FALLA POR CAPACIDAD DE CARGA EN TANQUES DE SILOS - CASO ELEVADOR DE GRANOS DE TRANSCONA

De acuerdo con los datos disponibles, no se realizó ninguna investigación ni prueba geotécnica detallada antes de que comenzaran las obras. Esta información no sorprende, dada la experiencia y los conocimientos disponibles en ingeniería geotécnica en esas épocas.

Las excavaciones para los cimientos comenzaron en 1911. Durante la excavación, se determinó que los primeros 1,50 m de suelo consistían en arcilla blanda y que debajo había una arcilla relativamente rígida conocida comúnmente como “blue gumbo” en la zona.

A una profundidad de 3,70 m se realizó un ensayo de compresión de placa “in situ”. La interpretación de los resultados y las correlaciones en su momento indicaron que el suelo de cimentación podía aceptar una carga uniforme de 400 kPa. Se estimó que la carga máxima aplicada no superaba los 300 kPa, por lo que la prueba realizada fue satisfactoria.

Además de las pruebas realizadas, se asumió que la arcilla rígida “blue gumbo” en el sitio tenía características y profundidad similares a las de los sitios de otros edificios complejos construidos en el área circundante.

Una vez que se completó la construcción, los tanques se llenaron uniformemente con grano. Cuando los tanques se llenaron hasta el 87,5%, se notaron grandes asentamientos del edificio de almacenamiento. En una hora, el asentamiento aumentó a 300 mm con una pendiente hacia el oeste, y en 24 horas el suelo de los cimientos se derrumbó y la estructura se inclinó unos 27° (Figura 2).

Inmediatamente después del accidente, se perforaron varios pozos de exploración más profundos. Las muestras tomadas no fueron analizadas en laboratorio, sin embargo, la clasificación del suelo se realizó mediante observación. Se concluyó que el suelo era una capa uniforme de arcilla, lo que confirmaba los supuestos de diseño anteriores.

En 1951 se realizaron dos perforaciones de suelo en el sitio (Peck y Byrant 1953); tomaron muestras de suelo intactas y realizaron pruebas triaxiales; los resultados se muestran en la Figura 3.

La Figura 3 muestra que la resistencia a la compresión en las capas superiores de arcilla fue qu = 108 kPa (resistencia al corte sin drenaje cu = qu / 2 = 54kPa), y que la arcilla en las capas inferiores tenía parámetros de resistencia más bajos (resistencia a la compresión qu = 62 kPa, cu = 31 kPa).

En 1952, Baracos (1955) realizó seis perforaciones adicionales. El perfil del suelo alrededor del elevador interpretado a partir de estos registros de perforación consiste en relleno de arcilla hasta una profundidad de aproximadamente 3m, arcilla marrón rígida hasta una profundidad de aproximadamente 8m y arcilla gris altamente plástica hasta una profundidad de 15m pies desde la superficie del suelo. Los depósitos de arcilla son material lacustre depositado por el lago glacial Agassiz en el período posglacial inmediato cuando la capa de hielo de Wisconsin bloqueó la salida norte de la región. La arcilla está sustentada por 3 a 5m de limo glacial hasta que se vuelve cada vez más denso con la profundidad (capa dura).

El lecho rocoso de piedra caliza se encuentra a una profundidad de aproximadamente 15m. La caliza superior está muy fracturada y contiene agua. En la Tabla 1 se resumen las propiedades del Índice de los suelos arcillosos de cimentación, promediados a partir de los resultados de las pruebas de laboratorio realizadas en muestras de la investigación de 1952. La arcilla se saturó por debajo de una profundidad de 3m. Los índices de compresión oscilan entre 0,45 y 0,75 según lo informado por Baracos (1955). Las relaciones de sobreconsolidación generalmente disminuyen con el aumento de la profundidad, y van desde 8 en la arcilla marrón hasta 1,5 en la arcilla gris subyacente. Estas observaciones de sobreconsolidación son consistentes con la experiencia local y se cree que son principalmente el resultado de la desecación. Dentro de la arcilla gris, es casi seguro que las presiones de preconsolidación fueron excedidas por la carga de la cimentación, un nivel de esfuerzos en el que se esperarían grandes asentamientos de consolidación de la estructura.

Estos resultados confirmaron que la carga debajo de la estructura de cimentación afectó las capas inferiores de arcilla más blanda que tenían parámetros de resistencia más bajos y, por lo tanto, se demostró que la falla del suelo de cimentación había ocurrido debido a una capacidad de carga insuficiente del suelo debajo de la estructura de cimentación.

Las condiciones de construcción, la carga bajo la estructura de cimentación y la zona geotécnica del área donde se desplantó el elevador de granos de Transcona eran similares a las de los edificios circundantes. Sin embargo, esta estructura tenía una base mucho más ancha y, por lo tanto, la distribución de esfuerzos y el impacto de la carga en el suelo de la base fue mucho más profundo.

Conociendo el peso muerto de la estructura (20.000 toneladas) y el peso del grano en los silos se puede calcular la presión de la cimentación en el momento de la falla. Con base en un peso unitario de grano de 27kg por bushel, la presión de cimentación cuando se observó por primera vez un asentamiento excesivo se estima en 30t/m2. Aunque se informó que los contenedores se llenaron uniformemente, no se puede pasar por alto la posibilidad de una carga excéntrica. Incluso una pequeña carga excéntrica (digamos del orden de 3 pies de diferencia de nivel de grano en los silos) podría haber afectado significativamente las presiones de contacto debajo de la estera, en particular si la estructura se considera rígida (Nordlund y Deere 1970).

En diciembre de 1913, Foundation Company presentó un plan a Canadian Pacific Rail para apuntalar el asilo, ya que se temía que su propuesta de cimentación también fracasara. El plan fue aceptado y el trabajo comenzó casi de inmediato para apuntalar la estructura hundiendo un pilar debajo de cada columna del edificio. Debido a las pesadas cargas y la altura de la estructura, primero fue necesario instalar un elaborado sistema de apuntalamiento de madera interno y externo. A pesar de la intrusión significativa de agua subterránea en los pilares de 1.5 de diámetro (Chicago Wells) que fueron todos excavados a mano, las operaciones del taller se completaron a principios de junio de 1914.

Durante el apuntalamiento, Foundation Company convenció a CP Rail de que era posible salvar los silos enderezándola y apuntalando la estructura una vez alcanzada la posición vertical. La estructura debía enderezarse excavando debajo del lado alto (este) y bajando gradualmente la base de la estera hasta la elevación del lado bajo (oeste). Inicialmente, se excavó una zanja a lo largo de todo el lado este del depósito hasta la parte inferior de los cimientos de la estera, como se muestra en la Figura 5.

Luego se excavaron galerías debajo de la losa de cimentación y se hundió una hilera de 14 pilas hasta alcanzar el lecho rocoso a lo largo del borde oeste de la losa. La intención era sostener la estructura con las pilas actuando como punto de apoyo, alrededor del cual la estructura rotaría a medida que se retiraba el suelo de debajo del lado alto. A medida que avanzaba la construcción, el plan original se modificó como se muestra en la Figura 6.

La estructura se elevó en el lado oeste utilizando 12 gatos hidráulicos sobre bloques de madera instalados en la parte superior de filas sucesivas de las pilas (Figura 7).. El 17 de octubre de 1914, con dos días de retraso, el depósito de basura estaba de nuevo en su posición vertical, habiendo sido elevado unos 4m en el proceso.