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Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica, A.C. XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica Noviembre 14 a 16, 2012 – Cancún, Quintana Roo Aplicación de métodos tradicional y numérico en la revisión de un muro de retención Application of Traditional and Numerical Methods for Inspecting an Earth Retaining Wall Oliver Elimelec NAVA TRISTÁN 1 y César DUMAS GONZÁLEZ 2 1 Jefe de Laboratorios del Departamento de Mecánica de Suelos, Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil, Comisión Federal de Electricidad, e-mail: [email protected] 2 Jefe del Departamento de Mecánica de Suelos, Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil, Comisión Federal de Electricidad, e-mail: [email protected] RESUMEN: Este artículo presenta las consideraciones adoptadas en la revisión de estabilidad de un muro de retención ubicado dentro de una unidad habitacional en la ciudad de Ensenada, Baja California. Se presentan resultados de análisis realizados por estado límite de equilibrio y método numérico, tanto para la condición de falla actual del muro como para la solución de rehabilitación propuesta. Para definir las características geotécnicas del sitio se ejecutaron métodos de exploración como: penetración dinámica (PANDA), pozos a cielo abierto (PCA) con recuperación de muestras y dispersión de ondas; aunado a pruebas de laboratorio. Para este caso los análisis realizados se complementan bien, ya que permiten considerar tanto el estado límite de falla como el estado límite de servicio en las revisiones. Finalmente, la alternativa de solución más adecuada es la sustitución total del muro. ABSTRACT: This paper presents the considerations taken for inspecting the stability of an earth retaining wall located in the city of Ensenada, Baja California. The results of limit equilibrium state and numerical method are presents for both the current fault condition of the wall and the solution to mitigate this problem (rehabilitation). The geotechnical characteristics were defined by means of the site exploration methods as dynamic penetration (PANDA), bore wells (PCA) with recovery of samples, wave dispersion and laboratory tests. For this case, the analyzes are well matched as possible to consider both the strenght limit state and serviceability limit state in geotechnical inspections. Finally, the most suitable alternative solution was the total replacement of the wall. 1 INTRODUCCIÓN Tradicionalmente, el diseño de estructuras de retención, bajo condiciones estáticas y dinámicas, se lleva a cabo empleando la teoría del estado límite de equilibrio, situación que redunda en la revisión de muros de retención ya construidos (e.g. EM 1110- 2-2502, 1989). Por otra parte, herramientas de análisis numéricos como PLAXIS, cada vez son más empleadas en la práctica ingenieril. Dada la importancia de los métodos de análisis mencionados, éstos fueron empleados en la revisión de un muro de retención de altura variable (4.90 a 6.50 m aprox.) ubicado en un conjunto habitacional al norte del país. Este muro presentaba mecanismo de falla por rotación, afectando viviendas ubicadas sobre el material de relleno; por SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

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Sociedad Mexicana deIngeniería Geotécnica, A.C.

XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica

Noviembre 14 a 16, 2012 – Cancún, Quintana Roo

Aplicación de métodos tradicional y numérico en la revisión de un muro de retención

Application of Traditional and Numerical Methods for Inspecting an Earth Retaining Wall

Oliver Elimelec NAVA TRISTÁN1 y César DUMAS GONZÁLEZ2

1 Jefe de Laboratorios del Departamento de Mecánica de Suelos, Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil, Comisión Fe-deral de Electricidad, e-mail: [email protected]

2 Jefe del Departamento de Mecánica de Suelos, Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil, Comisión Federal de Electrici-dad, e-mail: [email protected]

RESUMEN: Este artículo presenta las consideraciones adoptadas en la revisión de estabilidad de un muro de retención ubicado dentro de una unidad habitacional en la ciudad de Ensenada, Baja California. Se presentan resultados de análisis realizados por estado límite de equilibrio y método numérico, tanto para la condición de falla actual del muro como para la solución de rehabilitación propuesta. Para definir las características geotécnicas del sitio se ejecutaron métodos de exploración como: penetración dinámica (PANDA), pozos a cielo abierto (PCA) con recuperación de muestras y dispersión de ondas; aunado a pruebas de laboratorio. Para este caso los análisis realizados se complementan bien, ya que permiten considerar tanto el estado límite de falla como el estado límite de servicio en las revisiones. Finalmente, la alternativa de solución más adecuada es la sustitución total del muro.

ABSTRACT: This paper presents the considerations taken for inspecting the stability of an earth retaining wall located in the city of Ensenada, Baja California. The results of limit equilibrium state and numerical method are presents for both the current fault condition of the wall and the solution to mitigate this problem (rehabilitation). The geotechnical characteristics were defined by means of the site exploration methods as dynamic penetration (PANDA), bore wells (PCA) with recovery of samples, wave dispersion and laboratory tests. For this case, the analyzes are well matched as possible to consider both the strenght limit state and serviceability limit state in geotechnical inspections. Finally, the most suitable alternative solution was the total replacement of the wall.

1 INTRODUCCIÓN

Tradicionalmente, el diseño de estructuras de retención, bajo condiciones estáticas y dinámicas, se lleva a cabo empleando la teoría del estado límite de equilibrio, situación que redunda en la revisión de muros de retención ya construidos (e.g. EM 1110-2-2502, 1989). Por otra parte, herramientas de análisis numéricos como PLAXIS, cada vez son más empleadas en la práctica ingenieril.

Dada la importancia de los métodos de análisis mencionados, éstos fueron empleados en la revisión de un muro de retención de altura variable (4.90 a 6.50 m aprox.) ubicado en un conjunto habitacional al norte del país. Este muro presentaba mecanismo de falla por rotación, afectando viviendas ubicadas sobre el material de relleno; por consiguiente, fue indispensable realizar la revisión detallada en aras de proponer la solución más adecuada para mitigar los daños en las viviendas.

Los análisis realizados permiten concluir que la revisión de una estructura de retención puede

realizarse adecuadamente, considerando tanto un análisis por estado límite de equilibrio como empleando un método numérico.

Adicionalmente, se constata que la falla del muro se debe a factores tanto constructivos como de diseño original. Finalmente, de acuerdo a los resultados obtenidos y a las condiciones in situ, la mejor alternativa de solución corresponde a la sustitución del muro, cuyo proceso constructivo se planteó considerando la proximidad de las viviendas.

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Las estructuras de retención que se encuentran en un conjunto habitacional ubicado en la ciudad de Ensenada, Baja California, exhiben desplomes y roturas originados por cuestiones de tipo geotécnico. Dichos daños ponen en riesgo la estabilidad de algunas viviendas del conjunto; por consiguiente es necesaria la revisión de la estabilidad de los muros. A continuación se brinda información general del problema.

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Manzana 3

Manzana 2

Manzana 1

2 Título del trabajo

2.1 Características generales del sitioEl conjunto habitacional se compone de 3 manzanas y está ubicado a la orilla de un pequeño valle, con dirección de escurrimiento natural Este-Oeste (figura 1). Al norte, el fraccionamiento se encuentra al pie del Cerro del Coyote.

Particularmente, la manzana 3 cuenta con 34 casas, 17 de ellas ubicadas sobre material de relleno retenido por un muro de retención tipo cantiliver en forma de “L”. La altura de esta estructura de retención varía de 4.90 m a 6.50 m y su longitud es de 179.0 m. El ancho de la base del muro varía de 2.0 m a 2.5 m y el espesor del muro es de 0.2 m y 0.25 m, respectivamente. En su longitud, el muro presenta juntas a cada 5.25 m, similares a las juntas construidas para pavimentos de concreto hidráulico. Las profundidades de desplante varían de 1.20 m a 2.20 m.

Figura 1. Configuración superficial del sitio (las flechas indican escurrimientos naturales).

Las viviendas del fraccionamiento corresponden a estructuras de dos niveles, desplantadas sobre una losas de cimentación, las cuales transmiten una sobrecarga aproximada de 32.5 kPa, incluyendo un factor de carga de 1.4. El desplante de las casas se encuentra dentro del tercio medio de los lotes, con dimensiones de 10.5 m por 25.0 m.

2.2 Estado del sitioEn el conjunto habitacional, los muros de colindancias entre casas de la manzana 3 presentan roturas y/o fisuras; estos muros están construidos sobre el material de relleno de la estructura de retención. Adicionalmente, los patios traseros de las casas presentan afectaciones como agrietamiento del suelo y rotura de pisos (figura 2).

En la manzana 3, la deflexión del muro de contención es muy notoria, presentando un desplazamiento en la corona mayor a 10 cm (figura 3). En este sentido, la deflexión permisible debería estar entre 1.3 cm y 2.0 cm (0.003H), lo cual no se cumple.

Figura 2. Daños en un muro de colindancia y piso del patio de una casa.

Figura 3. Deflexión del muro de contención.

3 CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA3.1 Exploración de campo

Para la caracterización geotécnica del sitio, se realizaron trabajos de exploración como: calas para verificar profundidades de desplante, calas volumétricas, pozos a cielo abierto y pruebas con penetrómetro dinámico (PANDA). La figura 4 muestra la ubicación de los distintos trabajos. Adicionalmente, se realizó un estudio sismotectónico (pruebas de dispersión de ondas superficiales y microzonación sísmica) para verificar la profundidad de la roca basal y obtener información necesaria en la etapa de análisis.

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Figura 4. Localización de los trabajos de exploración.

Durante los trabajos de exploración se constató que la estratigrafía del terreno natural presenta una alta heterogeneidad en cuanto el tamaño de partículas (desde rocas hasta suelo fino), hecho que se confirmó con las pruebas PANDA. Esta heterogeneidad se acentúa hacia la zona de escurrimiento natural (talweg) del cerro (PCA-1, PCA-3 y PCA-4), donde se identificaron materiales de relleno diferentes; la parte fina del suelo de relleno corresponde a arcillas de alta plasticidad. Igualmente, se encontró que el material sobre el que se desplantó el muro de retención es una arcilla de alta plasticidad.

Se obtuvieron muestras alteradas e inalteradas de los PCA’s, resaltando que la ubicación de éstos corresponde a las zonas detectadas con la mayor cantidad de daños y a los lotes sin construcción o firme de concreto de los patios traseros. Durante la excavación de los pozos, las paredes de los mismos permanecieron estables hasta las profundidades máximas exploradas (2.40 m a 3.80 m).

Adicionalmente, los trabajos de exploración sirvieron para corroborar que la altura total del muro de retención corresponde a 4.90 m, con un empotramiento de 1.20 m.

El estudio sismotectónico comprendió pruebas de de microzonación sísmica y de dispersión de ondas (figuras 5 y 6), lo cual permitió definir de manera preliminar la estratigrafía del sitio con los perfiles de velocidad de onda al corte, así como, identificar las zonas de mayor rigidez del subsuelo.

Figura 5. Microzonación sísmica.

Figura 6. Perfiles generados a partir del perfil de velocidades de onda al corte.

3.2 LaboratorioLa totalidad de las muestras obtenidas durante los trabajos de exploración fueron empleadas para definir propiedades índice y mecánicas del subsuelo según las normas ASTM (ASTM, 2004).

Los resultados de las pruebas de laboratorio permitieron definir la estratigrafía del sitio, la cual se caracteriza por la presencia de estratos arcillosos con valores contrastantes de resistencia al corte no drenada (su=60 kPa en PCA-1 y su=196 kPa en PCA-2), correspondientes a un mismo estrato.

Para el caso del material de relleno, las granulometrías realizadas indican que los materiales en su mayoría, son dominantemente granulares (gravas y arenas), con porcentaje de finos mayor a 30%.

3.3 Modelo geotécnico del sitioCon la finalidad de tener un modelo geométrico aproximado de la topografía del sitio, se generó un modelo tridimensional de la configuración del terreno a partir de la información del plano de terracerías de la unidad habitacional y de diez secciones topográficas. Para fines del estudio geotécnico, se seleccionaron tres secciones críticas del muro de retención, considerando distintas condiciones geométricas, geotécnicas y de daños en el muro. Sin embargo, en este artículo, únicamente se presenta la sección con resultados más desfavorables.

Con base en la interpretación de los resultados de pruebas de campo y de laboratorio, se determina que el suelo natural está conformado por depósitos

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4 Título del trabajo

fluviales y aluviales, característicos de zonas de escurrimientos permanentes o perenes, con gran diversidad de tamaños de partícula, presentándose desde boleos hasta arcillas de alta plasticidad, hecho que permite que el suelo sea altamente compresible y con resistencias al esfuerzo cortante bajas en algunas zonas. Subyaciendo al terreno natural se encuentra una roca intemperizada con una resistencia alta a la compresión simple (su = 728 kPa).

Con la información recabada, se sugiere un modelo geotécnico (figura 7) que contempla lo siguiente:

Unidad Geotécnica 1 (UG-1). A partir de la superficie del terreno, con espesores que pueden alcanzar hasta 5.00 m, se encuentra el material de relleno que se empleó para construir las plataformas de desplante de las casas, el cual corresponde a un material con granulometría variable, con tamaños de fragmento de roca hasta arcillas de alta plasticidad. El material es dominantemente granular de compacidad suelta, color café. Esta unidad corresponde al relleno colocado en la parte del respaldo del muro y al pie del mismo, con excepción del material que se encuentra debajo de las casas.

Unidad Geotécnica 1a (UG-1a). A partir de la superficie del terreno, con espesores que pueden alcanzar hasta 3.00 m, se encuentra el material de relleno que se empleó para construir las plataformas de desplante de las casas, el cual corresponde a un material con granulometría variable, con tamaños de gravas hasta arcillas de alta plasticidad, pero dominantemente granular de color café. Esta unidad corresponde al relleno que se encuentra debajo de las casas. Asimismo, por medio de correlaciones entre la resistencia a la penetración dinámica (qd) y el número de golpes (N) de la prueba SPT, se obtuvo un valor promedio del ángulo de fricción interna (’) de 36º (SMIG, 2001).

Unidad Geotécnica 2 (UG-2). Subyaciendo al material de relleno con un espesor que varía de 3.00 a 4.00 m; se encuentra una arcilla de alta plasticidad

Figura 7. Modelo geotécnico para el corte analizado.

de consistencia blanda a media, café oscuro, con gravas y boleos a distintas profundidades. Esta unidad corresponde al terreno natural que fue empleado como terreno de desplante del muro.

Unidad Geotécnica 3 (UG-3). Debajo de la UG-2 se encuentra una roca intemperizada color amarillo ocre con dureza y resistencia alta de aproximadamente 728 kPa.

4 MÉTODOS DE ANÁLISIS

Debido a lo anterior, se realizaron revisiones de estabilidad tradicionales del muro tanto en condición de falla (situación actual) como de rehabilitación (alternativa de solución), para distintas condiciones de trabajo (permanentes y transitorias). La condición de rehabilitación del muro corresponde a la sustitución del mismo por un muro con la geometría indicada en la figura 8.

1.2

3.7

0.65

2.85 2

1.14m.c.a.

1.69m.c.a.

2.02m.c.a.

2.24m.c.a.

2.39m.c.a.

2.48m.c.a.

Figura 8. Esquema de la sección del muro rehabilitado.

La alternativa de rehabilitación se verificó y complementó con análisis numéricos (PLAXIS 2D), determinando los desplazamientos horizontales del muro y su factor de seguridad (FS), además de considerar el proceso constructivo por etapas. Finalmente, se evaluó la aceptación de la solución geotécnica.

Específicamente, para revisar la estabilidad del muro por métodos tradicional y numérico, se empleó una sobrecarga originada por vivienda de 23.2 kPa y una carga viva de 10 kPa en la zona de patios.

4.1 Método tradicionalPara la revisión de estabilidad de un muro de retención, se sugiere la revisión por volteo, deslizamiento y capacidad de carga. Para estas revisiones se consideraron las siguientes condiciones:A. Muro original en condiciones permanentes, en

términos de esfuerzos totales y efectivos.B. Muro rehabilitado en condiciones transitorias, en

términos de esfuerzos totales (sismo) y efectivos (flujo de agua).

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Aunado a estas revisiones, también se considera la revisión por geometría o dimensiones del muro, ya que se cuenta con una geometría atípica para este tipo de estructuras, situación que es fundamental para su mal comportamiento.

4.1.1Geometría del muroPara diseñar un muro de retención tipo cantiliver, se recomienda cumplir con la forma y dimensiones indicadas por Das (2001).

La estructura de retención en estudio presenta geometría en forma de “L” con ausencia de talón; por otra parte, para un muro de 4.90 m de altura, el espesor mínimo recomendado para la zapata y el respaldo es de 0.49 m, lo cual no se cumple ya que se cuenta con un espesor de 0.20 m. La presencia de un talón es necesaria para que la reacción del suelo se desarrolle en toda la base de la zapata; asimismo los espesores, además de darle mayor peso al muro, son útiles para darle rigidez al muro y que no se presenten deflexiones estructurales considerables.

4.1.2Revisión por volteoLa revisión por volteo se hace para asegurar que el factor de seguridad (FSvolteo) sea adecuado para evitar la rotación como cuerpo rígido del muro. Se recomienda que para condiciones de carga permanente este factor de seguridad sea mayor a 2 (Clayton et al., 1993), calculado de la siguiente forma:

FSV=MR

M A (1)donde: MR = momento resistente y MA = momento actuante.

Las fuerzas resistentes corresponden al peso del material de relleno sobre la zapata del muro, el peso propio del muro y el empuje pasivo. En el caso de las fuerzas actuantes se consideró el empuje horizontal de la sobrecarga de la casa, el empuje horizontal de la sobrecarga por la zona de agrietamiento, el empuje activo, el empuje hidrostático por llenado de grietas, el empuje hidrodinámico por flujo de agua y el empuje dinámico.

La magnitud de los empujes activos y pasivos, se determinó con la Teoría de Rankine; por otra parte, los empujes horizontales debidos a sobrecargas, se estimaron con las soluciones elásticas indicadas por Poulos y Davis (1973).

Por último, el empuje hidrodinámico, se determinó a partir de la red de flujo considerando un dren vertical en el respaldo del muro, asumiendo una lluvia intensa que sumerge el relleno del muro, calculado mediante diferencias finitas para obtener las líneas equipotenciales y de flujo. Dicho empuje es el cálculo del área de presiones actuantes sobre la superficie de falla (figura 8). Finalmente, el empuje

hidrodinámico, Ehd, corresponde a 49.69 kN/m con un brazo de palanca, zhd, de 2.23 m.

4.1.3Revisión por deslizamientoPara evitar que el muro se desplace horizontalmente es necesario verificar que el factor de seguridad FSD

(ecuación 2) sea adecuado para evitar este tipo de falla. Generalmente se recomienda para condiciones de carga permanente que el factor de seguridad sea mayor a 1.5, para condiciones transitorias de 1.33 (flujo establecido) y 1.1 (sismo) (EM 1110-2-2502, 1989). El FSD se determina de la siguiente manera:

FSD=FHRFHA (2)

donde: FHR = fuerzas horizontales resistentes y FHA = fuerzas horizontales actuantes.

Se consideraron las fuerzas horizontales resistentes como la fuerza cortante resistente y el empuje pasivo. En el caso de las fuerzas horizontales actuantes, se consideraron: el empuje horizontal de la sobrecarga de la casa, el empuje horizontal de la zona de agrietamiento, el empuje activo, el empuje dinámico y el empuje hidrodinámico por flujo de agua.

4.1.4Revisión por capacidad de cargaUno de los aspectos importantes a revisar en un muro de retención es la excentricidad de la carga vertical, e, la cual debe de ser menor a un sexto del ancho de la zapata:

e≤B6;→e= B

2−M n

ΣV (3)donde: B = el ancho de la zapata del muro; Mn

momento neto y V = es el peso propio del muro más el peso del material de relleno sobre el muro.

En caso de que no se cumpla la desigualdad anterior, el muro no se acepta por la condición de volteo (Budhu, 2008), ya que la distribución de presión de contacto no se desarrolla sobre toda la longitud de la base de la zapata, B. En caso contrario, se debe continuar con la revisión por capacidad de carga, calculando las presiones máxima y mínima (qmáx) para la distribución de presión en la zapata.

qmáx=ΣVB (1+ 6eB )

(4)Debido a las características del terreno de cimentación y a las características de la subestructura, se usó el criterio de Vesic (Das, 2001 3 y Bowles, 1996) para determinar la capacidad de carga última de cimentaciones superficiales suelos finos (ecuación 5).

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6 Título del trabajo

qu=suNc FcsFcd Fci+γD f NqFqsFqd Fqi (5)donde: su = resistencia no drenada; Nc, Nq = factores de capacidad de carga; = peso volumétrico del material; Df = profundidad de desplante; Fcs, Fqs = factores de forma; Fcd, Fqd = factores de profundidad y Fci, Fqi = factores de inclinación.

Para el caso de condiciones de carga permanente (EM 1110-2-2502, 1989), el factor de seguridad correspondiente FSqu (ecuación 5) deberá ser mayor a 3; para condiciones transitorias este factor será de 2 (flujo establecido) y 1.0 (sismo). Las tablas 1 y 2 presentan los resultados obtenidos de la revisión del muro por capacidad de carga.

FSqu=quqmáx (5)

Tabla 1. Resultados del análisis de estabilidad (muro original*).Tipo de análisis

Condición FSV

(--)FSD

(--)e(m)

FSqu

(--)Esfuerzos totales

Permanente 1.7 2.1 0.52 1.9Transitoria 1.0 1.6 1.00 0.0

Esfuerzos efectivos

Permanente 1.3 2.4 0.68 1.2Transitoria 1.0 2.1 1.00 0.0

(*) Relación B/6=0.33 m.

Tabla 2. Resultados del análisis de estabilidad (muro rehabilitado*).Tipo de análisis

Condición FSV

(--)FSD

(--)e(m)

FSqu

(--)Esfuerzos totales

Permanente 2.5 2.1 0.55 6.7Transitoria 2.2 1.9 0.76 5.6

Esfuerzos efectivos

Permanente 3.4 2.4 0.30 8.7Transitoria 2.7 2.1 0.52 6.9

(*) Relación B/6=0.81 m.

4.2 Método de elementos finitosSe realizó un análisis numérico empleando el programa PLAXIS 2D, considerando parámetros de esfuerzos totales. Las etapas analizadas fueron las siguientes:

I. Muro actual sin considerar sobrecargas por peso propio de vivienda y por carga viva.

II. Muro actual considerando sobrecargas por peso propio de vivienda y por carga viva.

III. Excavación máxima requerida para la rehabilitación del muro.

IV. Muro rehabilitado considerando sobrecargas por peso propio de vivienda y por carga viva.

La figura 9 presenta la malla empleada en este análisis, la cual está conformada por 11151 nodos y 1365 elementos. Las figuras 10 a 12 presentan resultados de deformaciones obtenidos para las etapas II, III y IV.

Figura 9. Modelo empleado.

Figura 10. Deformaciones en la etapa II (muro actual considerando sobrecargas).

Figura 11. Deformaciones en la etapa III (excavación máxima requerida para la rehabilitación).

Figura 12. Deformaciones en la etapa IV (muro rehabilitado).

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Realizados los análisis numéricos, se determinó que para todas las etapas evaluadas, el muro es más susceptible a una falla profunda.

La tabla 3 presenta algunos resultados obtenidos en este análisis. La información presentada corresponde a los desplazamientos horizontales desarrollados en la parte superior del muro (Ah, figura 13) y en el muro a la altura del relleno inferior (Bh, figura 13), además de los desplazamientos verticales en la superficie donde inicia la sobrecarga debida a la casa (Cv, figura 13) y en la superficie donde finaliza la sobrecarga debida a la casa (Dv, figura 13). Adicionalmente se incluye el asentamiento diferencial (H), correspondiente a la relación de los puntos C entre D (figura 13).

Tabla 3. Resultados del análisis numérico (desplazamientos parciales).Etapa FS Ah

(cm)Bh

(cm)Cv

(cm)Dv

(cm)H(cm)

I 2.3 10.4 2.0 1.5 0.4 1.1II 2.0 2.6 1.0 0.5 0.1 0.4III 2.4 -- -- 0.4 0.1 0.3IV 2.7 0.6 0.2 0.0 0.0 0.0

Figura 13. Puntos de referencia para obtener desplazamientos horizontales y verticales.

5 ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1 Método tradicionalAl comparar los resultados obtenidos en los análisis de estabilidad del muro de retención con el método tradicional, se muestra que para condiciones permanentes, los factores de seguridad no cumplen con los mínimos requeridos; sin embargo no se evidencia una falla inminente.

Respecto a los valores de la excentricidad de la fuerza resultante, se concluye que estos valores se encuentran fuera del tercio medio de la base de la zapata. Aunado a esto, los resultados obtenidos en términos de esfuerzos efectivos, conllevan un aumento considerable en dicha excentricidad.

Por lo anterior, se concluye que los daños en la estructura de retención, se deben a problemas de excentricidad que causaron la rotación del muro.

Por otra parte, aunque las hipótesis consideradas para el flujo de agua y para el cálculo de la fuerza pseudostática son muy conservadores, el análisis de estabilidad del muro indica que en la condición original, el muro es susceptible a la falla ante la presencia de acciones adicionales a las mencionadas en los métodos de análisis.

5.2 Método de elementos finitosLos resultados del análisis numérico indican que el modelo desarrollado representa de forma aceptable el comportamiento que ha tenido el muro de retención y los efectos geotécnicos actuales del sitio. Esto puede verificarse con la magnitud del desplazamiento en la parte superior del muro (13.0 cm, etapa II), la cual coincide con lo que se presenta en el sitio.

Analizando los resultados obtenidos en las etapas I y II (muro actual sin o con sobrecargas), se tiene que la mayor parte del asentamiento diferencial se desarrolla durante la construcción de las plataformas, seguido del asentamiento provocado por la sobrecarga de las casas.

En el caso del análisis de la etapa III (excavación), se comprueba que el procedimiento constructivo considerado en la solución de rehabilitación del muro mediante su sustitución, no impacta negativamente en la casa, ya que se presentan asentamientos diferenciales muy pequeños debidos prácticamente a la excavación.

Los factores de seguridad obtenidos indican que la realización de la excavación es confiable y que la rehabilitación del muro ayudará en gran medida a aumentar la estabilidad por falla general (aumentó el FS de 2.0 a 2.7).

La solución de sustituir el muro, técnicamente es la más factible ya que al realizar una excavación más profunda durante la rehabilitación, se corre el riesgo de afectar las casas que se encuentran sobre el relleno del muro, induciéndoles asentamientos diferenciales.

6 CONCLUSIONESCon base en los resultados obtenidos en los análisis geotécnicos y los trabajos de exploración geotécnica y laboratorio, se tienen las siguientes conclusiones.

La estructura de retención no cumple con las dimensiones recomendadas en el diseño geotécnico de muros tipo cantiliver; además de que no cuenta con talón.

La estructura de retención presenta falla por rotación, originada por la geometría del propio muro, la cual provocó que el momento resistente fuera menor al requerido para garantizar que la base de la zapata tuviera contacto en toda su base (reacción de

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8 Título del trabajo

forma triangular), presentando excentricidad de carga.

La mayor magnitud de reacción del suelo en la zapata se ubica en el punto de rotación del muro, lo que provoca mayores asentamientos en esta zona, manifestándose con la rotación o desplome visible del respaldo del muro y por ende la falla geotécnica del material de relleno.

Para el caso expuesto, el análisis de estabilidad tradicional, al no proporcionar datos sobre los desplazamientos que se presentan en la estructura de retención, requirió de un análisis numérico complementario. Este análisis numérico permitió reproducir el comportamiento del muro original en forma aproximada a la real, lo cual brindó las herramientas suficientes para evaluar y aceptar la sustitución de la estructura de retención.

REFERENCIAS

AMERICAN SOCIETY for TESTING and MATERIALS (2004). “Annual Book of ASTM Standards”, Section 04.08: Soil and Rock (I), USA.

Bowles J.E. (1996). “Foundation Analysis and Design”, McGraw Hill, Fifth edition. USA.

Budhu Muni (2008). “Foundations and Earth Retaining Structures”, First Edition, John Wiley and Sons. U.S.A.

Clayton C.R.I., Milititsky J. y Woods R.I. (1993). “Earth Pressure and Earth-Retaining Structures”, Second edition, Spon Press. U.K.

Das B.M. (2001). “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”, Primera edición, Editorial Thomson- México. México, 608 p.

Engineer Manuals, 1110-2-2502 (1989). “Retaining and Flood Walls”, Engineering Manual, US Army Corps of Engineers. U.S.A.

Poulos H.G. y Davis E.H. (1973). “Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics”, John Wiley, First edition. USA.

Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos A.C. (2001), “Manual de cimentaciones profundas”, SMMS A.C., México, 375 p.

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