Problematica en excavaciones profundas en suelos blandos

Ing. Lina Vanessa Marciales Prada Mc S. – Cum Laude                [pic 1]

Problemática en el diseño de excavaciones profundas en suelos blandos

El rápido desarrollo de la infraestructura en áreas urbanas ha aumentado considerablemente el número de obras de ingeniería que se adelantan en la actualidad, las cuales se asocian a la construcción de proyectos que incluyen excavaciones de magnitud considerable. Este hecho ha despertado un interés en la evaluación y el análisis de los métodos de diseño, procesos constructivos y control de las estructuras de contención (Salazar, 1997).

En la mayoría de los casos, es común que las excavaciones se lleven a cabo en áreas complejas (Bhatkar, et al. 2016), y cada día son más profundas debido al crecimiento acelerado de la población que requiere el empleo de espacios y uso del subsuelo para suplir la demanda de parqueaderos en la construcción de edificaciones urbanas y zonas comerciales. En este caso, el ingeniero geotecnista ha extrapolado su conocimiento y la experiencia que tiene en excavaciones menores, por lo cual es un desafío a la hora de establecer recomendaciones acordes con el aumento progresivo de la profundidad de estas.

En consecuencia, la práctica profesional de la ingeniería geotécnica requiere afrontar el reto de establecer soluciones efectivas y seguras a problemas que representan mayor dificultad técnica, donde la incertidumbre juega un papel importante en la etapa de diseño y hace que la selección del sistema de contención dependa no solo del costo y/o las restricciones del área, sino también de la experiencia en proyectos similares, así como de la disponibilidad de equipos (Moya, 1997).

De acuerdo con Morgenstern (2000), “la incertidumbre es crónica en la geotecnia, por consiguiente, el riesgo debe ser administrado”, es decir, el ingeniero debe mantener una conciencia continua y permanente sobre los factores que contribuyen al origen de las fallas e introducir previamente, la toma de conciencia como herramienta en la gestión integral de riesgos.

En el caso de las excavaciones profundas en suelos blandos de la sabana de Bogotá, se presentan retos especiales debido a su alta compresibilidad, baja resistencia y susceptibilidad a cambios de humedad, lo cual requiere disponer de una información adecuada sobre el suelo mediante ensayos de campo y laboratorio, con el objeto de validar el comportamiento mecánico del terreno. Además, se debe contar con la experiencia que pueda tener el ingeniero para efectuar análisis sofisticados con modelaciones que permitan plantear diferentes alternativas para buscar un ahorro en dinero durante la estructuración de un proyecto. 

La predicción de los desplazamientos del terreno inducidos por la excavación, es una parte esencial en el diseño geotécnico, porque los resultados de los métodos tradicionales de análisis no coinciden con lo observado en el terreno, lo cual ha generado un interés en las simulaciones numéricas de estos problemas, dado que de ellas se puede extraer importantes conclusiones que contribuirán a un adecuado diseño y sistema de control (Salazar, 1997). Sin embargo, aun cuando el diseñador tenga la experiencia necesaria, si carece de la información suficiente y confiable, deberá replantear sus recomendaciones que al final, se traducen en costos.

El uso de modelaciones numéricas facilita realizar un análisis de interacción suelo-estructura que debe garantizar la compatibilidad de esfuerzos y deformaciones. A su vez, esta condición permite conocer el comportamiento de los elementos estructurales, y puede optimizar tanto las dimensiones como el refuerzo requerido en el soporte (Olaya, 2015).  

La experiencia sumada a la tecnología mediante el uso de software especializado con base en el empleo de métodos numéricos avanzados, es considerada una herramienta poderosa para analizar problemas geotécnicos como las excavaciones profundas, en donde las simulaciones numéricas se emplean para estimar los movimientos del suelo inducidos por la excavación. La estimación y el control de estos movimientos son de gran importancia en las zonas urbanas, debido a la afectación directa que esta actividad podría generar a las estructuras adyacentes.

En particular, el análisis por medio de los modelos constitutivos puede representar de forma adecuada la deformación en mayor o menor grado de precisión, así como el comportamiento del suelo y el cambio en el estado de esfuerzos.

Además, estos modelos pueden tener en cuenta el comportamiento no lineal del suelo y el efecto del sistema constructivo, simulando las etapas constructivas que tenga una excavación, pero su aplicación necesita una comprensión adecuada sobre las condiciones del sitio, con el objeto de contar con parámetros confiables del terreno (Hashash et al., 2010). Cuanto más sofisticado sea el modelo constitutivo por utilizar, mayor será el número de parámetros geomecánicos que requerirá y por lo tanto, su empleo se limita a una adecuada investigación del subsuelo y ensayos de laboratorio que no siempre son posibles (Olaya, 2015).

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