. Este procedimiento es común en la ingeniería geotécnica para modelar eventos sísmicos de forma conservadora.

Los resultados obtenidos para los muros anclados muestran que las longitudes de los bulbos, tanto para el muro A como para el muro B, son muy pequeñas para el perfil de suelo estudiado. En cuanto a los muros empotrados, los desplazamientos máximos después de la excavación fueron inferiores a 7.00 mm para el muro A y 25.00 mm para el muro B. Estos valores se consideran aceptables para evitar problemas de subsidencias en las edificaciones colindantes. La tesis concluye que, basándose en los diseños propuestos, el mejor sistema de sostenimiento para zonas de relleno no controlado son los muros tipo diafragma. Esto se debe a que permiten excavaciones a mayor profundidad sin desestabilizar el terreno circundante, minimizando los asentamientos de las construcciones vecinas. La información obtenida se basa en el análisis de los datos geotécnicos del Peaje 1 del Proyecto Línea Amarilla y considera las características específicas de los suelos de la zona.

El estudio adopta un paradigma positivista, con un enfoque cuantitativo y un diseño no experimental. La investigación se centra en el análisis del Peaje 1 del Proyecto Línea Amarilla en Lima, Perú. Este sitio se seleccionó por la presencia de relleno no controlado y la proximidad a viviendas, lo que generó problemas durante la excavación. Para el análisis, se utilizaron informes de estudios de suelos y geotécnicos existentes. Se diseñaron dos propuestas de muros (Muro A y Muro B) para cada sistema de sostenimiento, permitiendo una comparación entre diferentes sistemas. La metodología no implica la manipulación deliberada de variables, sino la observación de los fenómenos tal como ocurren en su contexto natural. El objetivo es identificar, mediante análisis cuantitativo, el sistema de sostenimiento óptimo para las condiciones específicas del terreno en el Peaje 1 del Proyecto Línea Amarilla. Se busca encontrar el mejor sistema para excavaciones profundas en rellenos no controlados con viviendas adyacentes, replicando una situación real para la investigación. La información geotécnica preexistente es crucial para el diseño y la comparación de resultados.

Los resultados para los muros empotrados indican que el desplazamiento máximo en la parte superior de los muros pantalla, después de la excavación, fue inferior a 7.00 mm para el Muro A y 25.00 mm para el Muro B. Estos desplazamientos se consideran dentro de los límites aceptables para prevenir problemas de subsidencias en las edificaciones colindantes. Es importante destacar que estos desplazamientos deben ser monitoreados durante la construcción para asegurar la estabilidad. El análisis de los muros empotrados se centra en el desplazamiento máximo tras la excavación, utilizando como criterio de evaluación un límite máximo aceptable para minimizar problemas de subsidencias en edificios vecinos. La investigación mide estos desplazamientos como indicador clave de la eficacia del sistema de sostenimiento. La obtención de valores menores al límite establecido sugiere que el sistema de muro empotrado es viable bajo las condiciones estudiadas, aunque se recomienda la monitorización durante la obra.

Para los muros anclados, los resultados obtenidos indican que las longitudes de los bulbos, tanto para el Muro A como para el Muro B, son muy pequeñas para este perfil de suelo. Esta información sugiere que, para el tipo de suelo analizado en este proyecto, el sistema de muros anclados podría no ser la opción óptima. La evaluación del rendimiento de los muros anclados se basa en el análisis de la longitud de los bulbos de tensión. El hecho de que estas longitudes sean muy pequeñas indica que este tipo de muros no estaría ofreciendo la estabilidad necesaria para este tipo de suelo y condiciones de excavación. Por lo tanto, los resultados obtenidos para los muros anclados sugieren que este sistema no es tan eficiente como otras alternativas para este caso específico del Proyecto Línea Amarilla. Esta conclusión apoya la elección de un sistema de sostenimiento alternativo como el sistema de diafragmas.

En base a los diseños propuestos y a los resultados obtenidos, el estudio concluye que el mejor sistema de sostenimiento para zonas de relleno no controlado es el muro tipo diafragma. Esto se debe a la capacidad de este sistema para permitir excavaciones a mayor profundidad sin desestabilizar el terreno circundante y, por lo tanto, minimizar los asentamientos en las construcciones vecinas. El análisis compara los diferentes tipos de muros analizados para llegar a esta conclusión, mostrando que los muros tipo diafragma presentan las mejores características de estabilidad y menor impacto en las estructuras adyacentes bajo las condiciones específicas del estudio. La investigación proporciona evidencia cuantitativa para respaldar esta afirmación, basándose en los desplazamientos máximos observados en cada tipo de muro. La investigación subraya la importancia de seleccionar el sistema de contención más adecuado para las características del terreno y las necesidades del proyecto para minimizar el impacto en el entorno.

El proceso de construcción de muros pantalla comienza con la excavación de una trinchera rectangular de poca profundidad. Para garantizar la correcta alineación de la pantalla de hormigón, se utilizan muros guía que controlan la operación de excavación, guiando la maquinaria (como una almeja) a la posición adecuada. Una vez finalizada la excavación, se limpia el fondo de la trinchera para preparar la colocación de la armadura. La profundidad de la trinchera es un factor importante que se determina en función del diseño geotécnico y las necesidades del proyecto. La utilización de muros guía es esencial para la precisión en la construcción de la estructura, evitando desviaciones y garantizando la correcta ejecución. La limpieza final del fondo de la excavación es crucial para asegurar una correcta adherencia entre la armadura y el concreto que se colocará posteriormente. El uso de maquinaria especializada es fundamental en esta fase para asegurar la eficiencia y la precisión del proceso.

Se describen dos métodos para la perforación de anclajes: la perforación a rotación y la perforación a rotopercusión. La perforación a rotación se utiliza para suelos menos resistentes y se caracteriza por la rotación de una tubería que se introduce en el suelo. Esta tubería puede ser hueca (para permitir el paso de fluidos como agua o aire para lubricación) o sólida. La perforación a rotopercusión se emplea para suelos muy duros o rocas, utilizando un martillo de fondo neumático accionado por aire comprimido que se introduce en una tubería hueca. La rotación de la tubería facilita la fragmentación del material. La selección del método de perforación depende de las características del suelo encontrado en el sitio de la construcción. La utilización de fluidos en la perforación a rotación ayuda a lubricar el proceso y facilita la excavación. La perforación a rotopercusión, aunque más eficiente para materiales duros, es más compleja y requiere equipo especializado. La profundidad y el diseño de los anclajes se definen en base al análisis geotécnico previo.

Después de la perforación de los anclajes, se procede a colocar la armadura previamente montada en la trinchera. Esta se introduce en la excavación utilizando la misma máquina excavadora o bien con una grúa. En los extremos del panel se sitúan tubos-junta de sección circular para asegurar una buena unión durante el vaciado del concreto. El vaciado del panel de concreto se realiza mediante un conducto tremie que llega hasta el fondo de la trinchera, garantizando que el concreto se coloque sin segregación y desplazando el lodo de la excavación hacia un depósito de almacenamiento y tratamiento. La colocación de la armadura debe realizarse con precisión para asegurar la resistencia estructural del muro pantalla. Los tubos-junta son clave para una correcta unión entre los diferentes paneles de concreto. La utilización de la técnica de vaciado mediante tremie previene la segregación del concreto y evita la formación de vacíos en la estructura. La gestión de los lodos bentoníticos también es esencial en este proceso para asegurar la estabilidad de la excavación y prevenir derrumbes.

Los anclajes inyectados necesitan 7 días para alcanzar la resistencia necesaria para ser tensados. El concreto reforzado requiere 3 días de curado antes de ser sometido a carga. Por lo tanto, la elaboración de los paños de concreto debe iniciarse 3 días después de la perforación de los anclajes. La carga de tensión del diseño oscila entre 20 y 40 toneladas. Una vez tensados los anclajes, se procede a excavar para el siguiente nivel, repitiendo el procedimiento de forma secuencial hasta llegar al nivel de zapata. El anclaje propuesto es activo y se compone de una zona libre y una zona de bulbo. La correcta secuenciación de las etapas de construcción, considerando los tiempos de curado del concreto y la resistencia de los anclajes, es crucial para la correcta ejecución del proyecto. La gestión de los tiempos es clave para evitar demoras y asegurar la continuidad del proceso constructivo. La descripción del anclaje activo, con su zona libre y zona de bulbo, proporciona detalles sobre el diseño del sistema de anclaje.

Para un diseño geotécnico adecuado de los muros pantalla, el estudio de mecánica de suelos debe ser exhaustivo. Este debe incluir un perfil estratigráfico detallado del suelo, especificando el peso específico de cada estrato identificado. Es crucial determinar el ángulo de fricción interna de cada estrato, así como la cohesión del suelo en caso de existir estratos cohesivos. La localización precisa del nivel freático es fundamental, al igual que la determinación de la sobrecarga del terreno adyacente, un dato que varía según las estructuras que rodean la excavación. La información obtenida de este estudio geotécnico previo es la base para determinar las características del suelo, su comportamiento y las especificaciones del diseño de los muros pantalla. La precisión de estos datos influye directamente en la eficacia del diseño y en la seguridad de la obra. Se debe prestar especial atención a la correcta identificación de los diferentes estratos del suelo y a la determinación de sus propiedades mecánicas para garantizar el éxito del proyecto.

Se recomienda encarecidamente realizar mediciones de los desplazamientos durante la fase de construcción de los muros pantalla. Esto permitirá verificar que los desplazamientos máximos se mantengan dentro de los límites aceptables para evitar problemas de subsidencias en las edificaciones colindantes. El monitoreo constante permitirá una evaluación en tiempo real del comportamiento del sistema de contención. Con esta información, se podrán tomar medidas correctivas si fuera necesario durante la ejecución de la obra, minimizando los riesgos. La importancia del monitoreo continuo radica en la capacidad de detectar desviaciones tempranas y prevenir problemas mayores. Se debe establecer un protocolo de medición preciso y un sistema de control para asegurar la fiabilidad de los datos recopilados durante la construcción. El monitoreo de los desplazamientos es fundamental para validar el modelo de análisis y garantizar la seguridad de la obra.

La elección del sistema de sostenimiento debe basarse en un análisis cuidadoso de las características del suelo, las condiciones sísmicas y la proximidad a estructuras existentes. Considerar la información disponible sobre las propiedades del suelo y el comportamiento del terreno es fundamental para tomar la decisión más acertada. Un análisis exhaustivo permitirá seleccionar el sistema que mejor se adapta a las condiciones específicas del proyecto, optimizando la estabilidad y minimizando los riesgos. La influencia de factores como la sismicidad y la presencia de edificaciones vecinas deben tenerse en cuenta durante el proceso de toma de decisiones. La selección del sistema de sostenimiento es crucial para garantizar la seguridad de la obra y la integridad de las estructuras adyacentes. Es vital un análisis comparativo de los diferentes sistemas, considerando las ventajas y desventajas de cada uno en función del contexto específico del proyecto.