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CIMENTACIÓN EN SUELOS BLANDOS. AMPLIACIÓN DE TANQUES PARA ALMACENAMIENTO DE
CARGA LIQUIDA. En el año de 1994 tuve la experiencia de construir dos
tanques metálicos para almacenar 1000 toneladas métricas cada uno de soda
cáustica al 50%. El terreno presentaba características de suelo blando hasta una
profundidad de 5.00 metros(16.40 pies). Previo a la construcción se efectuaron
tres perforaciones de 15.00 metros cada una(49.20 pies) de profundidad, haciendo
uso del Ensayo de Penetración Estándar encontrándose que el sub suelo natural
esta constituido por arenas finas limosas intercaladas por lentes conformados
por limos de alta y baja comprensibilidad. Las arenas limosas, pobremente
graduadas se presentaban con densidades variables de media a muy suelta hasta
profundidades de 4.90 metros(16.00 pies) y de media a muy densa bajo este nivel.
Los Lentes limosos son de alta y baja comprensibilidad (suelos tipo MH y ML)
encontrándose los tipos MH a profundidades de 1.35m a 1.80m (espesor de 45
centímetros) y los ML entre 3.15m a 4.75m (espesor de 1.60m) respecto al nivel
natural del terreno. El coeficiente de comprensibilidad encontrado para el Limo
haciendo uso del ensayo de consolidación es de Cc=0.943. El nivel freático se
encontró a profundidades variables de 1.60m a 2.00m respecto al nivel natural
donde se ubicaron las perforaciones.
El estudio de suelos cita textualmente que "El subsuelo ubicado hasta una
profundidad de 4.80 metros con respecto a la superficie del terreno, no presenta
características apropiadas para cimenantar esta obra, por estar expuesto a
asentamientos peligrosos que podrían generar durante la consolidación primaria y
la licuefacción que se induciria por efectos de los movimientos sísmicos" Por
tal motivo la recomendación del Laboratorio de suelos es de cimentar por
contacto directo a 4.80 metros de profundidad usando presiones admisibles de
1.50Kg/cm2. Por otro lado el estudio recomienda que si se desea desplantar a
menores profundidades del nivel de 4.80m se debe retirar el material natural
existente hasta este nivel y sustituirlo por material selecto compactado al 95%
proctor usando presiones admisibles de diseño de 1.50Kg/cm2. Es de hacer notar
que durante el proceso constructivo de la obra las recomendaciones del
Laboratorio de suelos fueron cumplidas en el campo. El estudio fue elaborado por
quien suscribe este articulo, tomando como base los siguientes parámetros de
diseño:
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Densidad del Liquido : 1,520 Kg/m3
-
Altura del cilindro: 9.60m
-
Diámetro del cilindro: 9.50m
-
Capacidad soporte del suelo: 1.50Kg/cm2
-
Carga viva:559Kg/m2
En el diseño de la cimentación se analizo la estructura considerando cargas
gravitacionales y laterales por viento y sismo. Todos estos parámetros están de
acuerdo al estudio geotécnico efectuado y cumplen con lo indicado en el
Reglamento Nicaraguense de la construcción y otros reglamentos como el ASCE y el
ACI. Las provisiones indicadas en la memoria de calculo están de acuerdo a los
sanos criterios de ingeniería y que en este aspecto puede considerarse el Tanque
como seguro en el aspecto estructural.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO. Siguiendo las recomendaciones del estudio
geotécnico, la estructura del tanque fue cimentada sobre un relleno de 5.00
metros de profundidad utilizando material selecto de un banco llamado Cusmapa de
cero plasticidad. Este mejoramiento del suelo se extendió hasta una distancia
perimetral igual a 1.20 metros respecto al cuerpo del tanque. Durante el proceso
constructivo se efectuaron perforaciones de control con el ensayo de Penetracion
Estándar con resultados positivos respecto a las caracteristicas de resistencia
del suelo colocado en el relleno. Como resultado de lo anterior se concluye que
en la practica se cumplieron con las indicaciones dadas por el laboratorio de
suelo en lo referente al mejoramiento del suelo bajo el tanque.
CONDICIONES DE LA OBRA EN FUNCIONAMIENTO. De acuerdo a inspecciones
realizadas posteriormente a la construcción ( tres meses) posteriores a su
finalización , se notaron que uno de los cimientos sufria asentamientos
diferenciales de hasta 20cm conforme los levantamientos de niveles efectuados.
Una caracteristica importante del tipo de falla observada es el agrietamiento
perimetral, de forma circular, observado en la losa de piso del sitio de la
obra. Este tipo de falla esta perfectamente definido y a una distancia promedio
del orden de 1.80metros y es característico de FALLA DE FLUJO DE SUELO inducido
por presiones laterales en suelos de baja capacidad soporte en sitios donde se
tiene un volumen de mayor densidad y resistencia. En lo referente a la situación
de la estructura propiamente dicha se observo que la misma no presenta ninguna
falla en los cimientos de concreto reforzado ni en la sección metálica del
tanque, lo que es un indicativo claro de que en la practica no se tienen
asentamientos diferenciales de la obra, sino mas bien la ocurrencia de un giro
total de la estructura inducido por un flujo hacia afuera de la masa de relleno
ubicada bajo el tanque, la cual presiona el terreno natural circundante que no
cuenta con la capacidad de carga adecuada para soportar las presiones
transmitidas.
EVALUACIÓN EFECTUADA EN EL CAMPO. En vista de las características del tipo
de suelo natural ubicado en el sitio de la obra, era prácticamente imposible
efectuar ningún tipo de evaluación estructural sin conocer las características
del perfil estratigráfico natural, tanto en el relleno como en el suelo natural
circundante. Por tal motivo se contrataron los servicios de otro laboratorio de
suelos para efectuar tres perforaciones en el sitio de la obra, siempre haciendo
uso del Ensayo de Penetración Estándar. Las ubicaciones de las perforaciones
fueron programadas de tal manera que dos de ellas se ubicaran en el sitio del
relleno efectuado y la tercera en el terreno natural perimetral al area de
mejoramiento de suelo. Esto permitía conocer la información necesaria para
establecer los parámetros comparativos entre el comportamiento interactivo de
dos masa de suelo ( natural y de relleno). En las tres perforaciones efectuadas
se alcanzaron profundidades mayores de 6.00 metros medidos respecto al nivel
inferior de la losa de piso existente. Después de todos los análisis
granulométricos comparativos de las tres perforaciones, los resultados indicaban
que el suelo de relleno colocado bajo el tanque no ha sufrido variaciones en lo
referente a su capacidad soporte. Esta situación confirmaba que el suelo de
relleno en la actualidad tiene la misma capacidad soporte inicial y reafirma que
el asentamiento del tanque no es debido a la falla del relleno, sino a las
presiones inducidas lateralmente al terreno natural perimetral que no cuenta con
la capacidad de carga lateral adecuado. Como consecuencia del peso propio del
tanque y del contenido de soda cáustica se originan presiones aplicadas
inmediatamente al suelo ubicado propiamente bajo el cimiento, con valores
máximos a este nivel, disminuyendo con la profundidad y la distancia respecto a
la posición de la estructura. Esto significa que la distribución de presiones
bajo el tanque no ocurre en un plano vertical bajo la estructura, sino mas bien
se comporta como un bulbo de presiones ejerciendo influencia lateral a
distancias horizontales respecto a la posición del tanque. En este caso se
entiende que las presiones verticales de la carga aplicada se transmiten
igualmente en forma lateral sobre la masa del suelo.
CONCLUSIONES. Los resultados de los diferentes estudios de laboratorios
efectuados a través del tiempo indican que el relleno utilizado como cimiento
del tanque es adecuado en lo que respecta a la resistencia con respecto a las
cargas aplicadas. El análisis comparativo de la resistencia inicial del relleno
efectuado por el primer laboratorio y el estudio realizado por el segundo
laboratorio tres meses posteriores, indican que la resistencia del suelo ha
permanecido en la practica invariable, motivo por el cual se puede concluir que
la causa del asentamiento no es debida a la falla del relleno propiamente dicho,
ya que por sus propiedades físicas y mecánicas determinadas en el laboratorio no
es un material susceptible de asentamientos diferenciales por sus
características no plásticas. El tipo de falla circular que se muestra en la
losa de piso indica claramente la ocurrencia de una falla de suelo por cortante
inducido por la acción de cargas laterales inducidas por el peso del tanque mas
su contenido. Este tipo de falla típico en obras de relleno donde una masa de
suelo mejorado acciona perimetralmente sobre el suelo natural ubicado
perimetralmente, tendiendo a deformarlo. Como consecuencia de la falta de
capacidad al corte del suelo natural, el relleno funciono como una masa sin
confinamiento, tendiendo a deformarse lateralmente induciéndose una falla por
flujo plástico que es la causa del asentamiento observado en el tanque. Otra
condición observada en el campo es la ausencia de agrietamientos en los
cimientos de concreto (anillo de concretoreforzado), al igual que fallas en la
soldadura del tanque, indicativo de que no ocurrieron asentamientos
diferenciales sino mas bien la existencia de un giro integral de la estructura
como consecuencia del flujo de la masa de suelo de relleno. Este tipo de
comportamiento de la acción de una masa de suelo sobre otra es de difícil
cuantificación en lo referente a la predicción del tipo de movimiento de la masa
de suelo de relleno ya que se sale de los patrones típicos de asentamiento
diferenciales en masa de suelo plástico tipo limosos o arcillosos. La
aseveración anterior es ratificada por el hecho de que suelos tipo arenosos
sufren las deformaciones en forma rápida, disminuyendo su magnitud con el
tiempo, siendo necesario para predecir con exactitud la magnitud de los
deslizamientos un registro estadístico continuo, además de una investigación
exhaustiva de las características de resistencia y elasticidad de la masa de
suelo natural en toda la altura de relleno, lo que significa un costo de
investigación excesivamente alto y que para fines prácticos no es conveniente
hacerlo.
La cuestión no se termina aquí, ya que los dueños de este plantel de carga
liquida, han decidido ampliar su infraestructura después de 12 años de estar
operando los tanques existentes. Nuevamente han contratado mis servicios
profesionales para el diseño de las nuevas estructuras, donde se ha planteado la
necesidad de construir dos tanques metálicos de 12.40m de diámetro y 12.81m de
altura con una capacidad de 1548.00m3 equivalentes a 2,353.00 toneladas métricas
cada uno, pero con la experiencia vivida, ellos requieren mayor seguridad en el
tipo de fundaciones. En la actualidad se han contratado los servicios de un
tercer laboratorio de suelos, y se han practicado 5 pruebas de penetración
estándar hasta una profundidad de 20.00m (65.60 pies) cada una, y se ha
encontrado las mismas características de las pruebas anteriores. El sistema de
fundaciones que se esta diseñando es con pilotes de concreto reforzado, para lo
cual se han estado haciendo ensayos donde el diámetro del encepado esta
soportado por 110 pilotes de sección de 30cm. x 30cm de 7.00m de altura cada
uno. Otra alternativa de diseño consiste en un encepado de 2.00 metros de ancho
respecto a la tangente vertical del cuerpo del tanque y de forma circular
respecto al centro del tanque con un espesor de 50cm es decir que después de la
cara superior del encepado esta un anillo circular de 30cm. de espesor y un alto
de 70cm. para empotrar las platinas que servirán de fijación a la envolvente del
tanque. Este encepado esta soportado por 32 pares de pilotes distribuidos
equidistantes en el perímetro de la circunferencia del encepado, el cual esta
unido en toda el resto del area circular del fondo del tanque por medio de una
losa de concreto reforzado de 25 cm de espesor. También se ha considerado en
otra alternativa de diseño, un relleno de material selecto de 5.00 metros de
profundidad igual al ejecutado en años anteriores. En el aspecto económico, de
las tres alternativas que se han presentado, resulta que el costo económico es
de:
Este articulo lo hago con el animo de escuchar opiniones de este proyecto, el
cual se piensa realizar en el Puerto internacional de Corinto, localizado en el
Departamento de Chinandega Nicaragua. La pagina weeb
www.archys.com/publicar.html me
motivo hacerlo del conocimiento de sus lectores y mu gustaria escuchar sus
opiniones, las cuales debo considerarlas de mucha importancia para mi formacion
profesional.
Atte.
Luis F. Roblero Gomez lifranrg@yahoo.com
Granada Nicargua
02 de Octubre del 2006.
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