Análisis de interacción suelo - estructura para refuerzo de suelos fisurados

Soil-structure interaction analysis for cracked soil reinforcement

Se presentan los resultados de un análisis de interacción suelo estructura realizado para el diseño de una cimentación en arcillas blandas fisuradas de la Sabana de Bogotá. El sistema de cimentación analizado consiste en una estabilización y en un refuerzo del suelo mediante inclusiones de suelo con cemento y cal. Se evaluó el efecto de las inclusiones sobre la capacidad portante y las deformaciones, teniendo en cuenta la presencia de grietas abiertas y fisuras presentes en el suelo debido a desecación. Los análisis se hicieron mediante un modelo axisimétrico de elementos finitos para modelar el suelo y las inclusiones rígidas. Los datos para los análisis se obtuvieron del estudio de suelos realizado, como parte del proyecto para una subestación eléctrica de alta capacidad, la cual está localizada en el municipio de Tenjo, Cundinamarca. Los resultados de los análisis son consistentes con las observaciones realizadas de la problemática de los suelos fisurados en el área y plantean una metodología de análisis y diseño para alternativas eficientes de cimentación en estos suelos fisurados.

INTRODUCCIÓN

La Sabana de Bogotá está formada superficialmente por depósitos de suelos arcillosos y limosos de origen lacustre. En el sector occidental de la Sabana (municipios de Cota, Tenjo, Chia, Funza y Mosquera) el terreno, en general, se encuentra cubierto de pastos y de árboles que demandan humedad del suelo y el balance hídrico indica que se puede presentar un efecto de desecación por pérdida de humedad hacia la atmósfera. La posición del nivel freático muestra una profundidad del orden de 5 a 7 m, nivel hasta el cual ha progresado el efecto de la desecación. Dado que se trata de suelos arcillosos con altos contenidos de humedad y relación de vacíos, al desecarse regionalmente se producen grietas generalizadas de alta intensidad sobre toda el área. Las exploraciones con apiques en el sitio indican que la separación típica de las grietas es del orden de 30 cm y, aproximadamente una de cada tres está abierta del orden de 5 cm. Esto da lugar a la formación de columnas de suelo desecado relativamente rígido, las cuales están apoyadas sobre la arcilla blanda no desecada que se encuentra a mayor profundidad.

El mecanismo que produce el agrietamiento y sus consecuencias ha sido estudiado y documentado en detalle [Vesga, Caicedo, Mesa, 2002], [Vesga, Caicedo, Mesa, 2003]; se ha identificado que la desecación causa endurecimiento de las arcillas [Rodríguez, 2002], sin embargo este aumento de rigidez y de resistencia es muy variable y está acompañado por grietas que se extienden en profundidad hasta el nivel freático. Por efecto de las grietas se conforman columnas de suelo del orden de 5 a 7 m de altura y debido a que en profundidad la arcilla es más blanda, se produce la falla por corte en la base de estas columnas. Esto produce asentamientos locales y al fallar unas columnas se recuestan contra las aledañas produciendo un efecto dominó. El colapso del suelo puede ocurrir aún sin sobrecarga.