“ANÁLISIS DE SOLUCIÓN ALTERNATIVA AL MÉTODO CONVENCIONAL PARA LA CONSTRUCCION DE SOTANOS, CONSIDERANDO EL USO DE ANCLAJES ACTIVOS “SPRINGSOL” (PATENTADOS POR SOLETANCHE BACHY CIMAS S.A) EN LOS SUELOS BLANDOS CARACTERISTICOS DE LA SABANA DE BOGOTÁ” ANDRES FELIPE CARRILLO NAVARRO FREDY ALEXANDER SALAZAR CUERVO Monografía para optar por el título de Ingeniero Civil Director del Proyecto de Grado: Ing. Hernando Villota UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA, INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ DC. 2018 Aceptación por los Jurados: ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ Firma del Asesor de Trabajo de Grado ______________________________________ Firma del Asesor de Trabajo de Grado ______________________________________ Firma del Jurado Interno ______________________________________ Firma del Jurado Externo Ciudad y fecha (día, mes, año): DEDICATORIA A nuestras familias, con quienes estamos agradecidos, ya que nos han brindado todo su apoyo y han sido parte fundamental para culminar con éxito esta etapa de nuestra vida profesional AGRADECIMIENTOS Ante todo y en primer lugar a Dios, quien siempre está a nuestro lado de manera incondicional, colocando en nuestro camino las personas, herramientas y oportunidades, las cuales hemos tenido en cuenta para lograr nuestras metas. A nuestros padres, quienes con paciencia han esperado lo mejor de nosotros, apoyándonos en cada paso que hemos dado e impulsando cada segundo de nuestras vidas. A la empresa Soletanche Bachy Cimas por abrimos las puertas y brindarnos todos los recursos necesarios tanto en información como en conocimientos que permitieron llevar a cabo la realización de este trabajo, el cual es un aporte para contribuir con un granito de arena en el proceso de innovación y desarrollo que esta empresa tiene. Al Ingeniero Ivan Cubillos, jefe de diseños de Soletanche Bachy Cimas quien estuvo pendiente del proceso, aportando con todo su conocimiento en la parte técnica para el desarrollo del presente trabajo. Al Ingeniero Andres Sánchez, Ingeniero de presupuestos de la empresa Geofundaciones, quien nos ayudó con todo su conocimiento en el tema de costos y presupuestos. Al asesor del proyecto de grado, el Ingeniero Hernando Villota, quienes nos trasmitió su conocimiento y orientación en el desarrollo del presente proyecto. CONTENIDO 1. REUSMEN............................................................................................................................... 10 2. INTRODUCCION ................................................................................................................... 11 3. DESCRIPCION DEL PROBLEMA ....................................................................................... 12 4. JUSTIFICACIÓN ........................................................................¡Error! Marcador no definido. 5. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 14 6. 5.1. OBJETIVO GENERAL................................................................................................... 14 5.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 14 MARCO TEORICO ................................................................................................................ 15 6.1. MÉTODO TOP DOWN PARA CONSTRUCCION DE SOTANOS ......................... 15 6.1.2. 6.2. PROCESO CONSTRUCTIVO CON EL MÉTODO TOP-DOWN .................... 16 MÉTODO SPRINGSOL PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS EN FRANCIA 19 6.3. ANCLAJES SPRINGSOL PARA LA ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS BLANDOS ......................................................................................................... 21 6.3.1. 6.4. CREEP DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS .................................................... 26 6.4.1. ENSAYOS DE INVESTIGACION, CONTROL Y ACEPTACION ........................ 28 6.4.2. PROBLEMAS DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS POR CREEP ............. 31 6.5. 7. SECUENCIA DE EJECUCION DEL ANCLAJE SPRINGSOL ........................ 22 MODOS DE FALLA DE LOS ANCLAJES .................................................................. 31 ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................. 34 7.1. PROYECTOS TOP-DOWN REALIZADOS POR SOLETANCHE .......................... 34 7.1.1. PROYECTO PLAZA CLARO (TOP-DOWN SOTANOS) ..................................... 34 7.1.2. PROYECTO HOTEL HILTON (TOP-DOWN SOTANOS).................................... 35 7.2. PAISES DONDE SE HAN REALIZADO TRABAJOS CON EL SPRINGSOL ...... 35 7.2.1. PUERTO LLANO ESPAÑA 2010 ........................................................................ 35 7.2.2. SINGAPUR 2011 .................................................................................................... 36 7.2.3. BILBAO ESPAÑA 2011 ......................................................................................... 37 7.2.4. PARIS FRANCIA 2013 .......................................................................................... 37 7.3. OBRAS REALIZADAS EN BOGOTÁ HACIENDO USO DE ANCLAJES.............. 38 7.3.1. EDIFICIO ALTOS DEL VIENTO .......................................................................... 39 7.3.2. EDIFICIO MONTE ROSA ..................................................................................... 40 7.3.3. EDIFICIO CRA 7MA CON CALLE 72 (CUELLAR SERRANO GOMEZ)....... 40 8. MÉTODOLOGIA ..................................................................................................................... 42 9. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................. 44 9.1. ANÁLISIS SOLUCIÓN BASE VS SOLUCIÓN TOP-DOWN PROYECTO HOTEL HILTON ........................................................................................................................................ 44 9.2. ANÁLISIS SOLUCIÓN TOP-DOWN VS SOLUCIÓN A CIELO ABIERTO (MÉTODO SPRINGSOL) PROYECTO HOTEL HILTON .................................................... 50 9.2.1. ANÁLISIS ECONOMICO ...................................................................................... 50 9.2.2. RENDIEMIENTO EN TIEMPO ............................................................................. 57 9.2.2.1. CONTENCION Y CIMENTACION ................................................................... 58 9.2.2.2. EXCAVACION .................................................................................................... 61 9.2.2.3. CONSTRUCCION DE LOSAS Y CIERRE DE VENTANAS DE EXCAVACION ........................................................................................................................ 63 9.2.3. ANÁLISIS TECNICO.............................................................................................. 66 9.2.3.1. ANÁLISIS COMPORTAMIENTO MURO PANTALLA .................................. 66 9.2.3.2. ANÁLISIS TECNICO DE ANCLAJES ............................................................. 71 9.2.4. ANÁLISIS DE PRUEBAS REALIZADAS Y EVENTUALES PRUEBAS A REALIZAR (ANCLAJE SPRINGSOL) ................................................................................. 79 9.2.4.1. FASE 1. Conocimiento de la herramienta y su funcionamiento.................. 80 9.2.4.2. FASE 2. Soil-mixe con la herramienta Springsol .......................................... 81 9.2.4.3. FASE 3. Construcción de anclajes verticales de prueba ............................. 82 9.2.4.4. FASE 4. Construcción de anclajes Springsol reperforados ......................... 84 10. CONCLUSIONES................................................................................................................... 91 11. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 93 12. BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 94 ANEXOS .......................................................................................................................................... 96 FIGURAS Figura 1. Excavación losa de planta baja................................................................................... 16 Figura 2. Construcción losa de planta baja ................................................................................ 17 Figura 3. Excavación por debajo de la losa de planta baja ..................................................... 17 Figura 4. Construcción losa sotano1........................................................................................... 18 Figura 5. Excavación sótano 2 ..................................................................................................... 18 Figura 6. Construcción losa de cimentación sótano 2.............................................................. 19 Figura 7. Cierre de ventanas sótano 1 y planta baja ................................................................ 19 Figura 8. SPRINGSOL, pieza utilizada para la excavación y mezcla del suelo con el material. ........................................................................................................................................... 20 Figura 9. Proceso de perforación ................................................................................................ 20 Figura 10. Tipos de uso del SPRINGSOL .................................................................................. 21 Figura 11. Anclaje SPRINGSOL .................................................................................................. 22 Figura 12. Colocación de la camisa metálica ............................................................................ 23 Figura 13. Colocación de la camisa metálica ............................................................................ 24 Figura 14. Inicio de la perforación con la herramienta SPRINGSOL. .................................... 24 Figura 15. Colocación del anclaje dentro del bulbo. ................................................................. 25 Figura 16. Tensionamiento del anclaje ....................................................................................... 26 Figura 17. Valor de creep para diferentes ensayos de carga. ................................................ 27 Figura 18. Cambios en la estructura del suelo circundante al bulbo durante los estados de creep ................................................................................................................................................ 27 Figura 19. Creep vs tiempo y estados del suelo vs Creep ...................................................... 28 Figura 20. Escalones del ensayo de investigación ................................................................... 29 Figura 21. Ejemplo de curvas de fluencia. ................................................................................. 29 Figura 22. Análisis de Creep ........................................................................................................ 29 Figura 23. Ensayo de control ....................................................................................................... 30 Figura 24. Falla por extracción del ancla.................................................................................... 33 Figura 25. Proyecto plaza claro Bogotá...................................................................................... 34 Figura 26. Modelado Hotel Hilton Bogotá .................................................................................. 35 Figura 27. Columnas SPRINGSOL (España 2010) .................................................................. 36 Figura 28. Columnas SPRINGSOL (Singapur 2011) ............................................................... 36 Figura 29. Columnas SPRINGSOL (Bilbao 2011) .................................................................... 37 Figura 30. Columnas SPRINGSOL (Paris 2013) ...................................................................... 38 Figura 31. Edificio altos del viento. .............................................................................................. 39 Figura 32. Propuesta inicial Top-Down proyecto Hotel Hilton................................................. 44 Figura 33. Propuesta final Top-Down proyecto Hotel Hilton ................................................... 45 Figura 34. Perfiles pre cimentados en columnas definitivas ................................................... 47 Figura 35. Plataforma de trabajo, losa planta baja Top-Down................................................ 48 Figura 36. Excavación a cielo abierto proyecto CC villa del rio (Soletanche Bachy Cimas) .......................................................................................................................................................... 54 Figura 37. Terreno representado por conjunto de muelles elásticos ..................................... 67 Figura 38. Curva de presión vs desplazamiento de la pantalla .............................................. 67 Figura 39. Datos recolectados introducidos en el programa PAROI 2009 para análisis técnico de cada uno de los métodos........................................................................................... 69 Figura 40. Envolventes de falla solución Springsol .................................................................. 69 Figura 41. Datos ingresados para cálculo de parámetros ....................................................... 72 Figura 42. Calculo de parámetros para determinar deformaciones ....................................... 73 Figura 43. Adecuación de la herramienta SPRINGSOL en la máquina de perforación ..... 80 Figura 44. Soil-mixe con la herramienta SPRINGSOL proyecto plaza claro ........................ 81 Figura 45. Anclajes verticales de prueba ................................................................................... 82 Figura 46. Reperforacion del bulbo. ............................................................................................ 87 Figura 47. Colocación del anclaje................................................................................................ 87 Figura 48. Tensionamiento del anclaje. ...................................................................................... 88 Figura 49. Graficá ciclos de carga ............................................................................................... 89 GRAFICÁS Graficá 1.Curva Presión Vs Deformación ........................................................................ 74 Graficá 2. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 600 mm. ...................... 75 Graficá 3. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 400 mm. ...................... 76 Graficá 4. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 200 mm. ...................... 77 Graficá 5. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 100 mm. ...................... 78 TABLAS Tabla 1. Cantidad pilotes constructivos que se eliminan ......................................................... 46 Tabla 2. Disminución de pilotes definitivos solución top-Down vs Solución base ............... 47 Tabla 3. Ahorro en concreto al tener uniformidad en pantallas .............................................. 49 Tabla 4. Ahorro total en materiales y dinero solución Top-Down vs Solución base............ 49 Tabla 5. Tabla comparativa Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ........................ 50 Tabla 6. Costo perfiles pre-cimentados ...................................................................................... 52 Tabla 7. Ahorro de materiales en pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ................................................................................................................................... 53 Tabla 8. Ahorro en dinero pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ................................................................................................................................... 53 Tabla 9. Costo anclajes SPRINGSOL ........................................................................................ 54 Tabla 10. Costo rampa de excavación a cielo abierto ............................................................. 55 Tabla 11. Ahorro de dinero en excavación solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL 55 Tabla 12. Ahorro de dinero en plataforma solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL 56 Tabla 13. Ahorro tentativo Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ........................... 56 Tabla 14. Duración construcción de muros pantalla y barretes solución Top-Down .......... 58 Tabla 15. Duración construcción de pilotes Solución Top-Down ........................................... 59 Tabla 16. Duración construcción de muros pantalla y barretes solución SPRINGSOL...... 60 Tabla 17. Duración actividad de contención y cimentación Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ................................................................................................................................... 61 Tabla 18. Duración excavación de núcleo a cielo abierto solución Top-Down .................... 61 Tabla 19. Duración excavación bajo losa solución Top-Down ............................................... 62 Tabla 20. Duración excavación a cielo abierto solución SPRINGSOL .................................. 62 Tabla 21. Duración total excavación Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ......... 63 Tabla 22. Duración construcción de losas y cierre de ventanas solución Top-Down ......... 63 Tabla 23. Duración construcción de losas y cierre de ventanas solución SPRINGSOL .... 64 Tabla 24. Duración total construcción de losas Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ................................................................................................................................... 65 Tabla 25. Duración total proyecto Hotel Hilton con la solución Top-DOWN y la Solución SPRINGSOL ................................................................................................................................... 65 Tabla 26. Desplazamiento, momentos y cortantes máximos pantallas solución Top-Down vs solución Springsol ..................................................................................................................... 70 Tabla 27. Deformaciones de los anclajes entre 3 y 60 minutos ............................................. 79 Tabla 28. Características anclajes verticales de prueba ......................................................... 83 Tabla 29. Carga de arrancamiento teórica vs carga de arrancamiento experimental prueba fase 3................................................................................................................................................ 83 Tabla 30. Parámetros de construcción anclajes SPRINGSOL fase 4 ................................... 85 Tabla 31. Procedimiento de carga anclaje 2.............................................................................. 89 1. REUSMEN El principal objetivo del presente trabajo es realizar una comparación económica, técnica y de rendimiento entre dos métodos constructivos para la ejecución de sótanos en la ciudad de Bogotá, para así determinar cuál de los dos es más eficiente y se adapta mejor a los requerimientos de construcción que exige esta ciudad. Uno es el método Top-Down, el cual permite a partir de cierto punto como su nombre lo indica construir hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo, este método ha tenido una gran aceptación a nivel de Bogotá generando grandes beneficios los cuales se verán y se explicaran más adelante. Generalmente para este método Top-Down se usan pilotes, vigas y puntales constructivos que ayudan a mantener la estabilidad del suelo, considerando las malas condiciones geo mecánicas que este tiene en la ciudad de Bogotá. El segundo método es el método SPRINGSOL el cual usa una técnica nueva e innovadora, con el que se pretende estabilizar y/o contener masas de suelos cohesivos por medio de anclajes especiales construidos con la herramienta SPRINGSOL (Patentada por Soletanche Bachy) los cuales tienen un mayor diámetro de bulbo y pueden generar una mayor fuerza de fricción, para así gracias a su viabilidad técnica poder realizar excavaciones a cielo abierto, permitiendo acabar la construcción del proyecto 3 semanas antes que con el método top-Down y generando un ahorro del 6% del valor total de este, confirmándolo así como el método más óptimo. ABSTRACT The main objective of this work is to make an economic, technical and performance comparison between two construction methods for the execution of basements in the city of Bogotá, one is the Top-Down method, which allows from a certain point as its name it indicates to build up and down at the same time, this method has had a great acceptance at Bogotá level generating great benefits which will be seen and explained later. Generally for this Top-Down method, piles, beams and construction struts are used to help maintain soil stability considering the bad geo-mechanical conditions it has in the city of Bogotá. The second method is the SPRINGSOL method which uses a new and innovative technique, with which it is intended to stabilize and/or contain cohesive soil masses by means of special anchors constructed with the tool SPRINGSOL (Patented by Soletanche Bachy) which have a larger bulb diameter and can generate a greater friction force, to be able to carry out open-pit excavations, thanks to his technical viability, allowing to build the project 3 weeks before the top-down method and generating a saving of 6% of the total value. 10 2. INTRODUCCION El sector de la construcción en Bogotá ha tenido un crecimiento constante en los últimos seis años, buscando aprovechar el terreno no solo de la superficie hacia arriba sino también de la superficie hacia abajo, construyendo edificios cada vez más altos e incentivando la construcción de estructuras subterráneas (Sótanos). Con el paso del tiempo se ha proliferado la construcción de sótanos en edificaciones debido a diferentes factores como: 1) Los nuevos condicionantes urbanísticos, 2) Limitaciones en la disponibilidad de suelos Urbanos, 3) Limitaciones en la altura de los edificios y 4) La necesidad creciente de espacios para estacionamiento de vehículos, entre otros. A su vez la construcción de sótanos está condicionada a otros factores que son necesarios tener en cuenta para su correcta ejecución, algunos son: 1) Proximidad de la obra con edificaciones a su alrededor y con infraestructuras subterráneas como pasos inferiores, el metro en algunas ciudades, o conexiones de servicios públicos, etc. y 2) La presencia del nivel freático.1 Todos estos factores han llevado a que se establezcan y se analicen nuevos procesos o métodos, que tengan una mayor efectividad al momento de realizar la construcción de estructuras subterráneas y que conlleven a un beneficio no solo económico sino que también se produzcan ahorros en el tiempo de ejecución del proyecto. Es aquí donde salen a la luz los diferentes métodos para llevar a cabo esta clase de obras, que para el análisis objeto del presente trabajo son el método TOP-DOWN y el método SPRINGSOL, en donde se busca ratificar a este último como una nueva alternativa que optimice el método Top-Down para la construcción de sótanos, por medio de una comparación técnica, económica y en rendimientos entre estos dos métodos. Este trabajo es un aporte de investigación que se va a hacer a la empresa Soletanche Bachy Cimas S.A, en donde se evaluara y analizará una nueva alternativa de solución para la construcción de sótanos en Bogotá utilizando anclajes tipo SPRINGSOL. Soletanche Bachy Cimas S.A suministrara toda la información y los recursos necesarios para el desarrollo de este trabajo, el cual contiene tres partes importantes dentro de su estructura para tener en cuenta y analizar: la primera es la que tiene que ver con todo el marco teórico la cual va a explicar varias cosas relevantes en cuanto a cada método y su proceso constructivo, la segunda parte es la que tiene que ver con los resultados y su análisis en la cual de manera muy clara se explicaran los ahorros económicos, en tiempo y la viabilidad técnica al usar el método Springsol, y la tercera parte son las conclusiones en las cuales quedan condensados todos los resultados y dan cierre al objetivo del presente trabajo. 1 MANTILLA, Andrés (2016): “Bogotá lidera el crecimiento de la construcción en el país”, Periódico el espectador, redacción Bogotá. 11 3. DESCRIPCION DEL PROBLEMA El suelo de la Sabana de Bogotá está conformado por depósitos de limos, arcillas y ocasionalmente arenas, cuyas características se dieron por el ambiente que dejó el relleno de arcillositas de la era terciaria y la inundación ocurrida en la era cuaternaria. La composición de estos depósitos es una sucesión de limos, arcillas y arcillas-limosas, se puede llegar a encontrar una capa orgánica alrededor de los 23 m, y una lámina de arena fina y densa alrededor de los 34 m. Bajo esta capa se ha comprobado la existencia de grandes cambios en las características geo mecánicas del suelo; algunos sondeos llevados hasta 60 m., muestran una creciente resistencia del suelo (limos arcillosos endurecidos y agrietados). Tomando como base lo expuesto anteriormente, el suelo de la ciudad de Bogotá es un suelo cohesivo muy blando producto de la sedimentación de todas estas partículas durante muchos años, razón por la cual se ve tan limitada la resistencia y la capacidad de soportar cargas a fricción al momento de realizar construcciones sobre este tipo de suelo. El creep del suelo de la ciudad de Bogotá es muy alto, es por esto que en este tipo de suelos se dificulta hacer trabajos de contención con los anclajes convencionales, ya que la estructura a contener se puede desplazar con el tiempo y generar daños a estructuras o vías colindantes. Para lo anterior es necesario establecer un mecanismo de cimentación y de estabilización de suelos eficiente, el cual permita repartir las cargas y contener masas importantes de suelo, sin que se sufra algún tipo de daño o deformación. El problema que impulsa la realización del presente trabajo es que al ser el suelo de Bogotá un suelo cohesivo, conlleva a un mayor trabajo poder realizar excavaciones a cielo abierto cuando se va a realizar la construcción de sótanos, las cuales se realizan comúnmente es en suelos granulares, debido a que estos tienen mejores condiciones geo mecánicas y se comportan de una mejor manera al momento que entran en contacto con el bulbo del anclaje cuando se están realizando construcciones bajo tierra. Es aquí donde la alternativa propuesta con el método SPRINGSOL entra a jugar un papel importante, validándolo como el método más efectivo para realizar la construcción de Sótanos en la ciudad de Bogotá. 12 4. JUSTIFICACIÓN Bogotá está constituido geológicamente por depósitos de arcilla formados por la desecación de un antiguo lago, con estratos intermedios y discontinuos de arenas y suelos orgánicos. El espesor de los depósitos aumenta gradualmente desde las zonas próximas a los cerros orientales, en donde tienen pocos metros de profundidad, hasta el sector occidental de la Sabana, con sedimentos que varían de 200 hasta 600 m. Este tipo de suelo característico de la ciudad de Bogotá, es un suelo cohesivo, compresible y muy blando, cuya resistencia y capacidad de soportar cargas a fricción se ve limitada al momento de realizar la construcción de edificaciones o estructuras subterráneas sobre este. Por lo anterior es necesario establecer un mecanismo de cimentación y de estabilización de suelos eficiente, el cual permita repartir las cargas y contener masas importantes de suelo, sin que se sufra algún tipo de daño o deformación. Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente, con el presente trabajo se realizará el análisis de una solución alternativa al método que actualmente se utiliza para la construcción de sótanos en la ciudad de Bogotá. En esta propuesta alternativa (Método SPRINGSOL) se usa una nueva técnica la cual considera el uso de anclajes especiales los cuales son construidos con la herramienta “SPRINGSOL”, obteniendo un mayor diámetro de bulbo y mayor área para soportar fuerzas de fricción. Por medio de estos anclajes se contendrían grandes masas de suelo, permitiendo así realizar excavaciones a cielo abierto, que no son muy comunes en la ciudad, debido a las características que el suelo presenta, pero que tendrían un gran impacto en la construcción de este tipo de estructuras, ya que generaría una disminución en los plazos de ejecución del proyecto, permitiendo agilizar el proceso de excavación y obteniendo un ahorro en los costos totales del mismo. 13 5. 5.1. - 5.2. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Comparar técnica, económica y productivamente la alternativa propuesta (Método SPRINGSOL), que contempla excavaciones a cielo abierto considerando el uso de anclajes SPRINGSOL, con el método top-Down actual, en el cual se utilizan perfiles pre cimentados en columnas y puntales constructivos para la ejecución de sótanos en la ciudad de Bogotá. OBJETIVOS ESPECIFICOS - Realizar la recolección de la información necesaria del proyecto Hotel Hilton en cuanto a cronograma, presupuesto, planos, proceso constructivo, etc., cuyos sótanos se construyeron con el método Top-Down por Soletanche Bachy Cimas S.A. - Identificar los costos y el rendimiento obtenido en tiempo, de la ejecución de los sótanos del proyecto hotel Hilton construidos con el método Top-Down. - Analizar técnicamente la construcción de los sótanos del proyecto Hotel Hilton utilizando la alternativa propuesta, la cual consiste en realizar una excavación a cielo abierto considerando el uso de los anclajes SPRINGSOL. - Identificar los costos y el rendimiento en tiempo, al utilizar el método SPRINGSOL como una propuesta alternativa para la construcción de los sótanos del proyecto hotel Hilton. - Realizar la evaluación de las eventuales pruebas complementarias que se puedan realizar a los anclajes SPRINGSOL, teniendo en cuenta toda la instrumentación y los protocolos de prueba correspondientes. - Elaborar el informe final en donde se evidencie de forma concreta, por medio de un patrón o una unidad de medida, la comparación en cuanto a costos y rendimientos en el tiempo de ejecución, de la alternativa propuesta con el método SPRINGSOL y el método Top-Down. 14 6. MARCO TEORICO 6.1. MÉTODO TOP DOWN PARA CONSTRUCCION DE SOTANOS El método constructivo denominado TOP DOWN, “Ascendente‐Descendente” consiste en construir inicialmente las paredes perimetrales y columnas de soporte de la estructura con muros pantalla o pilotes excavados, luego se excava hasta la cota inferior de la primera losa y se vacían las vigas y losa directamente sobre el terreno, repitiendo este proceso en cada nivel de sótanos, excavando y colando contra terreno, se completa así la estructura bajo la superficie (descendente) mientras la estructura superior (ascendente) puede comenzar a construirse en forma independiente apoyándose en la primera losa ya construida, a medida que avanza el proceso. Es decir tanto la construcción por encima y debajo del nivel 0.00 van en paralelo reduciendo el plazo convencional. Sin embargo aquí la excavación e eliminación requiere un tratamiento especial, ya que no se puede realizar las típicas excavaciones a cielo abierto. El proceso constructivo de “Top Down” (Up Down) comenzó a ser utilizado para la construcción de líneas de metro en los lugares en los que se necesitaba poner en marcha las vías a nivel de rasante casi al mismo tiempo que se construían las estructuras bajo rasante. Este sistema constructivo es un procedimiento alternativo a la excavación a cielo abierto, donde primero se excava el subsuelo para colocar la loza inferior de los sótanos y cimientos de la estructura. "Si bien la inversión en maquinaria y personal o el gasto en agua, combustible y otros no varía mucho, con la utilización del Top-Down, el costo total de la obra llega a abaratarse hasta en 15%, en condiciones ideales y dependiendo del proyecto", dice Marco Tulio Mendoza Rosas, coordinador de Posgrados de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con la correcta utilización del Top-Down se pueden terminar en 30% menos de tiempo.2 No obstante, también tiene puntos en contra: "La desventaja de este tipo de sistema es que las vigas son elementos provisionales que se tiran a la basura y es un costo 2 SOLIS, Andrés (2013): “En el DF también construyen al revés las torres”, Revista Obras (web). 15 importante", afirma Pierre Guiot, director general de Cimesa (Empresa del grupo Soletanche Bachy), especializada en este sistema constructivo. Guiot coincide con Eduardo Roque Medellín, presidente del Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de México (CICEM) al considerar que es fundamental saber sobre qué tipo de suelo se va a construir y que éste sea un suelo blando, arcilloso, porque favorece la utilización de Top-Down. Con el Top-Down se coloca la primera loza a nivel de suelo y a partir de allí se va excavando y construyendo cada nivel de sótano de arriba hacia abajo. Para este sistema se colocan vigas de acero en el subsuelo que son embebidas con concreto, formando pilotes que servirán para la cimentación de la estructura. Estas columnas se unen con muros de concreto para crear una "caja" subterránea que será excavada para formar el sótano uno. Una vez concluido el sótano se comienza a excavar hacia abajo la cantidad de sótanos que hayan sido diseñados para el edificio, con la ventaja de que la excavación hacia abajo permite ir construyendo al mismo tiempo la súper estructura.3 6.1.2. PROCESO CONSTRUCTIVO CON EL MÉTODO TOP-DOWN La construcción de los sótanos por medio de este método, tiene una serie de pasos, los cuales son importantes tenerlos en cuenta para obtener los rendimientos tanto en tiempo como en dinero esperados y no acarrear en costos adicionales. 1) Excavación para construcción losa de planta baja Figura 1. Excavación losa de planta baja Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 3 SOLIS, Andrés (2013): “En el DF también construyen al revés las torres”, Revista Obras (web). 16 2) Construcción de losa aligerada planta baja (vigas descolgadas, losetas muñones), dejando las ventanas de excavación correspondientes para cada área. Figura 2. Construcción losa de planta baja Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 3) Excavación por debajo de losa de planta baja. Figura 3. Excavación por debajo de la losa de planta baja Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 4) Construcción losa aligerada sótano 1 (vigas descolgadas, losetas muñones) y columnas. dejando las ventanas de excavación correspondientes para cada área. 17 Figura 4. Construcción losa sotano1 Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 5) Excavación por debajo de losa de sótano 1. Figura 5. Excavación sótano 2 Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 6) Construcción losa de cimentación sótano 2 (dados, vigas descolgadas, placa). 18 Figura 6. Construcción losa de cimentación sótano 2 Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 7) Construcción muros de puntos fijos, rampas, etc. 8) Cierre de ventanas en cada una de las áreas en Sótano 1 y planta baja Figura 7. Cierre de ventanas sótano 1 y planta baja Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 6.2. MÉTODO SPRINGSOL PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS EN FRANCIA Este método fue diseñado, controlado y ajustado en Francia por Soletanche Bachy junto con otros entes reguladores. Este es un método utilizado para la estabilización y mejoramientos del suelo, en donde este es mezclado con un material aglutinante para aumentar así su resistencia. Esta mezcla se puede hacer en presencia de estructuras sin que se produzca algún tipo de daño. 19 Esta mezcla del suelo con material se hace por medio de una perforación, en la cual se coloca una camisa que lleva por dentro la pieza llamada SPRINGSOL. Figura 8. SPRINGSOL, pieza utilizada para la excavación y mezcla del suelo con el material. Tomado de: SPRINGSOL SOll MIXING AVEC OUTIL OUVRANT Esta pieza es utilizada para realizar la excavación como se muestra en la figura 9, y por medio de la cual se hace la mezcla del suelo con el material aglutinante. Figura 9. Proceso de perforación Tomado de: SPRINGSOL SOll MIXING AVEC OUTIL OUVRANT El SPRINGSOL tiene una dimensión cerrada de 16 cm y abierto puede tener un diámetro de 40 y 60 cm. 20 Generalmente esta técnica se usa para: Hacer mejoramiento de suelos. Apuntalamiento de suelos. Pequeños muro de contención temporal. Tratamiento de suelos contaminados Figura 10. Tipos de uso del SPRINGSOL Tomado de: SPRINGSOL SOll MIXING AVEC OUTIL OUVRANT 6.3. ANCLAJES SPRINGSOL PARA LA ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS BLANDOS Este tipo de anclajes es desarrollado por Soletanche Bachy Cimas, tomando como base la utilización de la herramienta SPRINSOL patentada en Francia, para la construcción del bulbo de los anclajes en mención. La construcción de este tipo de anclajes hace parte de la propuesta alternativa para la construcción de sótanos en la ciudad de Bogotá. La principal dificultad a la hora de concebir un anclaje para los suelos blandos de Bogotá, nace de la poca capacidad que tienen estos suelos para soportar cargas a fricción. Eso implica que para llegar a generar una gran carga se necesitaría un 21 bulbo perforado e inyectado con un diámetro de dimensiones bastante considerables, haciendo estas soluciónes desde el punto de vista económico muy poco viables. De esta forma, el objetivo es crear dicho bulbo con la técnica conocida como SPRINGSOL. Figura 11. Anclaje SPRINGSOL Tomado de: Nota técnica SBC (Anclajes para suelos arcillosos blandos “Tipo SPRINGSOL”) 6.3.1. SECUENCIA DE EJECUCION DEL ANCLAJE SPRINGSOL Esta es la métodología de construcción del anclaje SPRINGSOL. 1) Preparación del anclaje: Todos los elementos que van a formar parte de la estructura del anclaje. Especial atención a la posición de estos elementos dentro del tubo guía. 2) Instalación de elemento de reacción: Se instalan las tablestacas como elementos de reacción con un agujero que permita el paso de la camisa metálica. 22 3) Colocación de la camisa metálica: Se instala una camisa metálica, de 8” de diámetro, entre la plataforma de trabajo y la cabeza de la futura columna de suelo-cemento. Esto se usa para mantener cerrada la herramienta la zona donde no se hará la columna. Se puede reemplazar la camisa por una perforación en estructuras de concreto. Figura 12. Colocación de la camisa metálica Tomado de: Nota técnica SBC (Anclajes para suelos arcillosos blandos “Tipo SPRINGSOL”) 4) Posicionamiento herramienta: La herramienta de perforación es introducida en su posición cerrada dentro de la camisa metálica y avanza hasta donde esta 23 Figura 13. Colocación de la camisa metálica Tomado de: Nota técnica SBC (Anclajes para suelos arcillosos blandos “Tipo SPRINGSOL”) 5) Inicio de la perforación: Una vez fuera de la camisa, la herramienta se abre en el suelo. La perforación en el diámetro aplicado se realiza hasta la parte inferior de la columna. Figura 14. Inicio de la perforación con la herramienta SPRINGSOL. Tomado de: Nota técnica SBC (Anclajes para suelos arcillosos blandos “Tipo SPRINGSOL”) 24 6) Retiro de la herramienta e instalación de tubería: Se retira la herramienta una vez la perforación de la columna ha sido terminada y se instala tubería, para inyección de mortero, qué estará conectada a bomba tipo putzmeister. 7) Inyección de mortero, sustitución y creación del bulbo: Se inyecta mortero con la tubería de perforación. La herramienta se va subiendo del nivel del fondo de excavación a medida que se vayan aumentando volúmenes de mortero previamente establecidos. Una vez se complete el volumen de lechada deseado se retira tubería. 8) Colocación del anclaje: Se procede inmediatamente a insertar el anclaje dentro del bulbo vertido previamente con mortero. Posteriormente se retira la camisa metálica. Figura 15. Colocación del anclaje dentro del bulbo. Tomado de: Nota técnica SBC (Anclajes para suelos arcillosos blandos “Tipo SPRINGSOL”) 9) Tensionamiento del anclaje: Se procede a realizar el respectivo tensionamiento de los torones del anclaje. Importante tener en cuenta el tiempo en el que el bulbo se endurece y adquiere la resistencia suficiente para soportar la carga del tensionamiento. Este tema se debe definir en detalle, una vez se hagan los ensayos de prueba. 25 Figura 16. Tensionamiento del anclaje Tomado de: Nota técnica SBC (Anclajes para suelos arcillosos blandos “Tipo SPRINGSOL”) 6.4. CREEP DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS El creep es la deformación plástica bajo carga constante que sufre el anclaje, como consecuencia de la fluencia de la interfaz entre el terreno y el bulbo. El parámetro que registra el creep en un ensayo se denomina Ks. Ecuación 1. Calculo de la deformación plástica (Creep) Donde ᵹ1 y ᵹ2 son los desplazamientos medidos en la cabeza del anclaje para los tiempos t1 y t2 respectivamente. Todos los anclajes fluyen. Sin embargo, los anclajes definitivos tienden a estabilizar esta deformación diferida en valores de Ks del orden de 1 mm/modulo. El creep es el elemento fundamental que permite medir el comportamiento y confiabilidad de un anclaje activo. Para la determinación del creep se mide el desplazamiento de la cabeza de los anclajes con una precisión no menor a 0.01mm, 26 bajo una carga mantenida durante un tiempo prefijado. El creep admisible depende del tipo de anclaje “provisorio o definitivo”. Normas como la UNE-EN 1537, TA-95, DIN-4125 y PTI, establecen criterios similares pero con variaciones, fruto de la experiencia obtenida en diferentes lugares. Los anclajes provisorios suelen admitir valores de creep, Ks, del orden de 1.5 mm a 1.8 mm/módulo. En la Figura 17 a manera de ejemplo, se muestran registros de algunos ensayos de creep realizados. Se puede apreciar el comportamiento lineal de creep vs carga hasta un valor de Ks de 1 mm/módulo. En la Figura 18 se muestra un esquema de la evolución y aparición de fisuras en el suelo a medida que aumentan los estados de creep indicados en la Figura 17. Figura 17. Valor de creep para diferentes ensayos de carga. Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica. Figura 18. Cambios en la estructura del suelo circundante al bulbo durante los estados de creep Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica. Un creep de falla no es un valor habitual a definir, sino que se limita a valores menores, pero como dato indicativo se puede decir que cuando Ks supera los 2 mm/módulo comienza el proceso de falla. A medida que Ks aumenta a 3, 4 y 5 mm/módulo, la falla se acelera y el anclaje no es capaz de tomar mayores escalones de carga, por lo que cualquier aumento de carga por más mínimo que sea, produce un deslizamiento. En la figura 19 mostrada a continuación se observa el 27 comportamiento del creep (Ks) vs el tiempo y los estados del suelo vs el creep a medida que el tiempo aumenta.4 Figura 19. Creep vs tiempo y estados del suelo vs Creep Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica. 6.4.1. ENSAYOS DE INVESTIGACION, CONTROL Y ACEPTACION Las diferentes normativas indican tres tipos de ensayos: investigación (ruptura), control y aceptación. La cantidad de anclajes que son sometidos a pruebas, en relación al total construido, varía de acuerdo al tipo de ensayo, en el caso de ensayos de control, corresponde un porcentaje que se ubica en el rango del 2% al 5%, mientras que para los ensayos de aceptación se exigen valores desde el 88% hasta el 95%. ENSAYOS DE INVESTIGACION Los ensayos de investigación, también conocidos como ensayos de ruptura, tienen por objeto comprobar el comportamiento de un anclaje de servicio hasta la carga máxima que pueda soportar antes de la falla. Se define la carga límite (CL) al estado en el cual, el anclaje se desliza con un pequeño incremento de carga. Suele ser necesario incluir armaduras adicionales para poder llegar a la ruptura. En este tipo de ensayo, habitualmente se llega mediante escalones uniformes (Figura 20) y crecientes hasta cargas del orden del 200% de la carga de servicio (CS), sin sobrepasar el 90% de la carga que experimentará el bulbo, cuando la armadura alcance el límite elástico (para la carga Tp) figura 21. En cada escalón de carga se debe monitorear la evolución del creep (Figura 22). 4 A. A. LOPEZ y A. KERGUELEN A (2016): “Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica”. Argentina. 28 Figura 20. Escalones del ensayo de investigación Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica. Figura 21. Ejemplo de curvas de fluencia. Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica. Figura 22. Análisis de Creep Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica. 29 ENSAYOS DE CONTROL Son los ensayos que se realizan sobre anclajes de servicio elegidos al azar, donde se ejecuta una prueba de carga hasta una carga del orden del 115 % al 130% de la Carga de Servicio (CS), opcionalmente y según normativas puede llegar a valores de hasta 150% de CS. El objetivo es validar las condiciones de diseño de una determinada línea de anclaje o bien zonas con distintos suelos en una misma obra. El anclaje se somete a una serie de escalones de hasta una hora de duración, mediante cargas crecientes y se realiza la medición de creep en cada escalón en al menos 5 puntos durante la hora de ensayo. La variación del creep de cada escalón en función del logaritmo del tiempo presenta la particularidad de medir la velocidad de fluencia, que debe ser constante y menor a 1 mm/modulo para anclajes definitivos y 1.5 mm/modulo para provisorios. Figura 23. Ensayo de control Tomado de: Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica. ENSAYOS DE ACEPTACION Es fundamental y determinante efectuar la medición del creep en el escalón máximo de ensayo para garantizar la vida útil del anclaje. A través del método del ciclo de histéresis de carga o “Método del ciclo” se puede evaluar el comportamiento a la hora de bloquear un anclaje.5 5 A. A. LOPEZ y A. KERGUELEN A (2016): “Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica”. Argentina. 30 6.4.2. PROBLEMAS DE ANCLAJES EN SUELOS BLANDOS POR CREEP Los bulbos de anclaje colocados en suelos arcillosos o blandos han tenido con frecuencia problemas de capacidad a largo plazo. Se debe esperar comportamiento no satisfactorio de los bulbos en suelos cohesivos con resistencia a la compresión inconfinada menor de 96 kPa y resistencias remoldeadas menores de 48 kPa. En estos suelos se debe esperar comportamiento de fatiga (“creep”). La longitud del bulbo y el diámetro de este, son factores claves que pueden incidir de manera positiva o negativa en la deformación plástica que pueda llegar a tener el anclaje. En suelos blandos o sueltos se requieren grandes longitudes o diámetros de bulbo. Para que no se presenten problemas en el bulbo del anclaje se deben garantizar resistencias en el suelo superiores a las indicadas en el párrafo anterior, y que tengan un índice de consistencia superior a 0.8. Ecuación 2. Calculo de índice de consistencia del suelo. Dónde: WL= Límite líquido W= Contenido de humedad natural WP= Límite plástico Si se requiere colocar bulbos de anclaje en suelos cohesivos o en suelos granulares con N menor de 10, se recomienda realizar ensayos para evaluar la capacidad de carga a largo plazo de las anclas.6 6.5. MODOS DE FALLA DE LOS ANCLAJES Hay varios mecanismos posibles de falla de los muros anclados. Estas fallas comúnmente son causadas por exceso de carga sobre un ancla. Las cargas de exceso pueden estar relacionadas con la carga de pre tensionamiento, la secuencia 6 A. A. LOPEZ y A. KERGUELEN A (2016): “Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica”. Argentina. 31 de excavaciones, las fuerzas del agua y fuerzas sísmicas, entre otras. Los mecanismos de falla pueden involucrar los tendones, la masa de suelo, el bulbo o las estructuras superficiales. Los principales tipos de falla son los siguientes: Falla del acero del tendón. Al colocarle la carga de tensionamiento el acero del tendón recibe esfuerzos de tensión. Si la carga aplicada es mayor que la capacidad estructural del tendón, ocurre la falla. Para evitar esto se recomienda que la carga de diseño sobre el tendón no exceda el 60% de la resistencia última del tendón. Falla de la masa del suelo. Esta falla es debida a la capacidad de soporte del suelo superficial. Si al colocarle la carga de pre tensionamiento, ésta supera la capacidad de soporte del suelo lateral, se produce un movimiento del suelo hacia arriba. Esto ocurre especialmente en las anclas más sub superficiales. Así mismo, se recomienda que la primera hilera de anclajes de arriba hacia abajo se encuentre suficientemente profunda para que la resistencia pasiva del suelo evite la falla. Falla de la unión entre el bulbo y el suelo. Los anclajes movilizan una fuerza perimetral entre el bulbo y el suelo. La resistencia de esta interface depende de la presión normal, de la fricción y cohesión en el perímetro del bulbo. En los anclajes acampanados se desarrolla adicionalmente una resistencia relacionada con el acampanamiento. Para aumentar la resistencia entre el bulbo y el suelo se acostumbra a aumentar el diámetro del bulbo o su longitud. Sin embargo, la experiencia muestra que el efecto de aumento de resistencia no ocurre para bulbos con longitudes superiores a 9 o 12 metros (Sabatini y otros, 1999). Falla entre el tendón y la lechada. El mecanismo de falla de la unión entre el tendón y la lechada incluye problemas de adherencia, fricción e integración mecánica entre el acero del cable o varilla y la lechada. La norma ASTM A981 presenta un método estándar para evaluar la unión entre el tendón y la lechada. 32 Falla de la estructura superficial. La estructura superficial puede fallar por punzonamiento o por exceso de esfuerzos de flexión o de cortante. 7 Figura 24. Falla por extracción del ancla Tomado de: Libro “Deslizamientos: técnicas de remediación”. JAIME SUAREZ 7 SUAREZ DÍAZ, Jaime (2009): “Deslizamientos: Técnicas de remediación” Bucaramanga: U. industrial de Santander. 33 7. 7.1. ESTADO DEL ARTE PROYECTOS TOP-DOWN REALIZADOS POR SOLETANCHE En Bogotá el método Top-Down está siendo bastante utilizado, debido a las condiciones que el suelo presenta en esta ciudad, permitiendo la ejecución de proyectos de arriba hacia abajo. 7.1.1. PROYECTO PLAZA CLARO (TOP-DOWN SOTANOS) La empresa Soletanche Bachy Cimas es una de las que ha implementado este método en algunas construcciones en la ciudad de Bogotá, como por ejemplo el proyecto plaza claro en el cual se realizó la construcción de 4 sótanos utilizando este método, como se observa en la figura 25. Figura 25. Proyecto plaza claro Bogotá Tomado de: Presentación Plaza claro (Proceso constructivo) GEO y SBC Para la construcción de este proyecto se dejaron 4 ventanas, por medio de las cuales de hacia todo el proceso de excavación. Este proyecto presento grandes rendimientos no solo económicos sino en tiempo, permitiendo entregar la obra 4 meses antes de la fecha establecida. 34 7.1.2. PROYECTO HOTEL HILTON (TOP-DOWN SOTANOS) El proyecto hotel Hilton, es un Proyecto ubicado en corferias (actual zona de parqueaderos) en la ciudad de Bogotá. Este es un proyecto de 5000 m2 en el cual se va a construir un centro de convenciones de 5 pisos y un hotel de 18 pisos y va a contar con dos sótanos para parqueaderos. Figura 26. Modelado Hotel Hilton Bogotá Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 7.2. PAISES DONDE SE HAN REALIZADO TRABAJOS CON EL SPRINGSOL Alrededor del mundo se han realizado varios trabajos con la herramienta SPRINGSOL para trabajos de estabilización de suelos, a continuación se muestran los países donde se han realizado estas mejoras. 7.2.1. PUERTO LLANO ESPAÑA 2010 Se realiza la mejora del suelo bajo un edificio existente: - Condiciones de espacio libre bajo: 4.00m Rellenos sueltos (arcillas rojas y gravas, N <10) Construcción de 2542 columnas SPRINGSOL Diámetro de las columnas SPRINGSOL de 400mm 6m de profundidad de las columnas 35 Figura 27. Columnas SPRINGSOL (España 2010) Tomado de: Presentación SPRINGSOL & SOIL MIXING COLUMNS Soletanche 7.2.2. SINGAPUR 2011 En Singapur se realiza la mejora del suelo para obras de túnel: - Columnas superpuestas para tratamiento masivo Bajo espacio libre Tipo de suelo: Arcilla marina (cu = 15 kPa) Construcción de 248 columnas sub-horizontales de SPRINGSOL debajo de una pared existente para obras mineras Diámetro: 600mm Longitud: 2m Construcción de 367 columnas verticales para la presión activa y reducción y estabilización vertical de excavaciones Diámetro: 600mm Profundidad: 5 a 13m Figura 28. Columnas SPRINGSOL (Singapur 2011) Tomado de: Presentación SPRINGSOL & SOIL MIXING COLUMNS Soletanche 36 7.2.3. BILBAO ESPAÑA 2011 En Bilbao se realizó la mejora del suelo a través de la losa existente: - Tipo de suelo: Arenas sueltas Construcción de 174 columnas SPRINGSOL Diámetro: 400mm Profundidad: 6m por debajo de la losa Figura 29. Columnas SPRINGSOL (Bilbao 2011) Tomado de: Presentación SPRINGSOL & SOIL MIXING COLUMNS Soletanche 7.2.4. PARIS FRANCIA 2013 Se realiza mejora del suelo para el almacenamiento de cemento: - Bajo espacio libre: 7m por debajo de la carretera Condiciones del suelo : Rellenos de 0-2m, Arcilla arenosa de 2-4m y Arena arcillosa de 4-8m Lámina de agua subterránea a 5m de profundidad Contaminación: Plomo: hasta 1000 mg / kg Arsénico: hasta 41 mg / kg Sulfatos: hasta 17.000 mg / kg Carbón orgánico total: hasta 230.000 mg / kg Construcción de 201 columnas SPRINGSOL Herramienta de diámetro fijo ø400mm Profundidad: 8,5 m Patrón cuadrado 2.7m x 2.7m Alcanzado UCS = 3MPa 37 Figura 30. Columnas SPRINGSOL (Paris 2013) Tomado de: Presentación SPRINGSOL & SOIL MIXING COLUMNS Soletanche 7.3. OBRAS REALIZADAS EN BOGOTÁ HACIENDO USO DE ANCLAJES El sistema de muros anclados o sistemas de contención usando anclajes, bien sea activos o pasivos, no es nuevo en este medio, no son muchos los casos o construcciones que hayan utilizado estos sistemas de contención en Bogotá y muestren el proceso constructivo. A continuación se mostrarán a manera de ejemplo algunas obras en las cuales se ha considerado la solución de los anclajes como la mejor alternativa técnica y económica para la construcción de muros pantalla. Los anclajes se pueden construir a través de las pantallas, cuando se han construido muros in situ y en estos casos se van construyendo a media que avanza la excavación, o se pueden construir en forma simultánea con la construcción de los muros ya sea que estas sean en concreto proyectado o con formaleta. A continuación se dan dos ejemples de construcciones en las cuales se implementaron anclajes: 38 7.3.1. EDIFICIO ALTOS DEL VIENTO Es un edificio ubicado en la transversal 1ra con calle 69 de la ciudad de Bogotá, este es de 14 pisos de altura. El suelo bajo el cual está ubicada la estructura es arcilla multicolor con algunas intercalaciones de arenisca de consistencia dura. Debido a la necesidad de realizar cortes de gran altura (18 mts) y la presencia de casa en la parte superior del talud se diseña un muro inclinado de 30 cms de espesor soportado por anclajes permanentes de 40 Toneladas de capacidad y con longitud variable de 24 mts en la parte superior y 12 mts en la parte inferior. Se resolvió construir el muro utilizando concreto proyectado vía húmeda el cual dio magníficos resultados desde el punto de vista operativo para permitir modelar el muro de acuerdo a la excavación permitiendo obtener un mayor rendimiento, pues se logra tener el muro y anclajes un mes antes de lo previsto. Este tipo de obra permite tener una zona de trabajo más amplia y libre de todo obstáculo y por consiguiente mayor rendimiento en la construcción de la estructura. Figura 31. Edificio altos del viento. Tomado de: Google maps 39 7.3.2. EDIFICIO MONTE ROSA Este edificio está ubicado en la Avenida 9na entre calles 5 y 6 de la ciudad de Cali y contempla la construcción dos sótanos para parqueaderos y 13 pisos de altura. El estudio de suelos inicial indicaba la presión en la capa superior de los suelos residuales procedentes de la meteorización de areniscas y arcillolita depositados durante el periodo terciario y en la parte inferior sedimentaria, sin presencia de nivel freático. Se resolvió hacer la excavación dejando un talud en la parte que esta contra el cerro. La construcción de los muros fue muy dispendiosa por la dificultad de armar y formaletear el muro sin que la masa de suelo se moviera y que una vez fundido y alcanzado una resistencia del 70% de la de diseño se procedió a tensionar el anclaje al 50% de su capacidad y una vez terminado cada uno de los tramos se hacia el tensionamiento final. 7.3.3. EDIFICIO CRA 7MA CON CALLE 72 (CUELLAR SERRANO GOMEZ) La experiencia de construcción de este proyecto no es tan buena, debido a que por un mal diseño de los anclajes que sostenían los muros pantallas, una de estas fallo y causo una catástrofe. El 09 de mayo de 1994 a las dos de la tarde, se desplomó parte de la calzada de la avenida 72, lo que les costó la vida a cuatro personas. Un informe reciente de la Contraloría Distrital señala que el derrumbe le generó al Distrito una pérdida de 1.219 millones de pesos. Cada vez que se inicia la construcción de un edificio, en la excavación se debe hacer un muro de contención, cuyo propósito es evitar que se caigan las edificaciones, las vías o la tierra que hay alrededor. Antes de la construcción del muro, se debe realizar un estudio de suelos para que se tenga claramente definido qué tensión debe soportar el muro teniendo en cuenta la calidad del suelo de la zona. En el caso de la 72, la firma que adelantó el estudio fue Ingenieros Consultores Víctor Romero y Cía Ltda. Según el informe de la Sociedad, el muro se construyó para un suelo homogéneo y seco, y ahí está el problema porque lo que se encontró 40 es que el suelo a partir de los 11 metros de profundidad es predominantemente arcilloso, es decir, que es menos rígido. Por lo tanto, la presión que ejerce sobre el muro de contención es aún mayor, es decir un suelo seco no empuja tanto como uno arcilloso. Esa característica -la de ser arcilloso- se mantiene hasta los 18 metros de profundidad, que es donde comenzó el derrumbe. Para explicar cómo se inició el derrumbe hay que tener en cuenta que con el fin de que el muro se sostenga en pie se utilizan unos elementos que se denominan anclajes. Son varas de hierro que se amarran con cemento a la tierra con el propósito de sostener el muro. Si es cerca de la superficie (en este caso a la avenida) el anclaje tiene una longitud mucho mayor, pero a los 18 metros de profundidad su longitud es menor porque se supone que los de arriba son los que están sosteniendo el mayor peso. Y fue justamente, en el tensor de abajo en donde se registró la falla. La sociedad dice: los bulbos del anclaje de los tensores del cuarto nivel no resistieron los empujes y se inició un proceso de deformación excesiva del conjunto. Como la presión aumenta, la tierra comienza a empujar el muro en la parte de abajo, donde se encuentra la berma de fondo, cuya función no es la de resistir esas presiones. Lentamente, la berma comienza a ceder y al ocurrir eso, la parte superior del talud se desploma y es cuando cae parte de la calle 72. Dice la Sociedad que al desplazarse el muro se rompieron los ductos y tuberías de servicios ubicados por encima de los tensores del nivel superior. De esa manera, la Sociedad desvirtúa la posibilidad de que una filtración de agua haya sido la causante de que el muro se cayera. La Sociedad concluye su informe diciendo: de los estudios realizados por la Comisión se llega a la conclusión que la causa principal de la falla del talud consistió en que la capacidad prevista para el sistema de contención construido fue insuficiente para resistir los empujes generados por los materiales predominantemente arcillosos existentes . 8 8 REDACCION EL TIEMPO (10 de mayo del 1994). Muro de la 72 no soporto la presión. Periódico el Tiempo. Archivo digital. Disponi ble en: http://www.eltiempo.com/archivo/documento/MAM-230671 41 8. MÉTODOLOGIA La métodología a utilizar será una métodología de tipo experimental donde se buscara demostrar y/o verificar la siguiente hipótesis: - ¿La alternativa propuesta para optimizar la construcción de sótanos en la ciudad de Bogotá con el método SPRINGSOL (Con anclajes especiales) es viable técnicamente, más económica y genera mayores rendimientos en el tiempo de ejecución del proyecto que el método TopDown (Con perfiles pre-cimentados, vigas y puntales)? Para el desarrollo del presente trabajo se va a utilizar como referencia el proyecto Hotel Hilton ubicado en corferias en la ciudad de Bogotá, ejecutado por Soletanche Bachy Cimas S.A. La métodología a seguir para realizar el presente trabajo consiste en los siguientes puntos: 1) Visita al proyecto Hotel Hilton para el reconocimiento del mismo, y conocer por parte del director de obra los aspectos más relevantes que se tuvieron en cuenta para la correcta ejecución de este. 2) Recolectar toda la información necesaria del proyecto Hotel Hilton en cuanto a cronograma, presupuesto, planos, proceso constructivo, etc., la cual se va a tomar como base para el desarrollo del presente trabajo. 3) Realizar el análisis técnico, en cuanto a costos y rendimiento en tiempo, de la construcción de los sótanos del proyecto Hotel Hilton realizada con el método Top-Down. 4) Evaluar el diseño de los anclajes SPRINGSOL para proyectos típicos de la sabana de Bogotá. 5) Realizar una evaluación de las pruebas ya ejecutadas a los anclajes SPRINGSOL. 42 6) Realizar el análisis técnico, en cuanto a costos y rendimiento en tiempo, de la construcción de los sótanos del proyecto Hotel Hilton utilizando la alternativa propuesta, la cual consiste en realizar una excavación a cielo abierto considerando el uso de los anclajes SPRINGSOL. 7) Realizar la evaluación de las eventuales pruebas complementarias que se puedan realizar a los anclajes SPRINGSOL. 8) Presentar el informe final en donde se evidencie de forma concreta, utilizando una unidad de medida, la comparación en cuanto a costos y tiempos de ejecución, de la solución propuesta con el método SPRINGSOL y el método Top-Down utilizado en el proyecto Hotel Hilton. 43 9. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 9.1. ANÁLISIS SOLUCIÓN BASE VS SOLUCIÓN TOP-DOWN PROYECTO HOTEL HILTON Inicialmente el proyecto Hotel Hilton se iba a construir con una propuesta convencional con viga anillo y pilotes constructivos, dejando 5 ventanas como se muestra en la figura 32. Figura 32. Propuesta inicial Top-Down proyecto Hotel Hilton Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC Esta propuesta se revaluó debido a los siguientes factores: - Pilotes constructivos, lo cual se traduce en mayores tiempos por actividades adicionales (construcción, demolición, etc.) - La excavación a segundo sótano se realizaría por etapas controladas lo cual implicaría mayores tiempos de excavación. - Se necesita de Vigas andén, cartelas, puntales temporales, elementos adicionales para amarrar los pilotes constructivos. 44 - El Área de excavación bajo placa es muy limitada, debido a la gran cantidad de pilotes constructivos (48 elementos). - Ventanas de excavación de gran área lo que dificulta la logística de la obra y hace más costoso el cierre posterior de las mismas. - La plataforma de trabajo como se muestra en la figura 32, no permite una correcta logística para llevar a cabo los trabajos debido a que no se cuenta con el espacio suficiente para el tránsito de equipos y acopio de materiales. - Esta propuesta contemplaba la construcción elementos perimetrales de espesores variables como se muestra en el plano E-105 (Anexo1), E-106 (Anexo 2) y E-107 (Anexo 3): pantallas e= 0.50 m y 0.6 m y barretes de un e = 0.60 m. No hay uniformidad en las dimensiones de los elementos. Con base a todos estos factores que tienen gran incidencia tanto en tiempo como económicamente al momento de ejecutar el proyecto, se estableció un nuevo diseño Top-Down que reemplaza el diseño base mostrado anteriormente. En la figura 33 se muestra como quedo establecida la distribución de las ventanas y sus tamaños para la ejecución de los sótanos del proyecto Hotel Hilton, en donde se incluyeron puntales estructurales y perfiles pre-cimentados en las columnas. Figura 33. Propuesta final Top-Down proyecto Hotel Hilton Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 45 Este diseño top-Down, tiene las siguientes características: 1) Se eliminan los pilotes constructivos, lo cual genera las siguientes ventajas para el proyecto: Son 48 pilotes constructivos según plano E-02 (Anexo 4), que cuantifican un ahorro en materiales de: 831 m3 de concreto, 831 m3 de retiro de material de excavación y 36 Toneladas de acero, según como se muestra en la tabla 1, teniendo en cuenta las dimensiones contempladas en el plano E-102 (Anexo 5). Tabla 1. Cantidad pilotes constructivos que se eliminan PILOTES CONSTRUCTIVOS TIPO DE PILOTE ø (m)) PILOTES CONSTRUCTIVOS 0.7 NIVEL LONGITUD NIVEL SUPERIOR CANTIDAD INFERIOR DE EFECTIVA DE EXCAVACION DE PILOTES EXCAVACION (m) (m) (m) 45 48 -0.05 -45.05 NIVEL VOLUMEN DE SUPERIOR DE CONCRETO POR FUNDIDA (m) PILOTE (m3) -0.05 17 VOLUMEN TOTAL KG DE TOTAL DE KG DE ACERO ACERO CONCRETO POR PILOTE PILOTES PILOTES (m3) 831 748 35890 Se ahorra en el tiempo de proceso de excavación, demolición y se ahorra en los costos asociados a estas actividades. Las áreas de excavación son mayores, optimizando los tiempos al poder retirar mayor cantidad de material comparado con la propuesta básica. Los diseños de Planta Baja (PB) y Sótano 1 (S1) se uniformizan. 2) Uso de perfiles pre-cimentados en las zonas de columnas definitivas de la estructura. Lo cual genera: Una reducción en los pilotes definitivos, debido a que estos se pueden reorganizar permitiendo que algunos de pilotes puedan hacerse cuando se llegue a la cota de la cimentación y no hay necesidad de que los pilotes lleguen a la cota de planta baja, puesto que los perfiles metálicos van desde la cimentación hasta la cota superior del terreno sosteniendo la losa, como se muestra en los planos E-101 (Anexo 6), E-102 (Anexo 7), E-103 (Anexo 8) y E-104 (Anexo 9). 46 Figura 34. Perfiles pre cimentados en columnas definitivas Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC Teniendo en cuenta lo anterior los pilotes definitivos se reducen de 254 a 199, en donde se genera un ahorro en concreto y acero el cual se ve reflejado en la tabla 2: Tabla 2. Disminución de pilotes definitivos solución top-Down vs Solución base SOLUCIÓN BASE PILOTES TOTALES M3 DE CONCRETO TOTAL PILOTES KG DE ACERO TOTAL PILOTES SOLUCIÓN TOP-DOWN 254 6354 213653 PILOTES TOTALES M3 DE CONCRETO TOTAL PILOTES KG DE ACERO TOTAL PILOTES PERFILES PRECIMENTADOS AHORRO EN CONCRETO (M3) 448 AHORRO EN ACERO (KG) 23423 47 199 5906 190230 45 Los anteriores datos son tomados del cuadro de cantidades realizado (Anexo 10), en donde se establece el número de pilotes para cada solución y la cantidad de acero y concreto que se consume para cada tipo de pilote según los respectivos planos. 3) Se reduce el tamaño de las ventanas de excavación para facilitar la logística de la obra, con esto se mejora: Las zonas de acopio de material y zonas de oficinas. El tránsito de maquinaria pesada y de volquetas para extracción del material de excavación. El movimiento de frentes de trabajo y maquinaria, de forma más segura y eficiente. Figura 35. Plataforma de trabajo, losa planta baja Top-Down Tomado de: Presentación Hotel Hilton (Proceso constructivo) GEO y SBC 4) El cierre de las ventanas de excavación es más eficiente y económico dado que se funde desde el inicio un 85% de las placas de PB y S1, lo que significa que se agilizaría el proceso de cierre debido a que hay que pedir menos concreto, menos acero, menos formaletas y demás consumibles para esta actividad. 5) Los espesores de las pantallas y barretes quedan con un espesor de 0.5 mts, esto garantiza la optimización en el procesos al tener uniformidad del diseño. 48 Al tener uniformidad en los espesores de las pantallas y los barretes se genera un ahorro en concreto de 631.7 m3, como se muestra en la tabla 3. Tabla 3. Ahorro en concreto al tener uniformidad en pantallas SOLUCIÓN BASE SOLUCIÓN TOP-DOWN M3 DE CONCRETO TOTAL MUROS PANTALLA 2010 M3 DE CONCRETO TOTAL MUROS PANTALLA 1932.5 M3 DE CONCRETO TOTAL BARRETES 3553.2 M3 DE CONCRETO TOTAL BARRETES 2999 AHORRO DE CONCRETO (M3) 631.7 Teniendo en cuenta lo mencionado anteriormente, pasar de la solución base a la solución top-Down género un ahorro en dinero el cual se refleja en la tabla 4 mostrada a continuación: Tabla 4. Ahorro total en materiales y dinero solución Top-Down vs Solución base AHORRO EN DINERO MÉTODO BASE VS MÉTODO TOP-DOWN CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA 1910.7 COP 349,000 COP 666,834,300 59423 COP 2,100 COP 124,788,300 PERFILES PRECIMENTADOS -45 COP 11,371,977 -COP 511,738,965 RETIRO DE MATERIAL DE EXCAVACION (M3) 831 COP 36,000.00 COP 29,916,000.00 CONCRETO DE 4000 PSI (M3) ACERO (KG) AHORRO TOTAL COP 309,799,635 Es importante ver el ahorro en materiales de cimentación que ofrece pasar de la solución base a la solución top-Down con la cual se construyó el proyecto Hotel Hilton, ya que no solo se genera un ahorro en dinero de $ 309,799,635 (Trecientos nueve millones setecientos noventa y nueve mil seiscientos treinta y cinco pesos) sino también en el tiempo de construcción de este, factor cuyo enfoque se verá más 49 adelante cuando se compare el método Top-Down con el método a cielo abierto utilizando anclajes SPRINGSOL, el cual es el objetivo del presente trabajo. 9.2. ANÁLISIS SOLUCIÓN TOP-DOWN VS SOLUCIÓN A CIELO ABIERTO (MÉTODO SPRINGSOL) PROYECTO HOTEL HILTON En la sección anterior se hizo una pequeña comparación en la cual se determinó el ahorro en materiales y posteriormente en dinero al pasar de una solución base de construcción a una solución top-Down. A continuación se mostrará una comparación más detallada de la construcción de la cimentación del proyecto hotel Hilton cuyo objetivo es comparar el método top-Down con un método alternativo a cielo abierto considerando el uso de anclajes SPRINGSOL (Enfoque del presente trabajo), en donde se tendrán en cuenta los costos relacionados con cada método, el tiempo bajo el cual se ejecutan ciertas actividades con cada uno de estos y una comparación desde el punto de vista técnico. 9.2.1. ANÁLISIS ECONOMICO A continuación se muestra una tabla comparativa en donde de manera general se compara el método top-Down con el método SPRINGSOL a cielo abierto, a la cual se le hará el respectivo análisis. Tabla 5. Tabla comparativa Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL MÉTODO TOP-DOWN CIMENTACION MÉTODO SPRINGSOL Sistema de pilotes construidos desde Descripción planta baja con perfiles 1 técnica a para fase constructiva ejecutar desde plataforma de cimentación Sistema de pilotes construidos desde plataforma de cimentación. Pilotes: 11,580 ml, 7,070 m3 Cantidades 2 de excavación, principales 190,230 Kg de acero y 5,906 m3 de concreto Pilotes: 11,580 ml, 7,070 m3 de excavación, 190,230 Kg de acero y 5,906 m3 de concreto 50 Perfiles : 45 pza HEB3 340 90,450 kg de hierro Pantalla pre excavada Descripción tipo P1 y P2 4 técnica a (Prof Max 16.70 m) ejecutar con apoyo de losas en top Down 5 CONTENCION Y EXCAVACION 6 Cantidades principales 7 8 Pantalla + Barretes Tipo Pantalón : 9,863 m2 de perforación y 4,931.5 m3 de concreto Pantalla tipo P1 (Prof Max 15.0 m) Pantalla + Barretes Tipo Pantalón: 9,442 m2 de perforación y 4,721 m3 de concreto Anclajes 50Ton : 4700 ml Excavación : 2,291 m3 cielo abierto y 40,366 m3 bajo losa Plataformas de trabajos: Planta Baja con carga : 2ton/m2 Excavación : 42,657 m3 a cielo abierto Plataformas de trabajos: ninguna A continuación se procede a analizar cada uno de los puntos expuestos en la tabla anterior para dejar claras las ventajas que pueda presentar uno u otro método: En el punto # 1 de la tabla se establece la descripción técnica con la cual se va a ejecutar cada método. Como se mostró en el numeral 8.1 del presente trabajo, el método top-Down contempla la construcción de pilotes con perfiles pre cimentados algunos desde la cota de planta baja y otros desde la cota de cimentación, para el método SPRINGSOL la excavación de todos los pilotes se realizaría desde la cota de planta baja pero serán armados y fundidos hasta la cota de cimentación. En el punto # 2 de la tabla se establecen las cantidades de pilotes para cada método, las cuales son las mismas para cada uno. Donde se contempla la construcción de 199 pilotes, los cuales generan un gasto de 190,230 kg de acero, 5906 m3 de concreto y 7070 m3 de excavación, cantidades que son tomadas de la tabla de cantidades realizada (Anexo 10). 51 Teniendo en cuenta lo expuesto en el punto #1 y punto número #3 de la tabla se puede analizar que al construir todos los pilotes desde la cota de cimentación, para el método a cielo abierto no se necesitarían los perfiles pre cimentados que hacen parte del método top-Down. Estos perfiles serian el primer material de ahorro que se generaría al pasar del método top-Down al método SPRINGSOL, cuyo valor se cuantifica en la tabla 6 mostrada a continuación. Cuyas cantidades fueron tomadas del cuadro de cantidades métodos (Anexo 10). Tabla 6. Costo perfiles pre-cimentados COSTO PERFILES PRECIMENTADOS CANTIDAD (UND) PRECIO UNITARIO PERFILES PRECIMENTADOS AHORRO TOTAL 45 COP COP 11,124,760 511,738,960.00 El valor anterior para los perfiles fue tomado del presupuesto Hotel Hilton topDown (Anexo 11), el cual arroja un valor para estos de $ 511´738,960 (Quinientos once millones setecientos treinta y ocho mil novecientos sesenta pesos). En el punto # 4 de la tabla sé establece que las pantallas a construir para para el método top-Down tienen una profundidad de 16.7 mts y son de dos tipos P1 y P2, para el método SPRINGSOL las pantallas tienen una profundidad de 15 mts y son de un solo tipo (P1). En el punto # 5 de la tabla se establecen las cantidades de pantallas y barretes para cada método. Para el método Top-Down se contempla la construcción de 231.44 ml de pantallas a una profundidad de 16.7 mts las cuales como se dijo anteriormente son de dos tipos, estas generan un gasto de 212,580 kg de acero y 1932.5 m3 de concreto, se construían también 33 barretes los cuales generan un gasto de acero de 164,942 Kg de acero y 2999 m3 de concreto. Para el método Springsol se contempla la construcción de 231.44 ml de pantallas a una profundidad de 15 mts las cuales son de un solo tipo, generando un gasto de 172,178 Kg de acero y 1735.1 m3 de concreto y al igual que el método Top-Down se construirán 33 barretes, los cuales generan un gasto de acero de 164,942 Kg de acero y 2999 m3 de concreto. Estas cantidades que son tomadas del cuadro de cantidades (Anexo 10). 52 Al disminuir la profundidad de las pantallas y dejar un solo diseño de estas para el método Springsol, se genera un ahorro en materiales el cual se muestra en la tabla 7 a continuación: Tabla 7. Ahorro de materiales en pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL SOLUCIÓN TOP-DOWN SOLUCIÓN SPRINGSOL M3 DE CONCRETO TOTAL MUROS PANTALLA 1932.5 M3 DE CONCRETO TOTAL MUROS PANTALLA 1735.1 KG DE ACERO MUROS PANTALLA 212580 KG DE ACERO MUROS PANTALLA 172178 AHORRO EN CONCRETO (M3) 197.4 AHORRO ACERO (KG) 40402 Las cantidades anteriores se traducen en un ahorro en dinero de: Tabla 8. Ahorro en dinero pantallas y barretes Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL AHORRO EN MATERIALES MUROS PANTALLA MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA CONCRETO DE 4000 197.4 COP 349,000 COP 68,892,600 PSI (M3) ACERO (KG) 40402 COP 2,100 COP 84,844,200 AHORRO TOTAL COP 153,736,800 Según la tabla anterior son $ 153´736.800 (Ciento cincuenta y tres millones setecientos treinta y seis mil ochocientos pesos) de ahorro en concreto y acero al reducir la profundidad de las pantallas de 16,7 mts a 15 mts en el método Springsol. En el punto # 6 de la tabla se establece para el método SPRINGSOL el uso de anclajes, los cuales son contemplados solo para esta solución la cual es 53 a cielo abierto, representando un valor importante dentro del costo que tiene este método. En la tabla 9 se muestra el costo de los anclajes según las cantidades expuestas en el cuadro de cantidades métodos (Anexo 10) y teniendo como referencia el precio establecido en el presupuesto Hotel Hilton SPRINGSOL (Anexo 12). Tabla 9. Costo anclajes SPRINGSOL COSTO ANCLAJES SPRINGSOL CANTIDAD (ML) PRECIO UNITARIO ANCLAJES SPRINGSOL COSTO TOTAL 4700 COP COP 168,113.46 790,133,274.1 La excavación es una de las actividades que cambia sustancialmente cuando se compara para cada uno de los métodos tal como se muestra en el punto #7 de la tabla. En el método Top-Down la excavación es realizada bajo losa, el material es retirado por las respectivas ventanas y la maquinaria a utilizar es de un tamaño más reducido que si se hiciera la excavación a cielo abierto, por el contrario en el método SPRINGSOL toda la excavación es realizada a cielo abierto, en donde es necesaria la construcción de una rampa para realizar el retiro de material como se muestra en la figura 36. Figura 36. Excavación a cielo abierto proyecto CC villa del rio (Soletanche Bachy Cimas) Tomado de: Fuente propia 54 La rampa de excavación que se construiría tiene un costo de: Tabla 10. Costo rampa de excavación a cielo abierto COSTO RAMPA DE EXCAVACION A CIELO ABIERTO CANTIDAD PRECIO UNITARIO RAMPA DE EXCAVACION A 1 GLB COP 80´000,000 CIELO ABIERTO COP 80´000,000 COSTO TOTAL Realizar una excavación a cielo abierto es mucho más económico que realizar la excavación bajo losa, es por eso que esta es otra actividad en la cual se genera un ahorro cuando se compara el método Top-Down con el método Springsol. En las tablas a continuación se muestra el costo de la excavación para cada método y el ahorro en dinero que se genera según los precios establecidos en los presupuestos (Anexo 11 y 12). Tabla 11. Ahorro de dinero en excavación solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL AHORRO EN EXCAVACION MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA MÉTODO TOP-DOWN M3 DE EXCAVACION A CIELO ABIERTO M3 DE EXCAVACION BAJO LOSA 2291 COP 26,105 COP 59,806,555 40366 COP 31,740 COP 1281,216,840 MÉTODO SPRINGSOL M3 DE EXCAVACION A CIELO ABIERTO AHORRO TOTAL 42657 COP 26,105 COP 1113,560,985 COP 227,462,410 Al realizar toda la excavación a cielo abierto con el método SPRINGSOL se genera un ahorro de $ 227´462,410 (Doscientos veintisiete millones cuatrocientos sesenta y dos mil cuatrocientos diez pesos) en comparación con el método Top-Down. En el punto #8 se muestra que en el método SPRINGSOL al tener un excavación a cielo abierto no es necesaria la construcción de una plataforma de trabajo en concreto para el transito al interior del proyecto, como si lo es 55 en el método Top Down, en el cual es necesario adecuar el terreno para así poder llevar a cabo toda la logística con materiales y maquinaria para empezar el proceso bajo losa. Es por esto que se generaría un ahorro de 5 cm de peralte de losa lo cual se cuantifica en 234 m3 de concreto de 6000 psi, debido a que el área total del proyecto es de 4680 m2. Este ahorro reflejado en dinero se muestra en la tabla 11 a continuación: Tabla 12. Ahorro de dinero en plataforma solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL AHORRO EN PLATAFORMA MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL CANTIDAD PRECIO UNITARIO VALOR TOTAL SIN IVA CONCRETO DE 6000 234 COP 380,000 COP 88,920,000 PSI (M3) AHORRO TOTAL COP 88,920,000 Se genera un ahorro en dinero de $ 88´920,000 (Ochenta y ocho millones novecientos veinte mil pesos). Teniendo en cuenta todo el análisis realizado anteriormente y tomando los valores calculados tanto en ahorro de dinero en materiales y actividades como en costo de las actividades adicionales, se puede sacar un ahorro tentativo total al pasar del método Top-Down al método SPRINGSOL. Cabe aclarar que para el cálculo del ahorro se tomaron las actividades más relevantes y de mayor impacto que cada método tiene, así como los costos adicionales que genera cada método, es por esto que el cálculo es tentativo debido a que cada actividad tiene muchas otras actividades que la acompaña y no fueron tenidas en cuenta por dar simplicidad y mejor entendimiento al análisis realizado. A continuación en la tabla12 se condensan todos los valores calculados: Tabla 13. Ahorro tentativo Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL ITEM 1 2 AHORRO TENTATIVO MÉTODO TOP-DOWN VS MÉTODO SPRINGSOL CONCEPTO UM CANTIDAD PU Importe Ahorro perfiles UND 46 $ 11,124,760.00 $ 511,738,960.00 Metálicos a todo costo Ahorro por mayor rendimiento en la cimentación (Tabla 25) SEM 1 56 $ 95,257,900.54 $ 95,257,900.54 3 Ahorro en concreto pantallas Top-Down vs SPRINGSOL M3 197.4 $ 349,000.00 $ 68,892,600.00 4 Ahorro en acero pantallas Top-Down vs SPRINGSOL KG 40402 $ 2,100.00 $ 84,844,200.00 5 Anclajes a todo costo ML 4700 $ 6 Ahorro excavación a cielo abierto vs Bajo losa M3 40366 $ 7 Rampa excavación a cielo abierto GLB 1 8 9 Ahorro concreto losa PB método top-Down vs M3 método SPRINGSOL Ahorro semanas de servicios generales. Rendimientos tabla 25 SEM 234 2 AHORRO TENTATIVO EN MATERIALES Y ACTIVIDADES 168,113.46 -$ 790,133,274.09 5,635.00 $ 80,000,000.00 $ 380,000.00 $ 72,376,276.45 $ 227,462,410.00 -$ 80,000,000.00 $ 88,920,000.00 $ 144,752,552.9 $ 351,735,349 En total con los cálculos realizados anteriormente y cruzando los valores en cuento actividades entre un método y el otro, se deduce que realizar la construcción del proyecto Hotel Hilton con el método SPRINGSOL representaría un ahorro en dinero de $ 351´735,349 (Trecientos cincuenta y un millones setecientos treinta y cinco mil trecientos cuarenta y nueve pesos), valor que es representado solo para las actividades que representan una variación de un método a otro. 9.2.2. RENDIEMIENTO EN TIEMPO Terminar una obra en el tiempo previsto y prevenir el atraso en las actividades, es uno de los principales objetivos por parte de la dirección de la obra, es por esto que es necesario tener un excelente acople entre actividades y así en lo posible poder ejecutarlas en el tiempo previsto o menos. Como se vio en la sección anterior usar un método u otro representa determinados ahorros o gastos en dinero dependiendo sea el caso. En esta parte del trabajo se va a hacer una análisis por ciertas actividades (Cimentación y contención, excavación, construcción de losas y cierre de ventanas) y se va a determinar el ahorro en tiempo que se generaría al hacerlas con el método Top-Down o con el método SPRINGSOL y comparar los resultados, 57 teniendo en cuenta que el ahorro en tiempo de ejecución de estas actividades representa también un ahorro en dinero al terminarlas antes del tiempo previsto. 9.2.2.1. CONTENCION Y CIMENTACION La primera actividad con la que se compararan los rendimientos en tiempo es la de contención y cimentación, que contempla la construcción de los muros pantalla, barretes y pilotes. Para el caso de la construcción de muros pantalla y barretes, la empresa con el tiempo y con la experiencia que ha conseguido en la construcción de este tipo de elementos determino un rendimiento promedio de 12.2 m2 de pantalla o bárrete por hora y para la construcción de los pilotes se tiene establecido un rendimiento de 9.5 ml por hora, como está establecido en los respectivos presupuestos (Anexo 11 y 12). Con este dato se procede a calcular la duración en la ejecución de esta actividad, en cada uno de los métodos. MÉTODO TOP-DOWN En la tabla a continuación se calcula la duración para la construcción de los muros pantalla y los barretes con el método Top-Down, la cual se explicara enseguida: Tabla 14. Duración construcción de muros pantalla y barretes solución Top-Down DETERMINACION TIEMPO: Barretes y muro pantalla (m2) No. Turnos 9863 1.0 Rendimiento (m2/tur) 1.0 122 1.0 No. Maquinas 1.0 2.0 3.0 No. Días 85.8 40.4 26.9 No. Semanas 15.6 7.3 5.0 Solución propuesta 16 semanas La tabla anterior muestra lo siguiente: - - Son 9863 m2 de muros pantalla y barretes, según lo establecido en el cuadro de cantidades métodos (Anexo 10) Se establece un rendimiento por turno de 122 m2/turno, teniendo en cuenta que un turno son de 10 horas y que el rendimiento por hora es de 12,2 m2/hr. Para ejecutar la actividad se establecen 3 propuestas: con 1 maquina, con 2 máquinas o con 3 máquinas de excavación. 58 Teniendo en cuenta los datos anteriores se procede con el cálculo de la duración para ejecución de esta actividad, la cual arroja un tiempo aproximado de 16 semanas trabajando con una máquina. Para el caso de la construcción de los pilotes, en la tabla a continuación se calcula la duración: Tabla 15. Duración construcción de pilotes Solución Top-Down DETERMINACION TIEMPO: Pilotes (ml) No. Turnos 11580 1.0 Rendimiento (ml/Tur) 1.0 95 1.0 No. Maquinas 1.0 2.0 3.0 No. Días 121.9 60.9 40.6 No. Semanas 22.2 11.1 8.0 Solución propuesta 12 sem La tabla anterior muestra lo siguiente: - - Son 11580 ml de pilotes, según lo establecido en el cuadro de cantidades métodos (Anexo 10) Se establece un rendimiento por turno de 95 ml/turno, teniendo en cuenta que un turno son de 10 horas y que el rendimiento por hora es de 9.5 ml/hr. Para ejecutar la actividad se establecen 3 propuestas: con 1 maquina, con 2 máquinas o con 3 máquinas de excavación. Teniendo en cuenta los datos anteriores se procede con el cálculo de la duración para ejecución de esta actividad, la cual arroja un tiempo aproximado de 12 semanas trabajando con dos máquinas. MÉTODO SPRINGSOL En la tabla a continuación se calcula la duración para la construcción de los muros pantalla y los barretes con el método SPRINGSOL, la cual se explicara enseguida: 59 Tabla 16. Duración construcción de muros pantalla y barretes solución SPRINGSOL DETERMINACION TIEMPO: Barretes y muro pantalla (m2) No. Turnos 9441 1.0 Rendimiento (m2/tur) 1.0 122 1.0 No. Maquinas 1.0 2.0 3.0 No. Días 82 39 26 No. Semanas 14.98 7.04 5.0 Solución propuesta 15 semanas La tabla anterior muestra lo siguiente: - - Con este método son 9441 m2 de muros pantalla y barretes, según lo establecido en el cuadro de cantidades métodos (Anexo 10) Se establece un rendimiento por turno de 122 m2/turno, teniendo en cuenta que un turno son de 10 horas y que el rendimiento por hora es de 12,2 m2/hr al igual que método top-Down. Para ejecutar la actividad se establecen 3 propuestas: con 1 maquina, con 2 máquinas o con 3 máquinas de excavación. Teniendo en cuenta los datos anteriores se procede con el cálculo de la duración para ejecución de esta actividad, la cual arroja un tiempo aproximado de 15 semanas trabajando con una máquina. Para el caso de la construcción de pilotes con el método Springsol se considera la misma duración de 12 semanas al igual que el método TopDown, debido a que para uno u otro método son las mismas cantidades de pilotes y las mismas dimensiones, según lo establecido en el cuadro de cantidades métodos (Anexo 10). Ya con el cálculo del tiempo de ejecución de esta actividad en cada método, se procede a compararlas y determinar el tiempo que se ahorraría al utilizar uno u otro. El proceso de construcción de muros pantalla, barretes y pilotes puede hacerse de manera simultánea para cada uno de los métodos, es por esto que si se analizan los resultados obtenidos, se observa que cuando se terminan de construir los muros pantalla y barretes para cada método, los pilotes ya se abrían construido en su totalidad, por lo cual el tiempo total para la contención y la cimentación con cada uno de los métodos queda de la siguiente manera: 60 Tabla 17. Duración actividad de contención y cimentación Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL CONTENCION Y CIMENTACION DURACION MÉTODO TOP-DOWN 16 Ahorro en el tiempo de ejecución MÉTODO SPRINGSOL 15 1 semana La tabla anterior muestra que al realizar la contención y cimentación del proyecto Hotel Hilton con el método SPRINGSOL, se estaría ahorrando 1 semana de trabajos en esta actividad, ahorro que se debe a que no es necesaria la instalación de perfiles pre cimentados en las columnas y las pantallas son un metro más pequeñas. 9.2.2.2. EXCAVACION La segunda actividad que se analizará es la de Excavación, para esta actividad se han establecido ciertos rendimientos dependiendo si la excavación es a cielo abierto o bajo losa, los cuales son de 800 m3/Turno y 450 m3/Turno respectivamente, como está establecido en los presupuestos (Anexo 12 y 13). Con estos datos se proceder a calcular la duración en la ejecución de esta actividad, en cada uno de los métodos. MÉTODO TOP-DOWN En la tabla a continuación se calcula la duración para la ejecución de la excavación con el método Top-Down, hay que tener en cuenta que con este método la excavación del núcleo se realiza a cielo abierto y el restante es una excavación bajo losa, como se muestra en las tablas a continuación: Tabla 18. Duración excavación de núcleo a cielo abierto solución Top-Down DETERMINACION TIEMPO: Excavación del núcleo (m3) No. Turnos 2291 1.0 Rendimiento (m3/Tur) 1.0 800 1.0 No. Maquinas 1.0 2.0 3.0 No. Días 2.9 1.4 1.0 No. Semanas 0.5 0.3 1.0 Solución propuesta 0.5 sem 61 Tabla 19. Duración excavación bajo losa solución Top-Down DETERMINACION TIEMPO: Excavación bajo losa (m3) No. Turnos 40366 1.0 450 1.0 Rendimiento (m3/Tur) 1.0 No. Maquinas 1.0 2.0 3.0 No. Días 89.7 44.9 29.9 No. Semanas 16.3 8.2 6.0 Solución propuesta 16.3 sem Si se suman los resultados obtenidos para la actividad de excavación con el método Top-Down, esta actividad tiene una duración aproximada de 17 semanas, haciendo uso de una sola máquina. MÉTODO SPRINGSOL Se procede con el cálculo del tiempo que se tardaría la ejecución de la excavación con el método SPRINGSOL, y cuyos datos se resumen en la tabla mostrada a continuación: Tabla 20. Duración excavación a cielo abierto solución SPRINGSOL DETERMINACION TIEMPO: Excavación (m3) No. Turnos 42657 1.0 Rendimiento (m3/Tur) 1.0 800 1.0 No. Maquinas 1.0 2.0 3.0 No. Días 53.3 26.7 17.8 No. Semanas 9.7 4.8 4.0 Solución propuesta 10 sem Con el método SPRINGSOL la excavación se realiza en un tiempo aproximado de 10 semanas, haciendo uso de una máquina. Ya con el cálculo del tiempo de ejecución de esta actividad en cada método, se procede a compararlas y determinar el tiempo que se ahorraría al utilizar uno u otro. El proceso de excavación a cielo abierto, como se puede observar en las tablas anteriores, permite obtener un mayor rendimiento en tiempo en comparación con la excavación bajo losa, donde el espacio es mucho más reducido y se requieren 62 maquinas más pequeñas, por lo cual el tiempo total para la ejecución de la excavación con cada uno de los métodos queda de la siguiente manera: Tabla 21. Duración total excavación Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL EXCAVACIÓN MÉTODO TOP-DOWN 17 DURACION Ahorro en el tiempo de ejecución MÉTODO SPRINGSOL 10 7 semanas Como se puede observar realizar la excavación con el método SPRINGSOL genera un ahorro en tiempo de 7 semanas, lo cual repercute de manera positiva para agilizar la ejecución de otras actividades. 9.2.2.3. CONSTRUCCION DE LOSAS Y CIERRE DE VENTANAS DE EXCAVACION Para finalizar esta comparación se analizará la actividad de Construcción de losas y cierre de ventanas para el caso del método Top-Down. Para esta actividad se han establecido ciertos rendimientos dependiendo si la losa se construye contra el terreno o si la losa es aérea, los cuales son de 200 m2/Turno y 150 m2/Turno respectivamente, como está establecido en los presupuestos (Anexo 12 y 13). Con estos datos se proceder a calcular la duración en la ejecución de esta actividad, en cada uno de los métodos. MÉTODO TOP-DOWN En la tabla a continuación se calcula la duración para la construcción de las losas y cierre de las respectivas ventanas con el método Top-Down: Tabla 22. Duración construcción de losas y cierre de ventanas solución Top-Down DETERMINACION TIEMPO: Construcción de losas (m2) y cierre de ventanas 14052 Rendimiento (m2/Tur) No. Turnos 1 No. Días 70.26 No. Semanas 24.8 Solución propuesta 25 sem 63 200 La tabla anterior muestra lo siguiente: - - Con este método son 14052 m2 de losa, correspondiente a la losa de planta baja, losa de sótano 1 y la losa de cimentación, cada losa tiene un área de 4684 m2. Se establece un rendimiento por turno de 200 m2/turno. Como con el método Top-Down es necesario dejar unas ventanas, estas es necesario cerrarlas una vez los trabajos bajo ellas estén finalizados, el cierre de estas ventanas dura aproximadamente 1 mes por losa, valor el cual ya está sumado dentro de las 25 semanas de duración. Como se puede observar en la tabla, esta actividad tiene una duración aproximada de 25 semanas. MÉTODO SPRINGSOL En la tabla a continuación se calcula la duración para la construcción de las losas con el método SPRINGSOL: Tabla 23. Duración construcción de losas y cierre de ventanas solución SPRINGSOL DETERMINACION TIEMPO: Construcción de losas (m2) 14052 Rendimiento (m2/Tur) 150 Losa aérea y 200 losa contra terreno No. Turnos 1 No. Días 85.87333333 No. Semanas 15.6 Solución propuesta 15.6 sem La tabla anterior muestra lo siguiente: - - Con este método son 9368 m2 de losa aérea correspondientes a planta baja y sótano 1 y 4684 m2 de losa contra terreno correspondiente a la losa de cimentación. Se establece un rendimiento por turno de 200 m2/turno de losa contra terreno y 150 m2/turno de losa aérea. 64 Como se puede observar en la tabla, esta actividad tiene una duración aproximada de 15.6 semanas. Ya con el cálculo del tiempo de ejecución de esta actividad en cada método, se procede a compararlas y determinar el tiempo que se ahorraría al utilizar uno u otro. La construcción de las losas con el método SPRINGSOL aunque el rendimiento es menor, con este método las losas no tienen ventanas a diferencia del método TopDown el cual si las tiene, por lo cual se ahorraría el tiempo en el cierre de estas. Teniendo en cuenta lo anterior el ahorro en tiempo en la construcción de las losas con cada uno de los métodos es: Tabla 24. Duración total construcción de losas Solución Top-Down vs Solución SPRINGSOL CONSTRUCCION DE LOSAS DURACION MÉTODO TOP-DOWN 25 Ahorro en el tiempo de ejecución MÉTODO SPRINGSOL 15.6 9.4 semanas Como se puede observar realizar la construcción de las losas con el método SPRINGSOL genera un ahorro en tiempo de 9.4 semanas, lo cual repercute de manera positiva para agilizar la ejecución de otras actividades. En los puntos anteriores del presente trabajo se pudo observar el ahorro en tiempo de una solución u otra, dependiendo la actividad, a continuación se va a hacer un análisis de la duración total del proyecto teniendo en cuenta los resultados obtenidos anteriormente. En la tabla 25 se muestra condensada la duración del proyecto hotel Hilton con cada uno de los métodos la cual se explicara a continuación: Tabla 25. Duración total proyecto Hotel Hilton con la solución Top-DOWN y la Solución SPRINGSOL DURACION PROYECTO HOTEL HILTON DURACION MÉTODO TOP-DOWN 43 Ahorro en el tiempo de ejecución MÉTODO SPRINGSOL 40 3 semanas 65 Analizando la tabla anterior se tiene lo siguiente: - Para la duración total del proyecto con el método Top-Down se tuvo en cuenta la suma de la actividad de contención y cimentación más la actividad de losas y cierre de ventanas, la actividad de excavación no se tuvo en cuenta en la suma total, debido a que esta se hace de manera simultánea a medida que se van ejecutando las otras dos actividades, adicionalmente se suman dos semanas para el tema de imprevistos y/o adicionales, por lo cual finalmente da una duración de 43 semanas. - Para la duración total del proyecto con el método SPRINGSOL se tuvo en cuenta la suma de las tres actividades principales analizadas: Contención y cimentación, excavación y construcción de losas, lo cual dio un tiempo aproximado de 40 semanas de duración. 9.2.3. ANÁLISIS TECNICO Como se puede observar en las secciones anteriores ya se realizó un análisis de costos donde se determinó el ahorro en determinadas actividades o materiales al utilizar una solución u otra, también se realizó un análisis de rendimiento en tiempo que se genera al pasar de un método a otro en actividades como la contención, cimentación, excavación construcción de losas y cierre de ventanas. Por último se va realizar un análisis técnico el cual se mostrará a continuación, donde se identificara el comportamiento de los muros pantalla, según la solución de construcción que se utilice (Solución base, Solución Top-Down y Solución SPRINGSOL). Adicionalmente se va a hacer un análisis de la viabilidad técnica del anclaje Springsol la cual se mediría en campo al momento de ser tensionado, haciendo un cálculo teórico de la deformación que este podría presentar y compararlo con otros valores de deformación de anclajes con diferentes diámetros de bulbos, y así determinar si este cumple con los parámetros establecidos por la norma francesa para la puesta a punto de los anclajes. 9.2.3.1. ANÁLISIS COMPORTAMIENTO MURO PANTALLA Para hacer este análisis técnico de las pantallas se utilizó un programa desarrollado por Soletanche Bachy Cimas llamado PAROI 2009. Este es un programa usado para el análisis de fundaciones (en este caso muros pantalla) que tiene en cuenta las propiedades de deformación del terreno, la influencia de la deformabilidad de la pantalla y sus desplazamientos. En este modelo el terreno es representado por un conjunto de muelles elásticos independientes (figura 37) relacionados a través de la 66 pantalla, la cual es modelada como una viga elástica, donde se supone que la deformación producida en el terreno es proporcional a la presión aplicada en dicho punto, e independiente de las presiones aplicadas en el resto de los puntos. Esta relación está condicionada por un factor de proporcionalidad K, que se denomina coeficiente de balasto, que depende del nivel de presiones alcanzado y de las dimensiones del área cargada, por lo tanto no es un parámetro intrínseco del material. Figura 37. Terreno representado por conjunto de muelles elásticos Tomado de: Análisis de estructuras y geotecnia. Tomas Cabrera (U.P.M) En 1968, Halliburton introduce por primera vez el modelo de comportamiento no lineal del terreno, en el cual incluyó los umbrales correspondientes a los estados activo y pasivo en el momento de la rotura. Su contribución más importante fue considerar una curva continua que relaciona la presión y el desplazamiento de la pantalla, partiendo desde el estado activo hasta el pasivo, pasando a través del empuje en reposo, una vez alcanzados los estados límites el empuje no varía (Figura 38). Esta hipótesis relaciona, de cierta manera, los métodos de equilibrio límite con los del coeficiente de balasto, puesto que más allá de un desplazamiento límite se supone una situación plástica.9 Figura 38. Curva de presión vs desplazamiento de la pantalla Tomado de: Estudio Comparativo sobre Diferentes Modelos de Cálculo Aplicados a la Construcción de Muros Pantalla (PUCC) 9 SANHUEZA PLAZA, Carola y OTEO MAZO, Carlos (2007): “Estudio Comparativo sobre Diferentes Modelos de Cálculo Aplicados a la Construcción de Muros Pantalla”. Pontificia universidad católica de chile y Universidad de Coruña. España. 67 Con la breve introducción realizada anteriormente sobre el programa utilizado y su forma de funcionar se procede a recopilar todos los datos necesarios sobre: - - Propiedades del suelo donde se construyó el proyecto Hotel Hilton (Gamma natural, gamma saturado, cohesión, Angulo de fricción…) Estratificación del suelo Gamma del agua Dimensiones de la pantalla a analizar, su profundidad y el módulo de elasticidad del material (Concreto) Las sobrecargas a las que se someterá el terreno en el trasdós de la pantalla En este caso que se analizará se contempla la construcción de sótanos, por lo cual es necesario tener claro las profundidades y la rigidez de: la viga anillo para el caso de la solución base y la losa para el caso de la solución top- Down y SPRINGSOL, ya que los esfuerzos producidas por estas influyen de manera directa con el comportamiento que tenga la pantalla y el suelo. Para el caso de la solución SPRINGSOL, es necesario tener las profundidades a las cuales se instalarían los anclajes, la separación de estos, el grado de inclinación, la rigidez longitudinal del anclaje y la fuerza de tensionamiento de estos. Todos datos recolectados son introducidos en el programa como se muestra en la figura 39 y como se dijo anteriormente a cada una de las soluciónes le hizo su análisis con el programa el cual muestra el comportamiento de la pantalla con cada uno de los métodos en cuanto a: desplazamientos, momentos y fuerzas cortantes, lo cual se verá a continuación. 68 Figura 39. Datos recolectados introducidos en el programa PAROI 2009 para análisis técnico de cada uno de los métodos Tomado de: Fuente propia Las envolventes de falla que arroja el programa son las mostradas en la figura a continuación en donde, está el desplazamiento máximo que esta sufre, el momento máximo al cual se ve sometida la pantalla y el cortante en todo la longitud de la misma. Figura 40. Envolventes de falla solución Springsol Tomado de: Fuente propia 69 En los anexos 15, 16 Y 17 del presente trabajo, está todo el proceso etapa por etapa con cada uno de los métodos, donde se puede observar el comportamiento de la pantalla dependiendo la fase constructiva en la que se encuentre. En la tabla 26 se relacionan los resultados obtenidos con cada método los cuales se analizaran a continuación. Tabla 26. Desplazamiento, momentos y cortantes máximos pantallas solución Top-Down vs solución Springsol DESPLAZAMIENTO MOMENTO CORTANTE MAX (mm) MAX (kN*m) MAX (kN) SOLUCIÓN BASE SOLUCIÓN TOP-DOWN SOLUCIÓN SPRINGSOL 23.06 206.78 166.71 17.94 338.11 246.96 25.19 309.5 185.69 En la tabla anterior se puede analizar que: - El desplazamiento que se genera en la pantalla es 7.25 mm más grande cuando se utilizan anclajes y 2.13 mm más grande a comparación si se usara el método base, aumento el cual es debido al acomodamiento del bulbo en el suelo hasta su estabilización. Para cualquiera de los tres casos el desplazamiento máximo está dentro de los parámetros establecidos por la norma el cual debe ser menor al 10% de la altura libre del muro pantalla, es decir que para este caso el desplazamiento máximo debe ser menor a 10 cms aproximadamente. - El momento máximo generado en la pantalla si se usara el método base es 131.33 kN*m más pequeño que cuando se usa el método top-Down y 103 kN*m menor en comparación con el método Springsol, desde el punto de vista de diseño esto implicaría que para el método base se use menos acero longitudinal para soportar el momento generado en comparación de los otros dos métodos, lo cual sería bueno desde el punto de vista económico. - El cortante máximo producido en la pantalla con el uso de anclajes es 112 kN menor a comparación del momento experimentado haciendo uso de la solución Top-Down, esto implicaría desde el punto de vista 70 de diseño que el refuerzo a cortante para el muro pantalla anclado es menor y este varía de acuerdo a los puntos más críticos de cortante a lo largo de la pantalla. En conclusión el comportamiento más favorable desde el punto de vista de diseño o técnico seria el método base, ya que construir el muro pantalla este método permitiría hacer un diseño de la pantalla menos robusto, lo que implicaría menos refuerzo longitudinal o barras de menor diámetro y menor cantidad de flejes o menor dimensión de estos en las parrillas, ya que está confirmando que la pantalla estaría sometida a momentos y cortantes mucho menores, y esto en cuanto al costo en el tema de acero sería muy beneficioso, pero desde el punto de vista de la excavación esta se ve limitada con este método ya que es necesario excavar por franjas e ir construyendo losa para así poder continuar excavando, lo cual se traduce en mayores costos y en menor rendimiento, es por esta razón que esta solución no es tan viable y se mira con buenos ojos continuar con la solución Springsol ya que en esta el momento flector, el cortante y el desplazamiento máximo son muy similares o están muy cerca a los del método base lo cual implicaría al igual que este menor acero longitudinal y transversal en comparación con el método Top-Down, además la solución Springsol permitiría realizar excavaciones a cielo abierto optimizando así su costo y el tiempo de ejecución. 9.2.3.2. ANÁLISIS TECNICO DE ANCLAJES Para analizar cómo se comporta técnicamente el anclaje cuando se somete a la carga de servicio establecida y determinar su deformación, se procede a hacer un análisis por intervalos de carga haciendo uso del formato de tensado (Anexo 22) en el cual es necesario introducir los siguientes datos en la parte del cálculo: - - Características del torón (diámetro, grado del acero, resistencia última, límite elástico, número de torones, longitud libre del anclaje, longitud del bulbo. Datos del proyecto (Carga de servicio del anclaje y carga de bloqueo del anclaje) Tipo de gato: Esto hace referencia al tipo de gato que se va a utilizar para realizar el tensado del anclaje (Área activa del pistón, distancia entre placa y cabeza del gato, alargamiento y coeficiente de elasticidad. Estos datos son sacados de acuerdo al diseño que se tenga del anclaje (Ver anexo 23) e ingresados en el formato como se ve a continuación: 71 CÁLCULO DE ELEMENTOS A TENSIÓN Obra N° OBRA : Ancla N° FRENTE : Fecha : 8 Características del torón Diámetro Datos de proyecto 158.75 Grado del Acero 270 Resistencia última Límite Elástico Número de Torones Área total TG Límite elástico del conjunto L Longitud Total Ls Longitud Fija Ll Longitud Libre Carga de Trabajo Mpa Ti Carga Inicial (fin bloqueo) KN 234.6 KN 150 W Ts 260.7 Área de la sección N mm xN Tipo de Gato mm2 Carrera del Pistón S Área activa del Pistón KN Le Distancia entre placa y cabeza del gato 19.0 m a 10.0 m 9.0 m 703.8 KN KN DSI L-HK-DZ-140-250-105 mm2 450 589 390 Verificar que no se excedan los Valores Adm isibles 3 150.0 60 T. 40 T. Alargamiento o K 250 197.90 0.55 mm 0.01140 1/KN cm2 m a = L x T / ( W x E) a = Lx Tx K Coeficiente de Elasticidad Ts (Verificación de Valores Adm isibles) Ancla Temporal Ancla Permanente Ts < 0,6 TG Ts < 0,75 TG 1 000 000 / ( W E ) = 527.9 KN K= 422.3 KN E = 200 # 000 195000 Mpa Mpa Figura 41. Datos ingresados para cálculo de parámetros Tomado de: Formato de tensado anexo 17 Con estos datos se calcula lo siguiente: - La1 - La2 = Límites para longitud libre aparente a1 - a2 = Elongación para Ti o Ts b1 - b2 = Elongación total al final del bloqueo p = Acortamiento del tendón por bloqueo c1 - c2 = Elongación total al inicio del bloqueo Tr1 - Tr2 = Carga efectiva después de bloqueo Tb1 - Tb2 = Carga al inicio del bloqueo Te = Carga de prueba To = Carga inicial Tb = Carga al inicio del bloqueo entre Tb1 y Tb2 Incrementos de carga Elongación mínima y máxima del torón 72 Estos datos calculados se muestran en la figura a continuación: Para la longitud libre mínima Para la longitud libre maxi La1.2 Límites para longitud libre aparente La1 = 0.8 Ll + Le = 7.75 m La2 = Ll + Le + Ls/2 = 14.55 a1.2 Elongación para Ti ( o Ts ) a1 = K x La1 x Ti = 34.4 mm a2 = K x La2 x Ti = 64.7 mm b 1.2 Elongación total al final del bloqueo b1 = a1 + r 1 + e = 34.4 mm b2 = a2 + r 2 + e = 64.7 mm p = 8 mm p = 8 mm = 42.4 mm c2 = b2 + p = 72.7 mm Tr 1.2 Carga efectiva después de bloqueo Tr 1 = b1 / ( K x La1 ) = 390.0 KN Tr 2 = b2 / ( K x La1 ) = 390.0 KN Tb1.2 Carga al inicio del bloqueo 480.6 KN Tb2 = c2 / ( K x La2 ) = 438.2 KN Acortamiento del tendón por bloqueo p c 1.2 Elongación total al inicio del bloqueo c1 = b1 + p Tb1 = c1 / ( K x La1 ) = Llenar con Pr o Pe Te Carga de Prueba Pr Temporal Pe Permanente Te = 1,2 Ts To Carga inicial Tb Te = 1,15 Ts Pr Te Incrementos de carga 677.4 KN 67.74 KN Carga al inicio del bloqueo Tb 459.4 KN O,9 TG = 633 KN Angulo con friccion Elongación entre Po y Pp (para longitud Libre =0.8 Ll + Le) m1 = K x La1 x (Pp - Po)*(1-f)*S m1 53.79 3.0% 68 KN Po 35 b 0.25 Pp T1 169 KN P1 88 b 0.40 Pp T2 271 KN P2 141 b 0.55 Pp T3 373 KN P3 194 b 0.70 Pp T4 474 KN P4 247 b 0.85 Pp T5 576 KN P5 300 b Pp Te 677 KN Pp 353 b Pb Tb 459 KN Pb 239 b mm Elongación entre Po et Pp (para longitud Libre =Ll+Le+Ls/2) m2 = K x La2 x (Pp - Po)*(1-f)*S Fricción del Gato = Ti *100*(1+ f )/ S To = 0.1 Pp To media entre Tb1 y Tb2) m1 f Pi To = Te / 10 Verificar ( Te y Tb ) < 0,9 TG m 100.99 mm Para conocer las perdidas hacer un ciclo entre T1 y Te 2.02 mm F' Acortamiento de To a Ti av av = (((Tr1 + Tr2)/2)-To) x Le x K Fricción Medidas nivel bloqueo Figura 42. Calculo de parámetros para determinar deformaciones Tomado de: Formato de tensado anexo 17 Ya con todos los parámetros calculados se procede a medir las deformaciones para cada incremento de carga calculado, estos valores permitirán construir la gráfica de deformación vs presión para cada incremento de carga, la cual se muestra a continuación: 73 Curva Presión - Deformacion Presión (bars) 370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 2602 250 240 230 220 | 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 Deformacion (mm) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Grafica 1.Curva Presión Vs Deformación Tomado de: Formato de tensado anexo 17 Esta grafica nos muestra la deformación que tiene el anclaje cuando es sometido a los diferentes intervalos de carga y descarga, los cuales deben estar dentro del rango entre las líneas verdes (estas determinan la deformación mínima y máxima que puede tener el torón del anclaje), más preferiblemente en un punto medio para estar con la seguridad del que el anclaje va a trabajar en las condiciones más óptimas. Todo este procedimiento se hace siguiendo las recomendaciones establecidos por la normatividad francesa TA-95. Para el presente trabajo se realizó el análisis de la deformación para 4 tipos de anclaje los cuales tienen el siguiente diámetro de bulbo: 600 mm, 400 mm, 200 mm y 100 mm. Lo que se hizo fue comparar cómo se comporta el anclaje en cuanto a la deformación cuando el diámetro de su bulbo varía, para lo cual se obtuvieron las siguientes graficas (Anexo 19, Anexo 20, Anexo 21 y Anexo 22): 74 Curva Presión - Deformacion Presión (bars) 370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 2 260 250 240 230 220 | 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 Deformacion (mm) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Grafica 2. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 600 mm. Tomado de: Formato de tensado anexo 17-1 75 120 370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 2 260 250 240 230 220 | 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 Presión (bars) Curva Presión - Deformacion Deformacion (mm) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Grafica 3. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 400 mm. Tomado de: Formato de tensado anexo 17-2 76 120 Curva Presión - Deformacion Presión (bars) 370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 2 260 250 240 230 220 | 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 Deformacion (mm) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Grafica 4. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 200 mm. Tomado de: Formato de tensado anexo 17-3 77 120 Curva Presión - Deformacion Presión (bars) 370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 2 260 250 240 230 220 | 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 Deformacion (mm) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Grafica 5. Curva Presión Vs Deformación, anclaje con bulbo de 100 mm. Tomado de: Formato de tensado anexo 17-4 78 120 De las gráficas anteriores se puede analizar que entre más grande sea el bulbo del anclaje, las deformaciones van a ser mucho menores. Como se puede observar en la gráfica 2, la línea roja está más pegada a la deformación mínima en cambio en la gráfica 5 esta línea está ya sobre el límite de la deformación máxima, lo cual empieza a ser una preocupación ya que el anclaje no está trabajando en las condiciones óptimas y la adherencia es más baja. En la tabla a continuación se establecen las deformaciones máximas que sufre el anclaje por un periodo de análisis de 1 hora, las cuales aumentan a medida que el diámetro del bulbo disminuye. Tabla 27. Deformaciones de los anclajes entre 3 y 60 minutos ANCLAJE BULBO DE 600 mm ANCLAJE BULBO DE 400 mm ANCLAJE BULBO DE 200 mm ANCLAJE BULBO DE 100 mm DEFORMACION ENTRE 3 Y 15 MIN DEFORMACION ENTRE 15 Y 60 MIN 0.3 0.5 0.4 1 1.4 1.6 1.6 2 La deformación que tenga el anclaje está en gran medida ligada al diámetro del bulbo y así a su vez de la adherencia que haya entre el bulbo y el suelo, pero cabe resaltar que hay otros factores que influyen también de manera directa en la adherencia bulbo-suelo y es las reinyecciones que se le hagan al bulbo ya es necesario en determinadas ocasiones realizarlas para garantizar la adherencia optima y que no se tenga problemas una vez se le apliquen al anclaje las cargas de servicio. 9.2.4. ANÁLISIS DE PRUEBAS REALIZADAS Y EVENTUALES PRUEBAS A REALIZAR (ANCLAJE SPRINGSOL) La herramienta SPRINGSOL de la cual se ha hablado y referenciado a lo largo de este trabajo, es una herramienta que fue desarrollada hace ya varios años pero tiene aproximadamente un año de haber sido patentada para la construcción de anclajes (Columnas en el suelo), cuya patente fue otorgada al grupo Soletanche Bachy en Francia. Esta herramienta es única en su estilo y debido a esto se busca su implementación en los proyectos desarrollados por esta empresa en todo el 79 mundo, aprovechando los beneficios que esta ofrece para la construcción de sótanos en suelos blandos el cual es nuestro caso de análisis. En Soletanche Bachy Cimas durante el último año se han realizado diferentes fases de prueba con esta herramienta las cuales han permitido conocer más sobre la manera como esta funciona, los equipos necesarios para utilizarla, los beneficios que esta ofrece y los parámetros a tener en cuenta para obtener los resultados esperados. A continuación se va hacer un breve resumen de las fases de prueba realizadas con esta herramienta y por ultimo de hablará de la última fase que sea está planeando realizar para la optimización de los anclajes SPRINGSOL en los suelos blandos de la ciudad de Bogotá: 9.2.4.1. FASE 1. Conocimiento de la herramienta y su funcionamiento En esta fase de prueba lo que se hizo fue conocer el funcionamiento de la herramienta y los equipos con los que se trabajaba. En la planta de prefabricados de Soletanche Bachy Cimas fue donde probo por primera vez la herramienta. Figura 43. Adecuación de la herramienta SPRINGSOL en la máquina de perforación Tomado de: Fuente propia 80 9.2.4.2. FASE 2. Soil-mixe con la herramienta Springsol La herramienta SPRINGSOL en Europa inicialmente se utilizó como una herramienta para mejorar las propiedades mecánicas del suelo por medio de una mezcla de agua-cemento con el suelo. Esta lechada sale por una tubería pequeña que atraviesa la herramienta SPRINGSOL y es vertida a medida que esta va excavando. Esta prueba fue realizada en el proyecto plaza claro ubicada en Bogotá, donde se llevaron los equipos y se realizaron diferentes intervenciones al suelo. Los resultados obtenidos se pudieron observar cuando se estaba realizando el proceso de excavación del primer sótano. En la figura 42 se puede ver como quedaron construidas unas columnas suelolechada, estando cada vez más cerca al objetivo de esta herramienta el cual es la construcción anclajes con bulbos de gran diámetro. Figura 44. Soil-mixe con la herramienta SPRINGSOL proyecto plaza claro Tomado de: Fuente propia 81 9.2.4.3. FASE 3. Construcción de anclajes verticales de prueba Con los resultados obtenidos de las pruebas anteriores y ya con el conocimiento en el manejo de la herramienta, en esta fase se procedió con la construcción de unos anclajes verticales pero a diferencia de la prueba anterior ya no se realizó un Soil-mixe, sino que se realizó la excavación completa del bulbo, retirando todo el material proveniente de este para después colocar el anclaje y por medio de la herramienta hacer la inyección que este caso fue con lechada. Después de un día se procede a aplicar una carga estática de arrancamiento en el extremo libre del refuerzo con el fin de monitorear el desplazamiento. La carga se aplica según un programa previamente definido en función del tiempo. Figura 45. Anclajes verticales de prueba Tomado de: Fuente propia En esta fase de prueba se realizaron 3 anclajes de prueba, los cuales se componía de un refuerzo (barras o torones) y un bulbo hecho con la herramienta SPRINGSOL. Los cuales adicionalmente tenían las siguientes características mostradas en la tabla a continuación: 82 Tabla 28. Características anclajes verticales de prueba Longitud Carga de Material Strain NOMBRE bulbo Refuerzo arrancamiento Bulbo Gauges (Ls) teórica ANCLAJE #1 ANCLAJE #2 ANCLAJE #3 6m GW 50mm 11m 6T12S 6m GW 50mm Cemento Agua Cemento Agua Cemento Agua Arena SI 44 Ton NO 66 Ton NO 44 Ton A continuación se muestra la carga de arrancamiento teórica vs la carga de arrancamiento ejecutada en la prueba: Tabla 29. Carga de arrancamiento teórica vs carga de arrancamiento experimental prueba fase 3 NOMBRE Carga de Carga de arrancamiento arrancamiento teórica experimental ANCLAJE #1 44 Ton 32 Ton ANCLAJE #2 66 Ton 35 Ton ANCLAJE #3 44 Ton 20 Ton Las ejecución de las anteriores fases de prueba permitieron hacer correcciones en el proceso constructivo de las columnas o anclajes en el suelo y así optimizar la ejecución de estos, es por esto que en la fase 4 que se analizará a continuación se verá un poco más estructurado este proceso de construcción, para su 83 implementación en la construcción de sótanos en los suelos blandos característicos de la ciudad de Bogotá. 9.2.4.4. FASE 4. Construcción de anclajes Springsol reperforados Después de desarrolladas tres Fases de pruebas de este proyecto se desarrollará una Fase 4 que se considera la fase final de pruebas del proyecto. Los resultados obtenidos en las pruebas anteriores han sido satisfactorios, de los cuales se determinó que en lugar de lechada para conformar el bulbo se usaría mortero. En la Fase 3 se usó mortero para conformar el bulbo, sin embargo se presentaron problemas durante el vaciado del mortero y la instalación del anclaje. El vaciado del mortero se hizo después de perforada la columna desconectando la tubería de perforación al equipo perforador y conectándola a la manguera de vaciado del mortero. Para la Fase 4, no se vaciará el mortero con la misma manguera de perforación saliendo por la herramienta SPRINGSOL debido a que el diámetro de esta es muy pequeño y se presentan problemas de taponamiento, por lo cual esta se retirará y el mortero se vaciará con una tubería tipo tremie. Se propone la construcción de 2 anclajes de prueba, siguiendo las especificaciones planteadas. Los anclajes tendrán una inclinación de 30°, con bulbos de la misma longitud, para analizar la variación de la capacidad última de uno de los anclajes y adicionalmente con la prueba se busca revisar los parámetros de ejecución e inyección para conformar el bulbo y verificar su comportamiento bajo el sometimiento de una carga constante en el tiempo (creep). Es importante destacar que el objetivo de las pruebas descritas en la métodología (Anexo 13) es la verificación de la capacidad geotécnica del anclaje y su comportamiento bajo una carga constante en el tiempo. A continuación en la tabla 22 se muestran los parámetros de construcción de estos anclajes de prueba: 84 Tabla 30. Parámetros de construcción anclajes SPRINGSOL fase 4 ANCLAJE DE PRUEBA Anclaje # 1 Anclaje # 2 Diámetro columna (mm) 600 600 Diámetro coulis interno (mm) 152.4 152.4 Inclinación horizontal 30º 30º Carga ultima esperada (Ton) 60 60 Longitud Libre (m) 6.0 6.0 Longitud del bulbo (m) 9.0 9.0 Dosificación Mortero autocompactante Mortero autocompactante Lechada (cemento estructural) A/C= 0.5 A/C= 0.5 Refuerzo 4T 5/8” 4T 5/8” Mortero Tanque (x6) Mortero Tanque (x6) Mortero In-Situ (x12) Mortero In-Situ (x12) Lechada Tanque(x6) Lechada Tanque(x6) Lechada InSitu(x6) Lechada InSitu(x6) Tomar muestra Ya con estos parámetros se procedería con la construcción para lo cual se van a seguir los pasos mostrados a continuación: 1) Preparación del anclaje: Todos los elementos que van a formar parte de la estructura del anclaje. Especial atención a la posición de estos elementos dentro del tubo guía. 85 2) Instalación de elemento de reacción: Se instala el elemento de reacción (Tablestaca, pantalla, panosol) con un agujero que permita el paso de la camisa metálica. 3) Colocación de la camisa metálica: Se instala una camisa metálica, de 10” de diámetro, entre la plataforma de trabajo y la cabeza de la futura columna de suelo-cemento. Esto se usa para mantener cerrada la herramienta la zona donde no se hará la columna. Se puede reemplazar la camisa por una perforación en estructuras de concreto como losas fundaciones existentes. (Figura 12). 4) Posicionamiento herramienta: La herramienta de perforación es introducida en su posición cerrada dentro de la camisa metálica y avanza hasta donde esta termine. (Figura 13). 5) Inicio de la perforación: Una vez fuera de la camisa, la herramienta se abre en el suelo. La perforación en el diámetro aplicado se realiza hasta la parte inferior de la columna. (Figura 14). 6) Retiro de la herramienta e instalación de la manguera de bombeo de 2”: Se retira la herramienta una vez la perforación de la columna ha sido terminada y se instala la manguera de bombeo, para inyección de mortero, qué estará conectada a bomba para mortero tipo putzmeister. 7) Inyección de mortero, sustitución y creación del bulbo: Se inyecta mortero con la manguera ubicada 25 cm por encima del fondo de excavación. La herramienta se va subiendo del nivel del fondo de excavación a medida que se vayan aumentando volúmenes de mortero previamente establecidos. Una vez se complete el volumen de mortero deseado se retira la manguera para vertido de mortero. 8) Reperforación del bulbo: Una vez el bulbo logre el fraguado inicial (24 horas después de fundido, dependiendo de los resultados a la compresión), se instala un tricono de 6” en la punta de las barras de perforación y se reperforará el bulbo en toda la longitud. 86 Figura 46. Reperforacion del bulbo. Tomado de: Métodología construcción anclajes SPRINGSOL fase 4 9) Vertimiento de lechada: Se retiran barras de perforación y tricono de perforación. Se introduce manguera de bombeo en la camisa metálica y se bombeo lechada con relación A/C=0.5. 10) Colocación del anclaje: Se procede inmediatamente a insertar el anclaje dentro del bulbo de lechada vertido en el espacio reperforado. Posteriormente se retira la camisa metálica. Figura 47. Colocación del anclaje Tomado de: Métodología construcción anclajes SPRINGSOL fase 4 87 11) Tensionamiento del anclaje: Se procede a realizar el respectivo tensionamiento de los torones del anclaje. Importante tener en cuenta el tiempo en el que el bulbo se endurece y adquiere una resistencia máxima de 21 Mpa para soportar la carga del tensionamiento. Este tema se debe definir en detalle, una vez se hagan los ensayos de prueba. Figura 48. Tensionamiento del anclaje. Tomado de: Métodología construcción anclajes SPRINGSOL fase 4 Uno de estos anclajes de prueba como se dijo anteriormente serán sometidos a una prueba de Creep la cual es fundamental para determinar la funcionalidad o no del anclaje. El procedimiento establecido para esta prueba se muestra a continuación: Para hacer esta prueba se debe inicialmente hacer las verificaciones de la carga de diseño que va a resistir en Anclaje #2 teniendo en cuenta los resultados de la prueba de arrancamiento del Anclaje #1. Este tipo de pruebas se deben realizar cuando los anclajes se hace en suelos cohesivos con índices de plasticidad (IP) mayores de 20% o límites líquidos mayores de 50%. La prueba consiste en realizar seis ciclos de carga e ir midiendo el desplazamiento del anclaje para diferentes intervalos de tiempo según el ciclo de carga que se esté analizando. Para el caso de este anclaje, el procedimiento de carga será el mostrado en la tabla 9: 88 Tabla 31. Procedimiento de carga anclaje 2 CICLO DE CARGA CARGA MÁXIMA DURANTE EL CICLO (Ton) TIEMPO TOTAL DE OBSERVACIÓN (min) TIEMPOS EN LOS QUE SE MIDE EL MOVIMIENTO DEL ANCLAJE 1 4 10 1,2,3,4,5,6 y 10 2 8 30 1,2,3,4,5,6,10,15,20,25 y 30 3 12 30 1,2,3,4,5,6,10,15,20,25 y 30 4 16 45 1,2,3,4,5,6,10,15,20,25, 30 y 45 5 20 60 1,2,3,4,5,6,10,15,20,25, 30,45 y 60 6 24 300 1,2,3,4,5,6,10,15,20,25, 30,45,60,75,100,120,14 0,200,220,240,280,300 TOTAL 475 (8 hr) La gráfica que se debe realizar para cada uno de los ciclos de carga es del siguiente tipo: Figura 49. Grafica ciclos de carga Tomado de: Métodología Fase 4 anclajes Springsol 89 El movimiento total para cualquier carga aplicada no debe exceder 2mm por ciclo logarítmico al final del tiempo de monitoreo de la carga. Alternativamente, la carga del anclaje se puede reducir al 50% de la carga donde los movimientos por fluencia fueron medidos al final de cada ciclo logaritmo de tiempo. Para el presente trabajo se tenía previsto realizar esta prueba, pero por cuestiones de logística y presupuesto no ha sido posible realizarla por parte de Soletanche Bachy Cimas, debido a esto no se tiene un resultado tomado en campo de la deformación plástica que este pueda presentar, por lo cual para determinar la viabilidad técnica del anclaje se utilizan los resultados teóricos obtenidos en la sección 8.2.3.2 los cuales ya fueron analizados. 90 10. CONCLUSIONES El sector de la construcción es un sector que está en constante crecimiento, por lo cual la innovación en los diferentes procesos que intervienen en ella es de suma importancia para su crecimiento. Como se pudo observar a lo largo de este trabajo, se analizaron tres diferentes alternativas de construcción para el proyecto Hotel Hilton (Solución base, Solución TopDown y Solución SPRINGSOL) cada una con sus ventajas y desventajas en todos los aspectos tanto económicos, técnicos como en rendimiento o facilidad para su ejecución o construcción. Lo importante de todo esto es que existen múltiples maneras para ejecutar un proyecto pero es necesario buscar siempre la solución más viable desde todos los puntos de vista mencionados anteriormente. La construcción del proyecto Hotel Hilton con el método SPRINGSOL permite generar un ahorro en dinero, factor que al momento de escoger una solución u otra tiene gran incidencia, ya que esto representa una mayor ganancia. El ahorro en dinero calculado representa el 6% del valor total del proyecto construido con este método, valor que es significativo y afecta de manera positiva la utilidad final del mismo. Finalizar un proyecto en el tiempo establecido es uno de los otros factores que es necesario tener en cuenta y que incide también al momento de mirar la viabilidad de las diferentes soluciónes propuestas. La construcción del proyecto Hotel Hilton contempla gran cantidad de actividades, pero a lo largo de este trabajo se analizaron tres que de manera general son las que repercuten en gran media en el tiempo de ejecución del proyecto (Contención y cimentación, excavación y construcción de losas-cierre de ventanas). Realizar estas actividades con el método SPRINGSOL genera un rendimiento de 3 semanas en comparación con el método Top-Down, esto además de representar que el proyecto termine tiempo antes de lo previsto representa un ahorro en dinero el cual se ve reflejado en el costo de los servicios generales (Sueldos de personal, alquileres y servicios). El comportamiento técnico que se genera en la pantalla haciendo uso del método Springsol es más favorable que con el método top-Down, ya que esta se ve sometida a fuerzas cortantes y momentos flectores menores, lo cual se traduce en una menor cuantía de acero tanto longitudinal como transversal para soportar todos los esfuerzos que se generen. 91 El creep o la deformación plástica del anclaje es un parámetro fundamental dentro del análisis técnico que se le haga a este, en el presente trabajo se realizó un análisis teórico del comportamiento que este tiene en cuanto a la deformación, el cual arroja valores de menos de 1mm cuando el bulbo tiene un diámetro de 600 mm, y cuando se disminuye el diámetro de este bulbo los valores de la deformación aumentan. Si bien es cierto que el diámetro bulbo tiene gran incidencia dentro en el comportamiento que tenga el anclaje en cuanto a la deformación, existen otros factores que garantizan que este bulbo tenga la adherencia optima y así no se presenten deformaciones grandes, uno de estos es la reinyección, la cual muchas veces es necesario hacerla para garantizar una correcta adherencia bulbo-suelo. Esto confirma que el anclaje técnicamente cumple con los requerimientos según la norma y que va a trabajar en las condiciones óptimas a medida que se construye la estructura, en un suelo cohesivo que cumpla con los parámetros mínimos de resistencia e índice de consistencia establecidos en el numeral 6.4.2. La construcción de sótanos con anclajes SPRINGSOL marcarían nuevamente un inicio para la construcción de proyectos con este sistema en Bogotá, implementando una nueva técnica que hasta el momento no se ha visto y por ende no se ha utilizado, además que su viabilidad económica, y en rendimientos en tiempo, permite poder verla como una solución que se puede ajustar a las necesidades de la ciudad. Para esto es necesario seguir con la última prueba teniendo en cuenta los parámetros constructivos establecidos en la fase 4 que se tiene previsto realizar, la cual permitiría definitivamente determinar la viabilidad técnica que tiene este tipo de anclajes en suelos blandos y así se poder empezar su implementación. 92 11. RECOMENDACIONES Es necesario realizar la fase 4 de prueba mencionada en el numeral 9.2.4.4, la cual con los cambios generados en el proceso constructivo del anclaje dejará una visión mucho más clara del comportamiento del anclaje en el suelo de la ciudad de Bogotá. Los resultados obtenidos deben ser analizados y comparados con los parámetros que establece la norma y así determinar experimentalmente la viabilidad técnica de los anclajes en este tipo de suelos. La verificación de la deformación plástica que presente el anclaje es uno de los factores que mayor atención se le debe presentar una vez se esté realizando la prueba de estos en la fase 4, ya es por este factor que los anclajes en los suelos blandos de Bogotá no han funcionado de manera óptima y por lo cual este tipo de solución no ha tenido mucha viabilidad. El ensayo de veleta que se haga en el suelo daría los parámetros de resistencia al corte no drenado máximos y residuales con los cuales se determinaría la viabilidad del funcionamiento del anclaje en los suelos blandos. El método Springsol es una solución para la construcción de sótanos que si bien no es nueva en la ciudad ni en el país, la técnica con la que se construyen los anclajes si es nueva e innovadora, es por esto que se está en el proceso de investigación y verificación de su funcionamiento para la utilización en este tipo de proyectos en Bogotá, ya que como se mencionó anteriormente a lo largo del trabajo realizar excavaciones a cielo abierto en esta ciudad no está dentro de las soluciónes más viables, debido a las propiedades que el suelo presenta, pero con este método podría ser un nuevo comienzo para este tipo de soluciónes. 93 12. BIBLIOGRAFIA SUAREZ DÍAZ, Jaime (1998): Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales. Bucaramanga: Ingeniería de suelos Ltda. FRANÇOIS MASSER, Jean (2011): “SPRINGSOL soil mixing avec outil ouvrant”, Travaux, 865 pp. 38-40. ÁVILA ÁLVAREZ, Guillermo (2012): “Suelos arcillosos de Bogotá, proclives al hundimiento”, Agencia de noticias UN, No 277. Universidad de Sevilla (2010-2011): Tema 5: Pantallas de Hormigón armado para sótanos, construcción y tipología. E.T.S.A Sevilla. MANTILLA, Andrés (2016): “Bogotá lidera el crecimiento de la construcción en el país”, Periódico el espectador, redacción Bogotá. SUAREZ DÍAZ, Jaime (2009): “Deslizamientos: Técnicas de remediación” Bucaramanga: U. industrial de Santander. TERZAGHI, Karl. PECK, Ralph (1973): “Mecánica de suelos en la ingeniería práctica”. Buenos Aires: Editorial el Ateneo. SOLIS, Andrés (2013): “En el DF también construyen al revés las torres”, Revista Obras (web). UCAR NAVARRO, Humberto (2002): “Manual de anclajes en obra de tierras”. Mérida: Universidad de los andes. 94 Comité técnico AEN/CTN 103 (2001): “Norma española UNE-EN 1537- Ejecución de trabajos geotécnicos especiales (Anclajes)”. Madrid: Editada e impresa por AENOR. ESTEVEZ, Miguel (2017):”Anclajes para suelos SPRINGSOL”. Bogotá: Soletanche Bachy Cimas S.A. arcillosos blandos tipo GEO FUNDACIONES-SOLETANCHE BACHY CIMAS (2017): “Presentación proceso constructivo Hotel-Hilton Corferias”. Bogotá-Colombia. SOLETANCHE BACHY (2013): “Presentation: SPRINGSOL & soil mixing columns, Fabrice MATHIEU”. Francia. SANHUEZA PLAZA, Carola y OTEO MAZO, Carlos (2007): “Estudio Comparativo sobre Diferentes Modelos de Cálculo Aplicados a la Construcción de Muros Pantalla”. Pontificia universidad católica de chile y Universidad de Coruña. España. A. A. LOPEZ y A. KERGUELEN A (2016): “Criterio de control y aceptación de anclajes activos en la práctica”. Argentina. REDACCION EL TIEMPO (10 de mayo del 1994). Muro de la 72 no soporto la presión. Periódico el Tiempo. Archivo digital. Disponible en: http://www.eltiempo.com/archivo/documento/MAM-230671 95 ANEXOS ANEXO 1 - PLANOS MURO PANTALLA ANEXO 2 - PLANOS BARRETES 1 Y 2 ANEXO 3 - PLANOS BARRETES 2 Y 3 ANEXO 4 - PLANOS PILOTES SOLUCIÓN BASE – 1 ANEXO 5 - PLANOS PILOTES SOLUCIÓN BASE – 2 ANEXO 6 - PLANOS PILOTES SOLUCIÓN TOP-DOWN – 1 ANEXO 7 - PLANOS PILOTES SOLUCIÓN TOP-DOWN – 2 ANEXO 8 - PLANOS PILOTES SOLUCIÓN TOP-DOWN – 3 ANEXO 9 - PLANOS PILOTES SOLUCIÓN TOP-DOWN – 4 ANEXO 10 - CUADRO CANTIDADES MÉTODOS ANEXO 11 - PRESUPUESTO HOTEL HILTON CIMENTACION TOP-DOWN ANEXO 12 - PRESUPUESTO HOTEL HILTON CIMENTACION SPRINGSOIL ANEXO 13 - PRESUPUESTO HOTEL HILTON TOP DOWN (OBRA CIVIL) ANEXO 14 - MÉTODOLOGIA CONSTRUCCION ANCLAJE SPRINGSOIL FASE 4 ANEXO 15 - ANÁLISIS TECNICO PANTALLAS SOLUCIÓN TOP-DOWN ANEXO 16 - ANÁLISIS TECNICO PANTALLAS SOLUCIÓN SPRINGSOL ANEXO 17 - ANÁLISIS TECNICO PANTALLAS SOLUCIÓN BASE ANEXO 18 - FORMATO DE TENSADO ANCLAJE LB=600MM ANEXO 19 - FORMATO DE TENSADO ANCLAJE LB=400 MM ANEXO 20 - FORMATO DE TENSADO ANCLAJE LB=200 MM ANEXO 21 - FORMATO DE TENSADO ANCLAJE LB=100 MM ANEXO 22 - FORMATO DE TENSADO ANCLAJES ANEXO 23 - PARAMETROS DE DISEÑO DEL ANCLAJE SPRINGSOIL 96
