Comportamiento y Diseno de Cimentaciones Profundas en La Ciudad de Mexico

M E X I C O

COMPORTAMIENTO Y DISEO DE CIMENTACIONES PROFUNDAS EN LA

CIUDAD DE MXICO

ESPECIALIDAD: INGENIERA CIVIL

DR. MANUEL JESS MENDOZA LPEZ

Septiembre 20, 2007 Mxico, D. F.

COMPORTAMIENTO Y DISEO DE CIMENTACIONES PROFUNDAS EN LA CIUDAD DE MXICO

ESPECIALIDAD: INGENIERA CIVIL II

CONTENIDO RESUMEN EJECUTIVO 1. INTRODUCCIN 1.1 Aspectos generales 1.2 Objetivos y alcance 1.3 Enfoque 2. ANTECEDENTES HISTRICOS 3. TIPOS Y COMPORTAMIENTO DE CIMENTACIONES EN LA CIUDAD DE MXICO 4. COMPORTAMIENTO Y DISEO DE PILOTES DE FRICCIN EN CIMENTACIONES MIXTAS 4.1 Criterios de diseo 4.2 Sobre el comportamiento de una cimentacin mixta instrumentada

4.2.1 Breve descripcin de la cimentacin instrumentada 4.2.2 Qu carga toman los pilotes, y qu presin la losa? 4.2.3 Qu resistencia cortante se desarrolla en el fuste de los pilotes? 4.2.4 Cmo evolucion la presin de poro bajo la cimentacin? 4.2.5 Cunto se ha asentado la cimentacin? 4.2.6 Cmo reaccionan los pilotes ante sismos de mediana intensidad? 4.2.7 y qu sucede en el contacto losa-suelo durante sismos? 4.2.8 y cmo evolucionan las cargas sobre los pilotes y el esfuerzo en

el contacto losa-suelo, despus de sismos de mediana intensidad? 4.2.9 y cmo vara la presin de poro durante sismos? 4.2.10 Algunas observaciones sobre la interaccin dinmica suelo- cimentacin-superestructura

4.3 Capacidad de carga de pilotes de friccin 4.4 Discusin sobre el factor de adherencia, 4.5 Consideraciones acerca de la respuesta de pilotes ante cargas dinmicas 5. COMPORTAMIENTO Y DISEO DE PILAS COLADAS EN EL LUGAR 5.1 Criterios de diseo en Mxico

5.1.1 Contribucin de la punta 5.1.2 Contribucin del fuste

5.2 Criterios internacionales de diseo 5.3 Pruebas de carga en pilas de cimentacin

5.3.1 Enfoque y objetivos 5.3.2 Descripcin geotcnica del sitio San Antonio 5.3.3 Arreglo de las pilas de prueba y de reaccin 5.3.4 Pruebas bajo carga axial 5.3.5 Pruebas bajo carga lateral

6. SOBRE LAS SOLUCIONES NOVEDOSAS DE CIMENTACIN 7. CONCLUSIONES AGRADECIMIENTOS BIBLIOGRAFA Y REFERENCIAS ANEXO A. ENFOQUES DE DISEO DE PILOTES DE FRICCIN ANEXO B. MTODOS DE DISEO DE PILOTES DE FRICCIN

iii

1 1 1 2

3

6

8 9

11 11 13 14 16 17 17 19

19 20

21 23 25 27

28 28 29 29 30 31 31 32 33 33 37

40

41

43

43

45 48


ESPECIALIDAD: INGENIERA CIVIL III

RESUMEN EJECUTIVO Se describe en este trabajo la problemtica que enfrenta el anlisis, diseo y construccin de cimentaciones en la ciudad de Mxico, reconociendo que sus depsitos de gran espesor de arcillas lacustres muy compresibles y de baja resistencia al esfuerzo cortante, juegan el papel protagnico. Sin embargo, no slo por estas propiedades mecnicas son difciles las condiciones que enfrentan las cimentaciones en el valle de Mxico; a ellas se suman los efectos del hundimiento regional debido a la sobreexplotacin de los acuferos, y las intensas y frecuentes sacudidas que imponen los sismos generados por el fenmeno de subduccin en el Pacfico, principalmente. Se reconoce que los sismos imponen la condicin ms crtica a la estabilidad de las cimentaciones y edificaciones, como lo mostr la naturaleza en septiembre de 1985. Las cimentaciones que ms daos acusaron en esa ocasin fueron los de tipo mixto, formados por cajn y pilotes de friccin; enormes asentamientos, fuertes desplomos e incluso total volcamiento, fueron manifestaciones claras de diseos inadecuados, en los que se perdieron los criterios iniciales sanos. No obstante, tambin debe reconocerse que se tenan lagunas en el conocimiento acerca de su comportamiento, principal-mente por la falta de comprobacin experimental entre lo previsto tericamente y lo observado en cimentaciones reales. Como un caso que aporta informacin valiosa al respecto, se expone y discute en este trabajo el comportamiento a corto y a largo plazos, as como durante eventos ssmicos, de una cimentacin mixta desplantada en un sitio arcilloso muy blando de la Zona del Lago. Se trata del apoyo No. 6 del puente Impulsora, que cruza la estacin del mismo nombre de la Lnea B del Metro. Se han monitoreado instrumentalmente desde hace poco ms de diez aos variables internas tales como la carga sobre los pilotes, la presin en el contacto losa-suelo, las presiones de poro bajo la cimentacin, y sus aceleraciones. No slo se han medido estas variables durante la construccin y operacin, sino durante el transcurso mismo de sismos; se cuenta con el registro de los once sismos de mayor intensidad en ese lapso. Lo anterior se complementa con las aceleraciones medidas en la superficie del terreno y a 60 m de profundidad en el campo libre cercano, as como en trabes del puente. Hasta donde ha podido conocer el autor, este es el primer programa en el mundo de monitoreo geotcnico y acelerogrfico en cimentaciones con pilotes de friccin. Los registros instrumentales dan informacin confiable acerca de las interacciones que ocurren entre los componentes del sistema suelo-cimentacin-estructura, bajo carga sostenida y ssmica. Entre ellos, la transferencia de cargas a lo largo del fuste de los pilotes y la importante contribucin de su punta a la capacidad de carga; la resistencia cortante desarrollada en su fuste resulta menor que la resistencia no drenada original del suelo; se estima que esto debera ser considerado en las futuras revisiones de las NTC-Cimentaciones del Reglamento de Construcciones para el D. F. Los resultados indican que los pilotes de friccin son el soporte bsico de las cargas sostenidas y que la losa lo hace en mucho menor proporcin, aunque juega un rol significativo durante eventos ssmicos. En efecto, ante acciones ssmicas de mediana intensidad, suceden mecanismos de transferencia de carga de los pilotes a la losa, cuando se reduce la adherencia-friccin en su fuste y se degrada su capacidad de soporte. Los cambios dinmicos de la presin de poro por la accin ssmica son pequeos y totalmente transitorios, sin desarrollar presin residual. Es creencia generalizada que la presencia de una cimentacin piloteada modifica el contenido de frecuencias de los movimientos en campo libre. Sin embargo, por lo menos en las direcciones horizontales, los registros acelerogrficos muestran con claridad que una cimentacin como la estudiada desplantada en un depsito de suelos blandos, mantiene un patrn de respuesta muy similar al del campo libre. Esto indica que los pilotes siguen los movimientos horizontales del subsuelo, y que consecuentemente la interaccin dinmica horizontal


ESPECIALIDAD: INGENIERA CIVIL IV

entre el conjunto pilotes-cajn y el suelo es despreciable. Por el contrario, este sistema ofrece una restriccin significativa a los movimientos verticales dinmicos del terreno, por lo que la interaccin dinmica en esa direccin es muy significativa. Por otra parte, las incertidumbres que plante el desempeo de las cimentaciones desplantadas en la Zona del Lago despus de los sismos de 1985, aunado al comportamiento de stas a largo plazo, caracterizado por los significativos asentamientos totales y diferenciales, propici el desarrollo en la ltima dcada de las zonas sin depsitos de arcilla blanda. Se ha generado una fuerte demanda de cimentaciones profundas basadas en pilas coladas en el lugar en la Zona de Transicin y en la Zona de Lomas, ponindose entonces a prueba nuestro conocimiento acerca de su comportamiento. La construccin de los denominados Segundos Pisos brind la oportunidad de realizar pruebas de carga en pilas de cimentacin del Distribuidor Vial San Antonio, unas bajo carga axial, y otras sometidas a carga lateral. Fueron ampliamente instrumentadas, por lo que las lecciones derivadas del anlisis de sus resultados dan pautas bien documentadas y probadas acerca de su comportamiento. Se exponen aqu los resultados ms relevantes, los que permiten revisar los enfoques de diseo de pilas coladas in situ. Se demuestra que varios de los hechos experimentales medidos no avalan algunas de las suposiciones aceptadas como vlidas en la ingeniera de cimentaciones de la ciudad, e incluso contradicen varios supuestos que usualmente se asumen en el diseo de pilas en el valle de Mxico. Los resultados de las mediciones han puesto en evidencia, los mecanismos de transferencia de carga. La aportacin de la punta a la capacidad de carga es mnima, incluso para cargas superiores a la de operacin; destaca la muy alta carga resistida, aportada fundamentalmente por friccin. En todo caso, la contribucin de la punta es una reserva de capacidad de carga si se aceptan asentamientos fuertes, toda vez que su desarrollo requiere esos desplazamientos. Desde luego, con slo un caso-historia no puede llegarse a conclusiones generales. Es necesario instrumentar la cimentacin de edificios en la ciudad de Mxico, as como modificar el enfoque que actualmente prevalece aqu, y se acuda a las pruebas de campo, tanto por lo que se refiere a la determinacin de propiedades mecnicas, como a pruebas directas de carga en pilotes y pilas. El autor estima que el mejoramiento de la prctica de la ingeniera de cimentaciones en la capital, transita en un terreno en el que las observaciones y mediciones en las obras deben compararse con las mejores predicciones tericas y en las que se involucre el modelado ms cercano del comportamiento de los geomateriales. Cuando slo se avanza en ese modelado analtico no se cierra el crculo virtuoso que permite mejorar nuestra disciplina. Tambin es cierto que las mediciones por si solas, sin anlisis y sin un marco terico que permita contrastarlas, resultan superfluas y costosas; es indispensable plantear una comparacin entre lo bien medido y la mejor prediccin. De tal anlisis avanzamos no slo en el modelado terico-numrico, sino tambin en tcnicas de instrumentacin ms precisas, confiables y econmicas para medir las variables de estado de los fenmenos fsicos que estn detrs de los comportamientos de las obras. Por lo que se refiere a soluciones novedosas de cimentacin el futuro es promisorio, pero cabe proceder con cautela dadas las peculiaridades geotcnicas y ambientales de nuestro medio; es deseable documentar sus comportamientos a fin de ir ganando la indispensable experiencia para su seleccin, diseo y construccin. Palabras clave: Pilotes de friccin, pilas de cimentacin, ciudad de Mxico, arcillas blandas, sismos, hundimiento regional.


ESPECIALIDAD: INGENIERA CIVIL 1

1. INTRODUCCIN 1.1 Aspectos generales Existen mltiples e incluso viejas descripciones de problemas relacionados con cimentaciones de edificaciones en la ciudad de Mxico, en virtud de que una gran porcin de su rea urbana se asienta en la Zona del Lago, o Zona III, caracterizada por suelos arcillosos muy compresibles y con baja resistencia al esfuerzo cortante; geolgicamente, stos corresponden a materiales depositados en el Reciente en el fondo de los lagos antiguos de Tenotchtitlan y Texcoco. A estas propiedades mecnicas precarias se suman los efectos del asentamiento regional y del muy activo ambiente ssmico que prevalece en la regin. El fenmeno de subsidencia est asociado a la reduccin de las cargas piezomtricas que ocurren en los acuferos superficiales y profundos, como resultado de la sobreexplotacin de agua para consumo humano e industrial. Las fuertes sacudidas ssmicas que sufre la capital del pas son provocadas predominantemente por el fenmeno de subduccin que ocurre al penetrar la placa de Cocos bajo la placa continental de Norteamrica, en la regin costera del Pacfico. Son dos aspectos principales en que globalmente podemos dividir la problemtica que enfrentan las cimentaciones en la Zona del Lago, como resultado de los suelos que ah se encuentran y de las perturbaciones externas a que estn sometidas. Por una parte se tienen los asentamientos o expansiones totales y diferenciales de las cimentaciones, mismos que inciden en su funcionalidad, esttica, y posibles problemas de estabilidad. Es usual que los efectos de este problema se vayan acentuando a largo plazo, en detrimento de las conducciones de todo tipo de las edificaciones, accesos y en general de toda su operacin. El otro gran problema que enfrentan las cimentaciones de la ciudad de Mxico es durante sismos intensos, los que como se apreci con la ocurrencia del sismo de Michoacn de 1985, imponen la condicin ms crtica durante su vida til, al punto que pueden sufrir asentamientos diferenciales y totales sbitos muy considerables, e incluso su colapso total al provocar el volcamiento de edificaciones. Puede afirmarse que precisamente esos sismos de 1985 son un verdadero parte-aguas en el desempeo de las cimentaciones, ya que determinaron modificaciones sustanciales en su anlisis y diseo, as como en las regulaciones que imponen los reglamentos de construccin. Propiciaron tambin cierta disposicin y nimo para escudriar los motivos que causaron los daos observados, aunque debe reconocerse que al cabo de poco ms de 20 aos, desafortunadamente una y otro han ido a la baja. 1.2 Objetivos y alcance El objetivo central de este ensayo es el de distinguir algunos trabajos geotcnicos que se han llevado a cabo durante las ltimas dos dcadas, para enfrentar las dificultades que imponen los suelos de la ciudad de Mxico. Sin pretender ser exhaustivo se analizan los tpicos geotcnicos que todava mantienen incertidumbres y se revisan suposiciones de diseo que parece conveniente reconsiderar. No se pretende ahondar en los diversos procedimientos analticos para predecir tericamente el comportamiento de cimentaciones ante acciones ssmicas, o la evolucin de sus asentamientos; se busca ms bien un enfoque, en el que se precisen fenmenos observados y hechos medidos, con una interpretacin fenomenolgica. Como objetivos especficos, a) se expondrn diversos estudios efectuados acerca del comportamiento y diseo de pilotes de friccin en cimentaciones mixtas en la Zona del



Lago, debido a que fueron las que acusaron los mayores daos durante los sismos de 1985. Se presentarn resultados obtenidos del monitoreo de una cimentacin prototipo instrumentada con aparatos ssmicos y geotcnicos; y, b) se abordar el comportamiento y diseo de pilas de cimentacin, ya que la construccin de inmuebles en la ciudad de Mxico se acenta en los ltimos aos hacia el poniente, donde es muy usual recurrir a este tipo de cimentacin. En efecto, diversas obras de infraestructura recientes en las Zonas de Transicin y Lomas, tales como los denominados Segundos Pisos, han permitido realizar algunos estudios que dan luz acerca de los mecanismos de transferencia de carga que ocurren en cimientos profundos. Se expondrn los resultados de pruebas de carga tanto axial como lateral sobre pilas coladas in situ, mismas que fueron instrumentadas tanto a lo largo de su cuerpo como en su punta; ello permiti dilucidar sin lugar a dudas acerca de las aportaciones de las resistencia por friccin y por punta a las cargas aplicadas. Finalmente, habrn de comentarse algunas tendencias actuales que se distinguen en la ingeniera de cimentaciones de la capital del pas y zonas vecinas. Entre ellas el uso de inclusiones rgidas, micropilotes, geotextiles y georefuerzos. 1.3 Enfoque Se han tenido avances significativos en el campo de la ingeniera geotcnica en las ltimas dcadas. Sin duda, ingenieros e investigadores han realizado estudios tericos, observaciones y mediciones en campo, y determinaciones experimentales en el laboratorio, mismos que han aumentado nuestra claridad en los patrones de comportamiento de cimentaciones y estructuras trreas. Sin embargo, debe enfatizarse que el ingeniero geotecnista enfrenta problemas en los que el conocimiento de las propiedades de los materiales trreos es incompleto, la teora disponible no representa totalmente el comportamiento intrnsecamente complejo y/o que los mecanismos que controlan la interaccin con otras estructuras no son del todo comprendidos. En todo caso, los desarrollos tericos ms elaborados requieren una verificacin; sus predicciones deben confrontarse con la realidad. El autor est convencido de que el mejoramiento en la prctica de la ingeniera geotcnica transita en un terreno en el que las observaciones y mediciones en las obras deben compararse con las mejores predicciones tericas y en las que se involucre el modelado ms cercano del comportamiento de los geomateriales. Cuando slo se avanza en ese modelado analtico no se cierra el crculo virtuoso que permite alcanzar estados ms elevados del conocimiento en nuestro quehacer geotcnico. De hecho, un impulso muy claro que tuvo la ingeniera geotcnica fue a travs del mtodo observacional puesto en prctica por Terzaghi, Peck y Marsal, entre otros destacados ingenieros no slo como un medio de investigacin, sino para la consecucin de obras. De una situacin incierta en mayor o menor medida, y con una serie de hiptesis de trabajo acerca de cmo debera comportarse alguna cimentacin o estructura trrea, las mediciones en una obra durante su construccin han comprobado su valor para dar respuestas sustentadas, y tomar decisiones oportunas para concretar una obra. Tambin es cierto que las mediciones por si solas y sin un marco terico que permita contrastarlas, resultan superfluas y costosas; es indispensable plantear una comparacin entre lo bien medido y la mejor prediccin. De tal anlisis y contraste avanzamos no slo en el modelado terico-numrico, sino tambin en tcnicas de instrumentacin ms precisas, confiables y econmicas para medir las variables de estado de los fenmenos fsicos que estn detrs de los comportamientos de las obras.



2. ANTECEDENTES HISTRICOS Chichimecas provenientes del norte de la frontera mesoamericana fundaron la ciudad de Mxico Tenochtitlan en 1325, asentndose en sitios ms bien inhspitos de la Cuenca de Mxico. Los pobladores que ocupaban los lagos de Zumpango y Xaltocan por el norte, el de Texcoco-Tenochtitlan en la porcin central donde se ubicara el centro de la ciudad, y los lagos de Xochimilco y Chalco al sur impidieron que se asentaran en sus riberas; no tuvieron ms remedio que ocupar la zona lacustre pantanosa. Se reconoce que ancestralmente vivan en las riberas de un lago llamado Aztln, por lo que ese medio no les fue ajeno, de tal forma que ah se establecieron y florecieron, consiguiendo un gran desarrollo artstico, tcnico y blico ya como cultura Mexica. En pocas dcadas incorporaron conocimientos de otros pueblos del altiplano y construyeron un gran imperio, destacando las colosales construcciones trreas como el dique de Nezahualcyotl con 16 km de longitud, plataformas artificiales y el complejo ceremonial de Tenochtitlan en el que sobresala el Templo Mayor.

As, al llegar los conquistadores espaoles al valle de Mxico en 1519, quedaron maravillados por la majestuosidad de la ciudad (Fig. 1), de la que destacaban sus amplias avenidas, casas y palacios, as como la conveniente red de canales que permitan el fcil trnsito de chalupas y trajineras por la ciudad, calles de agua o acequias como ellos les llamaron, o acalotes como localmente los conocan. Los antiguos mexicanos reconocieron la problemtica de cimentar sus obras en la antigua Tenochtitlan. Como ejemplo, en la construccin del Templo Mayor con 36 m de altura y ubicado en el corazn actual de la ciudad capital, se pusieron en prctica procedimientos y conceptos geotcnicos que tienen vigencia en la actualidad (Fig. 2), como son el mejoramiento masivo del terreno mediante el hincado de troncos (no fueron acaso los precursores de las inclusiones rgidas?), la construccin de un relleno para precargar el subsuelo y la construccin por etapas seis en esta pirmide- (no son acaso las opciones ms econmicas actualmente, si se dispone de tiempo?), el uso de estacones (Fig. 3) para transferir la carga al subsuelo (ahora los conocemos como

Figura 1. Visin panormica artstica de la Gran Tenochtitlan



pilotes!. o acaso son inclusiones?), y el empleo de tezontle como relleno ligero con el objeto de reducir el peso de la pirmide (ahora tambin usamos poliestireno y otros materiales sintticos!). Salvando las dificultades que ofreca el subsuelo, esta obra magnfica de la que todava tenemos vestigios, se conserv estable aunque con asentamientos tan grandes como 6.5 m, hasta que fue arrasada por los conquistadores para edificar sobre ellas diversas construcciones coloniales. Precisamente al desarrollarse las edificaciones del gobierno y los templos religiosos de la Colonia, muchas de ellas sobre las ruinas mismas de las construcciones mexicas, se genera en el subsuelo una historia compleja de cargas y descargas as como zonas precomprimidas, lo que da como resultado la variacin inducida de las propiedades mecnicas del subsuelo, y como consecuencia la aparicin de asentamientos diferenciales en esas y en las actuales construcciones del Centro Histrico de la ciudad. Muchos de los actuales problemas geotcnicos que enfrentamos en la ciudad de Mxico pudieron haberse evitado, si hubiese prevalecido la idea de quienes opinaban que no deba edificarse la capital de la Nueva Espaa sobre las ruinas de la antigua Tenochtitlan. El pensamiento y voluntad de Hernn Corts se impuso. Durante los tres siglos de la Colonia se fue realizando sistemticamente la desecacin de las zonas anegadas, perdiendo terreno el agua hasta eliminar totalmente las acequias, tornndose en la actualidad muchas de ellas en avenidas por donde circulan modernos sistemas de transporte; de aquellos canales con trajineras slo quedan los de Xochimilco. Las construcciones dentro de la Traza Colonial, que comprende al Centro actual de la capital, sufrieron las consecuencias de su desplante sobre los dep-

Figura 2. Visin artstica de la construccin del Templo Mayor (Original de Claudia de Teresa)



Figura 3. Evidencia de los estacones al pie del costado norte del Templo Mayor sitos lacustres blandos. Al Portal de Agustinos situado en la vieja calle de Tlapaleros, lo que hoy corresponde a la avenida 16 de Septiembre en el Centro, se le describe con muchos de sus arcos hundidos por la insegura inestabilidad del subsuelo lodoso que no soporta grandes pesos, mayormente y con ms razn ste, que sustentaba dos pisos altos, de elevadas techumbres. Esta descripcin explica claramente el efecto y la causa primordial al sobrecargar las cimentaciones superficiales en la Zona del Lago. Al crecer la ciudad en el siglo pasado, no fue extrao que se optara porque ste fuese vertical, aumentando el nmero de pisos en sus construcciones, cayendo as a modos naturales de vibrar de esas estructuras, similares a los de algunas porciones de la Zona del Lago, donde se conjugan ciertos espesores de suelo blando, bajas rigideces dinmicas y ciertas frecuencias dominantes de las ondas ssmicas. Ello determin la fuerte respuesta de edificios de moderada altura cimentados con un cajn de cimentacin y pilotes de friccin, ante la ocurrencia de sismos intensos. En los lagos al oriente de la ciudad y a travs del Proyecto Texcoco, propuesto en 1963 por el Dr. Nabor Carrillo, ex Rector de la UNAM, se ha desarrollado la infraestructura hidrulica y geotcnica necesaria para contribuir al aprovechamiento integral de los recursos hdricos de la Cuenca, conjurar el peligro de inundaciones y buscar formar un rea verde en el fondo desecado del lago de Texcoco. El asentamiento regional y las inundaciones de la zona Centro de la ciudad en la primera mitad del siglo pasado, exigieron dar una solucin diferente a la salida de las aguas servidas de la ciudad que se hacan por superficie mediante el Gran Canal del Desage; as se proyect y construy el sistema del Drenaje Profundo, constituido por diversos tneles. Recientemente se pretendi construir el Nuevo Aeropuerto de la ciudad de Mxico en el vaso del antiguo lago de Texcoco, sitio que si bien rene muchos de los problemas geotcnicos ya descritos, su cercana a la ciudad, y su extenso espacio plano para construir hasta tres pistas paralelas para operar llegadas y/o salidas simultneas, lo hacan (lo hacen!) una solucin nica y una alternativa clara a la problemtica que enfrenta nuestro limitado aeropuerto actual con slo una pista activa; los desarrollos tecnolgicos de la actualidad y las experiencias de los ingenieros geotecnistas mexicanos, al igual que lo hicieron los chichimecas, seguramente tendrn soluciones ad-hoc a aquellos retos geotcnicos para edificar esta magna obra de infraestructura que requiere la capital del pas.



3. TIPOS Y COMPORTAMIENTO DE CIMENTACIONES EN LA CIUDAD DE MXICO En la Fig. 4 se muestran los esquemas de los diversos tipos de cimentacin que se emplean en la ciudad de Mxico. De los cimientos superficiales de mampostera que datan de hace varios siglos, al aumentar el peso y tamao de los edificios de concreto armado o acero, se pas a las losas de cimentacin de concreto reforzado, con las que se transfiere la carga al suelo de apoyo a travs de todo el rea en planta de la edificacin. A fin de reducir la presin sobre el subsuelo, se introdujo despus el concepto de cimentacin compensada, mediante el que parte, todo, o aun ms del peso del edificio (cimentacin parcial, total y sobre-compensada, respectivamente) se compensa con el peso del suelo excavado a fin de construir la estructura de la cimentacin; sta es un cajn monoltico de concreto reforzado, rgidizado mediante contratrabes peraltadas usualmente dispuestas ortogonalmente, con una losa en el fondo que hace contacto con la superficie de desplante, y una losa tapa que cierra las celdas huecas del cajn. La primera aplicacin de esta idea en nuestra ciudad parece deberse al ingeniero Miguel ngel de Quevedo, quien en la primera dcada del siglo pasado construy una tienda departamental y un banco en el Centro con stano a 4 m de profundidad.

Zapatas Losa de cimentacin

LosaContratrabe

P.B.

Cimentacin compensada

ContratrabeMuro delcajn

Losa decimentacin

FormacinArcillosaSuperior

Cajn

Capa dura

Pilotes de punta penetrante

Capa dura

Pilotes entrelazados

Cajn

Puente Colchnde maderaBarra

de acero

Capa dura

Losa decimentacin



Pilote de control

Pilotes de punta

Capa dura

Columnas

Pilotes de friccin

Capa dura


Cajn

Figura 4. Tipos de cimentacin para casas y edificios de la ciudad de Mxico



Cuando se requiri cimentar edificios de muchos pisos se opt entonces, como era y es prctica usual en todo el mundo, por transferir su peso a estratos ms competentes, desplantndose entonces los pilotes de punta en la denominada Primera Capa Dura a unos 30 m de profundidad. Pasado el tiempo y por el hundimiento regional del valle, estas edificaciones exhibieron una emersin aparente respecto a la superficie del terreno circundante, provocando problemas a las instalaciones del edificio y daando seriamente a las estructuras contiguas cimentadas por superficie, adems de mostrar una apariencia desagradable. Como alternativa a este tipo de cimentacin surgi (Zeevaert, 1957) la mixta compensada, constituida por un cajn de cimentacin y pilotes de friccin, la que mucho se us en edificios de 6 a 15 pisos, aproximadamente; en este caso, la punta de los pilotes no tocan un estrato duro, sino que stos se mantienen embebidos totalmente en los depsitos arcillosos blandos. Tambin se ha recurrido a este tipo de cimentacin para los apoyos de los puentes vehiculares o las lneas elevadas del Metro ubicadas en la Zona del Lago. Para este ltimo caso, se ha reportado que de 1967 a 1996 se construyeron 15 km de la red mediante la solucin elevada, soportada por una losa de cimentacin y pilotes de friccin; y que de acuerdo con el Programa Maestro del Metro habrn de construirse 300 km para el ao 2020, de los cuales por lo menos 50 km sern con una solucin elevada. Ello llevar entonces a construir ms de un millar de apoyos que se resolvern muy probablemente con un cajn de cimentacin y pilotes de friccin. Para la cimentacin de edificios, surgieron alternativamente otras propuestas de cimentacin (tres de las cuales se muestran en la Fig. 4), desde luego algunas con ms aplicaciones que otras, las cuales en general pretenden aprovechar la relativamente alta capacidad de los pilotes de punta, pero reduciendo los inconvenientes citados por la emersin mediante mecanismos especiales de control; con ellos se adecuan los desplazamientos del edificio a los movimientos de la superficie del terreno circundante.



4. COMPORTAMIENTO Y DISEO DE PILOTES DE FRICCIN EN CIMENTACIONES MIXTAS No fue sino despus de 20 aos que especialistas de otros pases reconocieron las virtudes de los sistemas de cimentacin mixtos, como un medio eficiente de transferir cargas estructurales al subsuelo (Burland, 1977), a menor costo (Hansbo, 1984), y reduciendo tanto los asentamientos totales como los diferenciales. Los enfoques previos despreciaban la contribucin de la losa de cimentacin, asignando toda la capacidad de carga a los pilotes. Sin embargo, durante los eventos ssmicos del 19 y 20 de septiembre de 1985 se tuvo evidencia de la vulnerabilidad de las cimentaciones mixtas con cajn y pilotes de friccin construidas en la ciudad de Mxico. Usualmente estas cimentaciones contaban con pilotes en nmero, longitudes, materiales y secciones transversales muy diversas, hincados en la Formacin Arcillosa Superior (FAS), y con un cajn rgido de concreto reforzado desplantado a una profundidad de entre 2 y 5 m. Los daos que ms sufrieron las edificaciones sobre cimentaciones mixtas fueron desde desplomos y asentamientos muy significativos, hasta el volteo total, como es el caso del edificio mostrado en la Fig. 5. Investigaciones al respecto pusieron en evidencia que el 13% de la totalidad de edificios de 5 a 15 pisos, construidos en la parte central de la ciudad de Mxico, tuvieron deficiencias atribuibles directamente a su cimentacin (Auvinet y Mendoza, 1986) la cual, en la gran mayora de las veces, estaba resuelta precisamente con pilotes de friccin. Dado el auge constructivo de los 70s y 80s, haba muchos usos, y tambin abusos, de cimentaciones con pilotes de friccin. Lo que haba surgido como una idea para reducir asentamientos mediante la adicin de pilotes de friccin a cimentaciones compensadas, fue desvirtundose hasta convertirlos en aportadores bsicos de la capacidad de carga del sistema de cimentacin; y no obstante, manteniendo consideraciones de diseo aplicables slo al enfoque original. Lo ocurrido aqu en 1985 puso de manifiesto las dificultades que se tienen que vencer para analizar, disear y construir convenientemente estas cimentaciones mixtas en condiciones combinadas de suelos muy blandos y zonas ssmicas, precisamente cuando se desvirtan los enfoques primarios de su concepcin y se sobresimplifican los anlisis que estas cimentaciones demandan. Usualmente en la ingeniera prctica se adopta un

Figura 5. Colapso total por volteo de un edificio cimentado con cajn y pilotes de

friccin. Sismo de Michoacn, Septiembre 19 de 1985.

Tramo de pilote

Cajn de cimentaci



enfoque emprico con reglas heursticas, que se traducen a menudo en asentamientos excesivos, e incluso en cimentaciones inseguras ante sismos. Sin duda, el porcentaje tan alto de fallas en cimentaciones con pilotes de friccin durante los sismos de 1985, denotaba una problemtica. Se perciba incluso cierta desconfianza de la sociedad mexicana hacia los ingenieros. Haba desconcierto hasta en los propios ingenieros geotecnistas de la ciudad; se escuchaban supuestas explicaciones, varias de ellas confusas y sin sustento. Era evidente la necesidad de mejorar en la comprensin de su comportamiento, primordialmente ante eventos ssmicos, con base en estudios experimentales en cimentaciones prototipo, pruebas de carga y ensayes en el laboratorio, as como en estudios analticos que integraran esos resultados; en lo subsiguiente se exponen algunos de estos estudios, enfatizando sus implicaciones. 4.1 Criterios de diseo Las prcticas de diseo de cimentaciones con pilotes de friccin antes de los sismos de 1985 suponan la total compensacin por el suelo excavado para la construccin del cajn, y la adopcin como capacidad de carga ltima del sistema a la suma de la capacidad de carga de la losa y la de los pilotes, suponindolos trabajando por friccin positiva a travs de toda su longitud. Aun adoptando este criterio de diseo, los anlisis de diversos casos con comportamiento deficiente (Mendoza, 1989) demostraron condiciones de inestabilidad, particularmente al considerar la combinacin de cargas estticas y ssmicas, atendiendo a lo que sealaba el Reglamento de 1976 entones vigente. En algunos de los edificios analizados, y debido a su esbeltez, las solicitaciones ssmicas sobre los pilotes se debieron esencialmente a su cabeceo (rocking mode); este modo de vibracin genera cargas cclicas axiales sobre los pilotes, acentuadas en los localizados en las esquinas y orillas de la cimentacin. El efecto combinado de mayores cargas y degradacin de la resistencia en la interfaz pilote-suelo, propici los fuertes asentamientos y en algunos casos su falla al vencerse tambin la capacidad de carga de la losa por los incrementos en la presin de contacto sobre la losa de fondo, la que mantena de antemano presiones altas. Despus de los sismos de 1985, varios profesionales descalificaron globalmente a los pilotes de friccin, sin distinguir bajo qu condiciones haban sucedido los casos de desempeo deficiente; su comportamiento no era cabalmente comprendido. Sin duda, los sismos impusieron condiciones extremas con las que se evidenciaron las limitaciones de algunos diseos, en los que, bajo cargas estticas, se aplicaban esfuerzos cortantes muy altos en comparacin con la resistencia del suelo. Con los resultados de estudios que se comentan en el subinciso 4.2.6, estos comportamientos deficientes se explican por la degradacin de la capacidad de carga de los pilotes, cuando al estar bajo carga sostenida cercana a su capacidad ltima esttica, se agregan acciones ssmicas altas. Como resultado de las situaciones antes planteadas, en el RCDF de 1987 se adopt un criterio conservador para verificar su estabilidad. A partir de entonces, ya no se permite sumar esas dos contribuciones. La norma fija que la capacidad de carga del sistema ser definida slo por el valor ms alto ya sea de la capacidad de la losa, sin considerar la contribucin de los pilotes; o bien, de la capacidad de carga de los pilotes, ignorando la contribucin de la losa. La versin 1987 del Reglamento adopt un factor de reduccin de la resistencia ms drstico que el antes aceptado; pas de FR = 0.7, a FR = 0.7(1 s/2) , en donde el cociente s resulta de dividir la carga ssmica mxima entre la carga total aplicada (incluyendo aqulla) para cada pilote; as, el FR alcanz valores entre 0.5 y 0.7. En la versin 1995 del Reglamento, se seala que



ese factor deba ser: FR = 0.7(1 - s/5) con lo que se aceptaba tcitamente que la reduccin impuesta despus del sismo resultaba conservadora y que, como se mencion anteriormente, los problemas observados no eran propios del uso de los pilotes de friccin en s, sino del abuso de algunos de sus diseos. En el RCDF actual se reconoce para todas las combinaciones de carga un factor FR = 0.7. Cabra reconocer a travs de un factor correctivo, la eventual ocurrencia de degradacin en la respuesta de los pilotes ante acciones ssmicas, en la medida que su carga sostenida est ms cerca de su capacidad esttica ltima. Ntese que el FR de 1987 y 1995, slo era funcin de las cargas aplicadas, sin relacionarlas con la capacidad ltima; o dicho de otra forma, no se tomaba en cuenta el nivel de esfuerzos (sostenido+cclico), en relacin con la resistencia no drenada. Cabe aqu hacer algunas consideraciones acerca de los enfoques I y II indicados en el Anexo A para el diseo de cimentaciones mixtas. Bajo condiciones ssmicas, cuando se adopta el criterio de diseo I (diseo en trmino de capacidad de carga), se pierde la friccin negativa al desarrollarse movimientos relativos entre el suelo y los pilotes; prueba de ello es el asentamiento repentino de la masa de suelo relativamente superficial adosada a edificios sobre pilotes de punta interactuando con la cimentacin y provocando, por ejemplo, slo la destruccin de banquetas; al ocurrir un sismo y generarse movimientos laterales diferenciales entre suelo y pilotes, stos simplemente se sacuden al suelo que se mantena de ellos colgado. Se estima que las fuerzas de arrastre no slo se reducen en los diseos de pilotes de friccin del tipo I, sino que ante la ocurrencia de un sismo, la friccin negativa se torna positiva, al tender la cimentacin a asentarse por los movimientos de cabeceo; por lo observado en 1985, ese cambio parece que no conlleva asentamientos bruscos. As, este enfoque prcticamente asegura un sistema no degradable en lo referente a su capacidad de carga. Con este tipo de diseo, no es posible tomar ventaja del efecto de compensacin, con excepcin de la subpresin si la hay-, ya que no puede asegurarse un contacto efectivo entre la losa de cimentacin y el subsuelo. Sin embargo, parece poco probable que los pilotes tiendan a emerger a largo plazo, o que se separe la losa del suelo, debido a la ausencia de consolidacin entre el nivel neutro y la superficie del terreno. No se conocen casos historia en la ciudad de Mxico en los que se haya documentado esa separacin. Por el contrario, se han reportado casos (Marsal y Mazari, 1969; ver Fig. XVII-43) de cimentaciones incluso sobre pilotes de punta (la situacin extrema donde el nivel neutro se ubica en la punta de los pilotes) en los que la masa de suelo se mantuvo adherida a la losa de cimentacin, aun cuando el edificio tena una emersin de aproximadamente 1.5 m. Por lo que se refiere al diseo del tipo II (diseo en trminos de asentamientos), la cantidad y dimensiones de los pilotes son tales que su capacidad de carga es menor que el peso del edificio, aun cuando se desarrolle friccin positiva en toda su longitud; esto implica que la losa de cimentacin trasmite al suelo necesariamente parte de ese peso. As, los pilotes trabajan al lmite de su capacidad, restringiendo el desarrollo de friccin negativa y asegurando el beneficio del efecto de compensacin, aunque como ya se discuti, la presin de compensacin debe ser una fraccin del esfuerzo total previo. Sin embargo, es claro que cualquier incremento de esfuerzo, como el derivado de las acciones ssmicas, debe ser tomado principalmente por el suelo que subyace la losa de cimentacin; tal incremento al subsuelo se sumara a los esfuerzos que le ejercen los pilotes. Estos argumentos apuntan a que el diseo tipo II podra no ser recomendable en sitios con suelos arcillosos blandos, en los que ocurran sismos intensos, excentricidades estticas y fuertes momentos de volteo de edificaciones esbeltas. Entonces, la magnitud de la presin de contacto bajo condicin esttica, para



el enfoque tipo II, juega un rol fundamental en el comportamiento del sistema. Los casos de comportamiento deficiente de edificios con pilotes de friccin se distinguieron por las altas presiones previas en el contacto losa-suelo. 4.2 Sobre el comportamiento de una cimentacin mixta instrumentada El estudio de un caso-historia est orientado a establecer la relacin entre las causas y los efectos del comportamiento, en este caso, de un sistema de cimentacin tan complejo como es el que incluye pilotes de friccin. Contrasta los factores y efectos que determinan el comportamiento fsico de una cimentacin, mediante la medicin tanto de sus variables internas que lo determinan, como de las manifestaciones resultantes. Su gran fortaleza reside en su total representatividad, aunque tambin representa un gran reto su correcta interpretacin. Ello se logra en la medida que para la observacin y el monitoreo de cimentaciones reales se disponga de instrumentos geotcnicos y ssmicos suficientes y confiables, orientando su seleccin y acomodo, a dar respuestas especficas acerca de las sealadas relaciones causa-efecto.

4.2.1 Breve descripcin de la cimentacin instrumentada

La cimentacin instrumentada corresponde al Apoyo No. 6 del puente vehicular y peatonal Impulsora, ubicado sobre Avenida de las Zapatas y que cruza la Avenida Central, en Ciudad Nezahualcoyotl, Estado de Mxico. Se trata del apoyo oriente del tramo central que cubre el arroyo hacia Ecatepec de la Avenida Central. El puente cruza la estacin Impulsora de la Lnea B del Metro capitalino, al nororiente del rea metropolitana de la ciudad de Mxico y en la porcin virgen de la Zona del Lago. La cimentacin est formada por un cajn reticular de forma romboidal con dimensiones de 15 por 22 m, desplantado a 3 m de profundidad, Figs. 6 y 7, contratrabes en ambas direcciones y losas de fondo y tapa. Cuenta con setenta y siete pilotes cuadrados de 0.5 m por lado, tambin de concreto reforzado y precolados en obra, los que se hincaron antes de excavar para alojar al cajn; se ubican bajo las contratrabes y su punta alcanz una profundidad de 30 m. Los pilotes trabajan primordialmente por friccin, ya que estn embebidos totalmente en la FAS, ubicando su punta 3 m arriba de la denominada Primera Capa Dura (PCD). Los depsitos arcillosos del sitio (w=303%, wL=336.6%, PI=245% y LI=0.865) son de consistencia muy blanda, con valor medio de la resistencia no drenada de slo 12.3 kPa (pruebas triaxiales UU), y velocidad media de las ondas de cortante de 35.5 m/s, determinada in-situ con la tcnica de sonda suspendida, lo que determina el mdulo cortante dinmico medio G=1.48 MPa. El caso que se describe aqu ha aportado informacin valiosa acerca del comportamiento de una cimentacin mixta constituida por un cajn de cimentacin y pilotes de friccin, ya que se han monitoreado desde la etapa de construccin (hace 12 aos) las variables geotcnicas internas de la cimentacin (Mendoza, 2004). Siete pilotes de la cimentacin contaban con una celda de carga elctrica cerca de su cabeza, y de su empotramiento en la contratrabe, como se seala en la Fig. 7; estas celdas miden la carga a que estn sometidos los pilotes instrumentados. En la interfaz suelo-losa de cimentacin se distribuyeron ocho celdas de presin, las que cuentan con un transductor elctrico que mide el esfuerzo vertical total en ese contacto. As mismo, se colocaron seis piezmetros elctricos para medir la presin en el agua bajo la cimentacin a diferentes profundidades.



E

D

Eje del puente

C

Z

B

A

F

11a1111 11b 11c 12 12

P4P14

P40P39 P41

P64 P67

CP-4 CP-D

CP-2 CP-B CP-C

CP-A CP-1

CP-3ZE-3 ZD-1

ZE-2 ZD-2

ZE-1

ZD-3

BM-2

BM-1

BM-3

S

N

440 425 425 425 425

2140

160

160

160

160

160

160

160

160

160

480

480

480

Ecatepec

Centro de la ciudad de MxicoLosa de aproximacin

N

Acelergrafo triaxial en la caseta de registro

Pilote con cuatro celdas de carga a diferentes profundidades

Celda de presin total en el contacto losa de cimentacin-sueloPilote con celda de carga cerca de la cabeza

A 60 mde distanciadel puente

Sistema acelerogrfico de campo libre en superficie

Piezmetro a cierta profundidad en el subsueloBanco de asentamientos a profundidadReferencia topogrfica superficial

Acotaciones en cm

50

60

60

60

50

60

50 60 50 50 50 60

Casetade registro

Sistema acelerogrfico de campo libre en pozo, a 60 m deprofundidad

Figura 6. Planta de la cimentacin instrumentada Las mediciones geotcnicas anteriores se complementaron con registradores digitales que mantienen un arreglo esclavos-maestro con un acelergrafo triaxial fijado a la losa tapa del cajn de cimentacin; ste les enva una seal cuando se rebasa cierto umbral de aceleracin, para que registren las variables geotcnicas justo cuando ocurre un sismo. El sistema se completa con acelermetros triaxiales tanto en las trabes del puente, como en campo libre cercano (a 60 m de distancia de la cimentacin); estos ltimos tanto en la superficie como a 60 m de profundidad en la misma vertical. Hasta donde ha podido conocer el autor, este es el primer programa en el mundo que incluye el monitoreo geossmico en una cimentacin mixta con pilotes de friccin.



Figura 7. Corte longitudinal de la cimentacin y superestructura

4.2.2 Qu carga toman los pilotes, y qu presin la losa?

En la Fig. 8 se muestra la evolucin de las cargas medidas en los pilotes durante la etapa de construccin y el inicio de la operacin del puente. A partir de una precarga de 60 kN a las celdas de carga, se distingui un gran paralelismo entre la variacin de estas cargas y la de las cargas externas aplicadas. Si bien se distinguen cargas diferentes en los pilotes, los extremos en direccin transversal (P4 y P64) reciben las dos ms altas cargas medidas, en tanto que los pilotes extremos en direccin longitudinal, P39 y P41 en el eje del puente, soportan las dos ms bajas cargas medidas. Las actividades de construccin impusieron cargas crecientes sobre los pilotes con diferencias significativas en los valores medidos en los diferentes pilotes. Sin embargo, es de llamar la atencin la reduccin en las diferencias entre las cargas conforme pasa el tiempo y ocurren asentamientos de la cimentacin. Con la integracin de los contornos de igual esfuerzo vertical medido en el contacto losa-suelo, y con el conocimiento de la carga total del Apoyo No. 6 debida a la superestructura y a la cimentacin, incluyendo el peso de los pilotes, pudo establecerse que la losa de cimentacin contribuye a soportar el 15% de la carga total, al abrirse el puente al trfico. La presin medida sobre esa interfaz representa el 70% del esfuerzo vertical total existente al nivel del desplante del cajn, antes de la excavacin, y no el 100% como se considera usualmente en el diseo. Dicho 70% del esfuerzo total, coincide con el criterio de Hansbo y Jendeby (1983), quienes estiman que para arcillas normalmente consolidadas debe asumirse como contribucin de la

17.0

Casetade registro

Trabede apoyo

TrabcentrTrabe central

oeste

APOYO No.6

3.0

BM-1

N.A.S.

FormacinArcillosaSuperiorFAS

ContratrabeLosa decimentacin

Celda depresin

Celdade carga

Piloteinstrumentado

Primera capa dura

NT 0.0

-30.0-33.0

-35.0

Banco deasentamientosa profundidad

Imn

CP-4

P4Pilotes de seccin cuadrada 0.5x0.5

11 12Ejes

de pozode superficie

Sistema acelergraficode campo libre a 60 mdel apoyo del puente:

Caja deinterconexin

Nota: los cables de ambos sistemas acelerogrficos llegan a la caseta de registro y ambos se conectan un registrador digital.

Ademede PVC

Torpedo dondese alojan losacelermetrosy brjula

-60.0 -60.0

Ac

CP-4

ZD-3P4P

P4MI

P4MS

P4CP-D

Arroyo vehicular

Acelergrafoen la trabe TA-16



Figura 8. Cargas actuantes cerca de la cabeza de los pilotes instrumentados losa de cimentacin no ms del 70 al 80% del esfuerzo vertical total preexistente al nivel del desplante.

4.2.3 Qu resistencia cortante se desarrolla en el fuste de los pilotes?

La evolucin de la resistencia cortante en el fuste de uno de los pilotes instrumentados, al que se le integraron cuatro celdas de carga a lo largo de su cuerpo, permiti conocer el mecanismo de transferencia de carga al subsuelo conforme avanz la construccin, Fig. 9. Al crecer las cargas actuantes por la cimentacin y superestructura, el pilote se desplaza hacia abajo en relacin con el suelo circundante, y desarrolla friccin positiva en toda su longitud. La variacin de la carga con la profundidad para el final de la construccin es prcticamente lineal, lo que implica, que la resistencia cortante en el fuste de estos tramos sea prcticamente constante. Ntese que la punta aporta bajo condicin de fluencia aproximadamente el 20% de la capacidad total. Esta contribucin a la capacidad de carga no es despreciable, y no parece justificado ignorarla. Mediciones realizadas por Resndiz (1964) en una prueba de carga de un pilote aislado muestran un aporte de la punta del orden del 22%. Conociendo las fuerzas a lo largo del pilote a distancias perfectamente conocidas, y con ello de su rea lateral, es posible cuantificar la resistencia lateral que se desarrolla en el fuste. La figura 10 muestra la variacin de la resistencia cortante en los tres tercios del fuste del pilote, conforme avanz la construccin. En el tercio inferior se aprecia cmo a mediados de noviembre de 1995 se gener cierta friccin negativa, pero que al proseguir la carga se invierte el sentido, y en lo sucesivo slo se desarroll friccin positiva. Para comparar, se incluyen con rectas horizontales los valores medios de la resistencia no drenada inalterada de los suelos en los tres tercios. Al concluir la cons-



Carga en kN Figura 9. Variacin de las cargas a lo largo del pilote P4

Figura 10. Evolucin de la resistencia cortante en el fuste del pilote P4, durante la construccin

truccin, en los tercios superior e inferior del pilote, principalmente en este ltimo, el esfuerzo cortante que se desarrolla en el fuste resulta menor que sus respectivos valores medios de resistencia no drenada original e intacta; slo en el tercio medio del pilote, el esfuerzo cortante en el fuste resulta incluso mayor que la resistencia no drenada original del suelo. Estos hechos indican que en la interfaz pilote-suelo ocurre una condicin de fluencia, resultante de un asentamiento de varios decmetros, en la que se pone en juego una adherencia-friccin menor que la resistencia no drenada inalterada de los suelos arcillosos involucrados.



4.2.4 Cmo evolucion la presin de poro bajo la cimentacin? La evolucin de la presin de poro medida durante la etapa inicial de construccin por los piezmetros colocados en la FAS, se presenta en la Fig. 11. Se distingue con claridad su aumento, como resultado de las fuertes distorsiones inducidas en el subsuelo por el hincado de los pilotes; debe tenerse presente que al no practicarse perforacin previa, los pilotes generan un desplazamiento volumtrico de alrededor de 500 m3. El incremento de la presin de poro por el hincado resulta mximo a profundidades cercanas a la punta de los pilotes. El piezmetro ZD-3 ubicado a 27 m de profundidad acus un incremento que representa el 21% de la presin hidrulica previa. Seguramente las presiones de poro cerca de los pilotes deben resultar mayores que este porcentaje; en este caso, pilotes y piezmetros estaban 5 m distantes.

Figura 11. Desarrollo de presin de poro en la FAS debido al hincado de pilotes y excavacin, y su evolucin durante los procesos subsecuentes de construccin

Dos aspectos llaman la atencin: a) la rapidez con la que se disiparon los excesos de presin de poro debidos al hincado, respecto a la condicin inicial in situ, la que parecera injustificada si slo tomamos en cuenta la baja permeabilidad de las arcillas. Sin embargo, es conocido que el asentamiento regional provocado por el bombeo, ha dado origen a la aparicin de fisuras y juntas en los depsitos arcillosos de la Zona del Lago. Podra esperarse que las operaciones de hincado, particularmente cuando son ejecutadas sin excavacin previa, activen y ensanchen aqullas, formando as un entramado de fisuras interconectadas con los estratos permeables, propiciando la rpida disipacin de la presin de poro; y, b) que la presin de poro en las etapas subsecuentes se haya mantenido prcticamente constante, a pesar del aumento de las cargas que impuso el proceso constructivo. La velocidad de aplicacin de tales cargas no supera la velocidad de disipacin de la presin de poro, aun cuando tal aplicacin es muy rpida, dado que se recurri a elementos prefabricados.



4.2.5 Cunto se ha asentado la cimentacin?

Los asentamientos sufridos por la cimentacin se han monitoreado mediante nivelaciones topogrficas realizadas desde su construccin. A la fecha, la cimentacin en comento ha sufrido un asentamiento de poco ms de 50 cm, con respecto a referencias superficiales del terreno circundante cercano; esto es, un desplazamiento ajeno al asentamiento regional. Cabe hacer algunas consideraciones acerca de la fuente de tales asentamientos. Al no ocurrir incrementos de presin de poro por las cargas externas aplicadas, como se mencion en el subinciso anterior, debe considerarse que la consolidacin primaria podra ocurrir mucho ms rpido de lo que usualmente se considera, debido a la presencia de esas discontinuidades que constituyen vas de drenaje para los bloques arcillosos por ellas delimitados. A las deformaciones por consolidacin primaria de esos bloques, deben agregarse las debidas a procesos de consolidacin secundaria que ocurren de manera paralela, y que prosiguen al concluir el proceso primario; ello enfatiza la ocurrencia significativa de asentamientos viscosos a largo plazo. Por otra parte, fue posible establecer con base en nivelaciones topogrficas que debido al sismo de Tehuacn del 15 de junio de 1999, el sistema de cimentacin se asent 2 cm.

4.2.6 Cmo reaccionan los pilotes ante sismos de mediana intensidad?

Cabe exponer ahora los comportamientos de los componentes de la cimentacin durante sismos de intensidad media, como los once eventos registrados que ha sufrido esta cimentacin a travs de su vida til; ello juzgado a partir de las mediciones de las variables internas de la cimentacin. Como ejemplos, se muestran aqu algunos registros de tres sismos cuyas caractersticas se resumen en la Tabla 1. Los cargagramas sobre dos pilotes registrados durante el sismo de la costa de Michoacn, se muestran en la Fig. 12a. Se distingue que la amplitud mxima de la carga dinmica fue de aproximadamente 25 kN sobre el pilote P41, lo que representa 4.7% de la carga sostenida al inicio del sismo. No se registr ninguna degradacin o disminucin de la capacidad de carga del pilote, aprecindose la transitoriedad del evento, retornando la carga precisamente a la sostenida previa. Por lo que se refiere al pilote P4, la seal que se registr se presenta en la Fig. 12b. Este pilote acusa una disminucin de la carga que soportaba al inicio del sismo; la carga de 546.4 kN que actuaba inicialmente, se redujo a 441.5 kN. As, la amplitud dinmica result de hasta 16.2% de la carga sostenida previa; degradndose esta ltima en 19.2% al final del sismo. Ntese que se trata de un pilote ubicado en el eje 11 de columnas, el cual est influenciado por el peso de las vigas centrales del claro largo del puente, por lo que desde el inicio de su construccin se han registrado ah cargas mayores que en otras zonas del cajn.

Tabla 1. Sismos y aceleraciones mximas registradas en el cajn de cimentacin

Coordenadas epicentrales,

grados

Aceleraciones mximas, gal Sismo Fecha

Magnitud y Dist.

Epic. km

Prof.

focal

km

Lat N Lng W Long Trans Vert

Costa de Michoacn 110197 7.3 y 451 17 18.09 102.86 30.91 12.83 0.88

Pto Escondido Oax. 300999 7.4 y 452 33 16.15 96.71 28.02 22.96 1.91

Costa de Colima 210103 7.6 y 632 15 18.22 104.60 28.21 25.59 0.95



Sismo en costa de Michoacn

500

510

520

530

540

550

560

570

Car

gas,

kN

PILOTE No 41C a)

11/ene/97, Me=7.3

350

400

450

500

550

600

0:00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30

Tiempo, minutos:segundos

Car

gas,

kN

PILOTE No 4, (media superior)

b)

Figura 12. Cargas sobre los pilotes P41 y P4, durante el sismo en la costa de

Michoacn, 11 de enero de 1997

La disminucin en la capacidad de los pilotes para soportar cargas durante eventos ssmicos se ha detectado desde luego en otros sismos, aunque se advierte que no es un hecho sistemtico en todos los pilotes y todos los sismos de intensidad similar. Ejemplo de lo antes dicho, es el registro en el pilote P40 para el sismo de Puerto Escondido, Oax., mostrado en la figura 13. La carga que sostena antes del sismo era de aproximadamente 550 kN, trasmitiendo tan slo 412 kN al finalizar el sismo. Representa la mayor reduccin medida en la carga que transmite un pilote de la cimentacin durante un sismo; la degradacin alcanz un 25%.

Figura 13. Cargas sobre los pilotes P40, P4 y P67, durante el sismo de Pto. Escondido,

Oax., 30 de septiembre de 1999.

0

200

400

600

800

Carg

a, k

N

Pilote 40MS

b)

0 60 120 180 240 300Tiempo, s



4.2.7 y qu sucede en el contacto losa-suelo durante sismos? Con la disminucin de las cargas que soportan los pilotes durante un sismo, ocurre un muy interesante fenmeno de interaccin dinmica en el sistema de cimentacin, Fig. 14, ya que esa prdida en la capacidad de soporte la asume la losa de cimentacin. Ello se distingue en el registro de la celda de presin en el contacto losa de cimentacin-suelo. Se aprecian variaciones cclicas transitorias de esfuerzo normal vertical en la celda CP1 cercana a una esquina, alcanzando amplitudes hasta de 2.51 kPa. Los registros acusan un gradual y cclico aumento en la presin total conforme ocurre el sismo, lo que debe considerarse como un fenmeno de transferencia de carga de los pilotes hacia presiones mayores en la interfaz losa-suelo.

Figura 14. Historia de presiones en la interfaz losa de cimentacin-suelo durante el sismo de la costa de Michoacn, del 11 de enero de 1997

4.2.8 y cmo evolucionan las cargas sobre los pilotes y el esfuerzo en el contacto losa-suelo, despus de sismos de mediana intensidad? La evolucin postssmica de las cargas sobre los pilotes y las presiones sobre la losa de cimentacin est caracterizada por la coparticipacin e interaccin entre estos dos componentes de la cimentacin, Figs. 15 y 16. Las mediciones con equipo porttil antes y despus del sismo de la costa de Michoacn, ratifican lo registrado automtica-mente. El 19 de diciembre de 1996 se realiz la medicin ms cercana previa al sismo, y 48 horas despus del mismo, se llev a cabo otra. Se advierte que mientras sucede una disminucin en las cargas soportadas por todos los pilotes debido al sismo, se aprecia un ligero incremento en la reaccin de la losa. Destaca tambin la recuperacin de la carga soportada por el pilote P4, ya que de 441.5 kN que mantena inmediata-mente despus del sismo, en menos de dos das ya haba pasado a 494.4 kN. Puede apreciarse con claridad que despus de algunos meses los pilotes recuperan la carga pre-existente al sismo, haciendo valer su mayor rigidez vertical respecto a la losa. La recuperacin de carga en los pilotes se explica mediante dos fenmenos que ocurren en la cercana del fuste. Por una parte la presin de poro que se desarrolla en el suelo alrededor de los pilotes, como resultado de las solicitaciones dinmicas, debe disiparse a travs del tiempo, induciendo un proceso de consolidacin local y con ello ganando al menos parte de la resistencia perdida por las variaciones cclicas de los esfuerzos cortantes. El otro fenmeno que seguramente est asociado a la ganancia de resistencia y con ello a restituir la capacidad de carga de los pilotes es el fenmeno tixotrpico, consistente en la recuperacin con el tiempo de su condicin microestructural, una vez que cesan las distorsiones rpidas.

Sismo en costa de Michoacn11/ene/97, Me=7.3

10

11

12

13

14

15

16

17

Pres

in,

kPa

Celda CP1a)

0:00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30Tiempo, minutos:segundos



100

200

300

400

500

600

700

800

01/1

2/96

31/1

2/96

30/0

1/97

01/0

3/97

31/0

3/97

30/0

4/97

30/0

5/97

Car

ga, k

N

P14P39P64P67P4MIP4PP40MSP40MIP41P4MS

Sismo de la costa de Michoacn, 11/01/97

Figura 15. Evolucin de las cargas sobre los pilotes en el periodo diciembre de 1996 a

mayo de 1997

10

15

20

25

30

C P -1C P -2C P -3C P -4C P -AC P -BC P -CC P -D

Figura 16. Evolucin de las presiones en el contacto losa de cimentacin-suelo en el

periodo diciembre de 1996 a mayo de 1997

4.2.9 y cmo vara la presin de poro durante sismos?

Con base en el registro de la presin de poro en las capas arcillosas casi al nivel de la punta de los pilotes, Fig. 17, es interesante observar que sus variaciones dinmicas son prcticamente transitorias; la grfica semilogartmica permite apreciar la variacin dinmica, as como su evolucin varios meses despus. Una vez que concluye el sismo, no quedan presiones en el agua remanentes, retornando entonces a su condicin de presin previa al sismo. Ms an, puede constatarse por la similitud de las formas espectrales de la Fig. 18, y al igual que las otras variables geotcnicas, que la respuesta dinmica de la presin de poro vara en fase con la respuesta acelerogrfica del cajn de cimentacin. Al no mantenerse incrementos de presin de poro por la accin dinmica, no ocurren procesos significativos de consolidacin en la arcilla de la ciudad de Mxico asociados a los sismos; aunque esta afirmacin podra no cumplirse en la zona inmediata al fuste de los pilotes.



250

260

270

280

290

300

0.1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

Tiempo, minutos

Pres

in,

kPa

c) Estrato arcilloso a 27 m de profundidad.Punta de pilotes. Piezmetro ZD-3

Figura 17. Variacin de la presin de poro bajo la cimentacin, durante y despus del sismo en la costa de Michoacn del 11 de enero de 1997

0.1

1

10

100

1000

0.01 0.1 1 10Frecuencia, Hz

Am

plitu

d, c

m/s

(

kPa)

s

Aceleracin Long Piezmetro ZD-3 c)

Figura 18. Espectros de Fourier de las amplitudes de aceleracin en el cajn de cimentacin y de la presin de poro, registradas durante el sismo del 11 de enero de 1997

4.2.10 Algunas observaciones sobre la interaccin dinmica suelo-cimentacin-

superestructura Las mediciones geotcnicas se complementan con los registros acelerogrficos obtenidos tanto en la losa tapa del cajn de cimentacin como en campo libre cercano (a 60 m de distancia de la cimentacin), en la superficie del terreno y en depsitos profundos a 60 m de profundidad, en la misma vertical. Para algunos sismos se cuenta tambin con los acelerogramas registrados en las trabes del puente. En la Fig. 19 se presenta como ejemplo, lo registrado durante el sismo de la costa de Colima, en la direccin longitudinal del sistema, enfatizando que los resultados que se exponen son tpicos y representativos de los obtenidos en los dems sismos.



Figura 19. Aceleraciones longitudinales en el sistema suelo-cimentacin-estructura del

puente Impulsora. Sismo de Colima, enero 21 de 2003. La comparacin de las aceleraciones mximas registradas en los diferentes elementos del sistema estructural y el subsuelo, nos proporcionan indicadores cuantitativos de su interaccin dinmica. Con los cocientes entre las aceleraciones mximas en diferentes

A 60 m de profundidad. Campo libre Longitudinal

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 100 200 300 400 500Tiempo, s

Superficie del terreno Campo libre. Longitudinal

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 100 200 300 400 500

Acel

erac

in,

gal

Cajn de cimentacin Longitudinal

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 50 100 150 200 250 300 350

SISMO DE COLIMA Enero 21, 2003

Trabe de apoyo TA16 Longitudinal

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 100 200 300 400 500

Acel

erac

in,

gal



Tabla 2. Cocientes entre aceleraciones mximas en diferentes elementos del sistema suelo-estructura del puente Impulsora. Sismo de la costa de Colima, 21 Ene. 2003

Cociente Direccin

entre y Vert Long Transv

C Libre superficie Campo libre pozo 6.573 4.398 2.712

Cajn de ciment. C Libre superficie 0.062 1.017 1.092

Cajn de ciment. Campo libre pozo 0.406 4.471 2.962

Trabe de apoyo Cajn de ciment. 4.358 0.961 1.037

Trabe central Trabe de apoyo 2.502 1.011 1.050

Trabe de apoyo Campo libre pozo 1.769 4.298 3.071

Trabe central Campo libre pozo 4.427 4.345 3.225 Direccin longitudinal del puente: N81 58W (en la rama hacia el centro del puente)

componentes del sistema suelo-cimentacin-estructura, podemos estimar las amplificaciones y deamplificaciones que ocurren en el sistema; vase la Tabla 2. Por lo que respecta a las mediciones realizadas en campo libre, es notable el efecto de sitio, al amplificarse las aceleraciones al pasar las ondas ssmicas a travs de los suelos muy blandos de las formaciones arcillosas superior e inferior; ocurre una marcada amplificacin, principalmente en el componente vertical, hasta poco ms de seis veces, de los Depsitos Profundos a la superficie del terreno. Por otra parte, destaca que las aceleraciones horizontales en campo libre y en la cimentacin del puente resultan las mismas para todo fin prctico. Esto indica que la rigidez dinmica de los pilotes en la direccin horizontal es tal que ante sismos de intensidad media, los pilotes siguen el movimiento dinmico del subsuelo, determinando que, para fines prcticos, no haya interaccin dinmica lateral entre la cimentacin piloteada y el subsuelo; la esbeltez de los pilotes es muy alta y por ello se comportan muy flexibles en la direccin horizontal. Por el contrario, es muy interesante comprobar la disminucin tan drstica que experimentan las aceleraciones verticales registradas en la cimentacin del puente, al compararlas con las de la superficie del terreno en campo libre; la aceleracin mxima en la cimentacin para este sismo result poco ms de 16 veces menor que en el terreno circundante, aunque la menor reduccin que se ha registrado en otros sismos ha sido 7. Ello muestra el importante papel que juegan los pilotes como atenuadores de los movimientos de la cimentacin en direccin vertical, no as en los movimientos laterales.

4.3 Capacidad de carga de pilotes de friccin El diseo cotidiano de pilotes de friccin soslaya factores condicionantes importantes; usualmente sobresimplifica un problema complejo. El primer aspecto relevante es el relativo a la insercin del pilote en el subsuelo, ya que implica cambios en los estados de esfuerzo y en el campo de deformaciones alrededor de los pilotes, que influyen en su respuesta posterior. Deben reconocerse por una parte los pilotes desplazantes precolados, que son los que al ser hincados provocan una expansin lateral del suelo circundante, y una compresin bajo su punta; y por la otra, aquellos con excavacin previa y colados in-situ, en los que la perturbacin del suelo por la perforacin es



mnima. Generalmente no son necesarios ni convenientes estos ltimos en la zona lacustre de la ciudad de Mxico, dado lo blando del subsuelo, y por su menor capacidad de carga que la de los pilotes desplazantes; slo se recurre a perforacin previa para pasar la costra de desecacin, rellenos superficiales, y otros estratos arenosos a mayor profundidad cuando dificultan el hincado del pilote. El anlisis de los pilotes debe considerar de manera realista y prctica los fenmenos que ocurren desde su hincado, y luego los derivados de la aplicacin de cargas sostenidas y dinmicas transitorias; su simulacin completa debe involucrar: i) El hincado de un pilote provoca en el suelo circundante fuertes distorsiones y

remoldeo, con desplazamientos principalmente radiales, venciendo la resistencia al esfuerzo cortante, y generando incrementos de presin de poro (u).

ii) Al disiparse tal presin de poro inducida ocurre reconsolidacin, y con ello sucede

un ajuste de los esfuerzos efectivos (v) alrededor del pilote. iii) La aplicacin creciente de carga sostenida hasta alcanzar eventualmente

condiciones de fluencia en el suelo en contacto con el pilote, y la interaccin del movimiento de stos con los movimientos regionales del terreno, en su caso.

iv) La posible degradacin de la capacidad de carga por la disminucin de resistencia

cortante del suelo, debido a acciones ssmicas de amplitudes dinmicas significativas; y de procesos tixotrpicos que determinan la recuperacin de su resistencia y con ello de la capacidad de carga.

v) El posible desarrollo de friccin negativa sobre los pilotes, para el diseo Tipo I,

debido al hundimiento regional; este mecanismo provoca fuerzas de arrastre adicionales a las permanentes.

El procedimiento que inicialmente propuso Tomlinson (1957) y Peck (1958) para estimar la capacidad de carga ltima por friccin en el fuste, Qs, es una simplificacin que resulta a lo ms, una solucin parcial a las situaciones antes descritas. Tal capacidad atiende a la ecuacin 1, donde A es el rea lateral del pilote, y fs es la resistencia media movilizada a lo largo del fuste de los pilotes; sta est relacionada con la resistencia no drenada inalterada original del suelo, cu, segn la ecuacin 2, donde es un factor emprico de adherencia, con valores indicados en el Anexo B.

Qs = A fs (1) fs = cu (2)

Este mtodo en trminos de esfuerzos totales, conocido como Mtodo Alfa, es el que se adopta en el Reglamento de Construcciones para el D. F., aunque debe sealarse que tal hecho no se reconoce as explcitamente. A esta propuesta original se le han hecho mejoras, al involucrar explcitamente variables tales como la longitud de los pilotes, el cociente de preconsolidacin, y el cociente de resistencia = cu/v. Con este ltimo cociente se advierte que la prctica recomendada incluso para este mtodo en trminos de esfuerzos totales, es la de relacionar el comportamiento friccionante en el fuste del pilote con los esfuerzos efectivos, ms que a slo la resistencia cortante no drenada (esfuerzos totales). No obstante, se reconoce como un hecho comprobado que la falla en el fuste de un pilote est gobernada por la ley de deslizamiento de Coulomb en trminos de esfuerzos efectivos; los anlisis de este tipo se conocen como Mtodos Beta; los procedimientos de este tipo se presentan tambin en el Anexo B.



Diversos autores consideran que debido al remoldeo que se produce al hincar un pilote, el suelo no tiene cohesin efectiva. Por otra parte, un aspecto que se ha discutido es si la resistencia cortante por adoptar debe ser la de su condicin inalterada original, o la remoldeada y reconsolidada, a fin de considerar el hincado del pilote; en general, por la simplicidad del ensaye, ha prevalecido el primer enfoque. En la versin 1977 del RGDF se sealaba a la prueba de compresin simple para obtener este parmetro, en tanto que desde la versin de 1987 se indican ensayes triaxiales UU, reconociendo que aquel ensaye subestima esta resistencia. Por lo que se refiere a la correccin propuesta por longitud de los pilotes, puede distinguirse que la correccin, LE, es casi unitaria ya que cuando los pilotes de friccin se alojan en la Formacin Arcillosa Superior (FAS), stos son de unos 25 a 30 m, para los que usualmente el cociente L/B alcanza valores entre 50 y 60. Si los pilotes atraviesan la primera capa dura y son de una longitud apreciablemente mayor a las antes mencionadas, como ocurre al cimentar hacia el oriente de la ciudad, procedera desde luego la correccin por la longitud de los pilotes. 4.4 Discusin sobre el factor de adherencia, El valor implcito de que asume el RGDF para las arcillas de la zona III es unitario. Existe consenso mundial en que el factor de adherencia mximo debe ser unitario para pilotes no muy largos en suelos arcillosos blandos, normalmente consolidados (NC); sin embargo, existen argumentos experimentales de laboratorio y mediciones en prototipo que se describen enseguida, mismos que apuntan a que en los suelos arcillosos de la ciudad de Mxico, la resistencia movilizada en el fuste es menor a la resistencia cortante original inalterada no drenada cu del suelo; esto es,



no puede asumirse que todos ellos aporten su resistencia mxima al mismo tiempo, por lo que la simultaneidad de la resistencia mxima a lo largo de todo el pilote no puede asegurarse. Mientras ciertos estratos podran todava no alcanzar su resistencia mxima, otros estratos podran aportar slo su resistencia residual; sin duda, la resistencia cortante a largo plazo que debe considerarse es la correspondiente a grandes deformaciones. Favorablemente nuestra arcilla acusa una prdida no mayor del 10 al 15% en ensayes de corte directo en interfaces suelo-concreto. Acerca de lo medido en una cimentacin real con pilotes de friccin. El caso-historia que se ha estudiado por diez aos y que se ha documentado en este trabajo, nos indica que la resistencia cortante a largo plazo desarrollada en el fuste de los pilotes, es menor que la resistencia no drenada original in-situ, lo que nos dice que el factor alcanza un valor menor que la unidad. Considerando las mediciones de carga soportada por todos los pilotes instrumentados, para el caso de la cimentacin real descrita en el inciso 4.2, pudo comprobarse que el cociente entre estas dos resistencias alcanza un valor = 0.74; los pormenores al respecto se exponen en el subinciso 4.2.2. Considerando los argumentos antes expuestos, no parecen existir motivos para soslayar la correccin en la friccin de los pilotes, y asumir explcitamente que se est empleando el Mtodo Alfa. Es probable que por una accin compensatoria no se haya considerado necesaria la adopcin de un factor



pilotes, otras separaciones entre ellos, mayores momentos de volteo, mayor flexibilidad de la superestructura, cargas menos concentradas y, procesos de carga ms lentos y uniformes. En la instrumentacin de esos edificios, deber mantenerse el enfoque de la instrumentacin sismogeotcnica descrita en el subinciso 4.2.1, enfatizando el monitoreo durante el momento mismo de la ocurrencia de sismos. 4.5 Consideraciones acerca de la respuesta de pilotes ante cargas dinmicas. En la respuesta de los pilotes bajo cargas dinmicas, debe tomarse en cuenta la magnitud de la carga sostenida en relacin con la magnitud del componente dinmico y con su capacidad de carga ltima. Resultados experimentales recientes con modelos de pilotes de friccin ponen en evidencia que para similar carga mxima cercana a la falla, resulta tanto ms crtica la suma de carga sostenida y carga cclica, cuanto mayor es la amplitud del componente dinmico. En efecto, cuando el pilote se mantuvo con una carga sostenida del 40% de su carga ltima, y luego un nmero considerable de ciclos dinmicos, no se produjo la falla a pesar de alcanzarse cargas del 95% de la capacidad de carga ltima esttica, y 1000 ciclos. Por el contrario, cuando la carga sostenida fue de apenas 20% de su carga ltima, lleg la falla al aplicarle 44 ciclos de carga cclica con amplitud del 70% de la carga ltima esttica. Algunas pruebas dinmicas en pilotes de friccin aislados (Jaime et al., 1990 y 1988) han aportado informacin valiosa acerca de su respuesta ante sismos intensos como los de 1985. Incluyeron pruebas de compresin y extraccin estticas, as como de carga cclica. Los pilotes de concreto reforzado y seccin cuadrada con 30 cm por lado, y 10 m embebidos en la formacin arcillosa, se hincaron en una zona de la ciudad donde se observaron las mayores intensidades ssmicas. Los resultados ms relevantes se resumen enseguida: Cuando la carga transitoria mxima sobre un pilote, Pmx (carga esttica sostenida, Ps, ms la amplitud cclica de carga, Pd), se mantuvo igual o menor que su capacidad de carga ltima esttica, Qut, no se registr prdida de su capacidad de carga, aunque acus un asentamiento irrecuperable de menos de un centmetro. Cuando Pmx>Qut, sucedieron asentamientos mayores; y cuando Pmx vari de 1.15 a 1.35 veces el valor de Qut, acus rpida prdida de capacidad de carga, con grandes desplazamientos. Las resistencias estticas ltimas a la penetracin y a la extraccin resultaron enteramente similares, aunque con diferentes deformabilidades; bajo extraccin, el sistema resulta ms rgido. En ambos casos, y una vez que se alcanz la carga mxima, se desarroll una resistencia residual que result igual o mayor que el 83% de esa carga mxima.



5. COMPORTAMIENTO Y DISEO DE PILAS COLADAS EN EL LUGAR La incertidumbre que plante el desempeo de las cimentaciones desplantadas en la Zona del Lago despus de los sismos de 1985, aunado al comportamiento de stas a largo plazo, caracterizado por los significativos asentamientos totales y diferenciales, propici el desarrollo en las ltimas dos dcadas de amplias zonas comerciales, de servicios e incluso de vivienda en zonas fuera de donde prevalecen los depsitos de arcilla blanda lacustre. As se gener una fuerte demanda de cimentaciones en las otras zonas geotcnicas del rea Metropolitana de la ciudad de Mxico, la Zona de Transicin y la Zona de Lomas. Para edificaciones de moderada a gran altura, al igual que para los apoyos de vialidades tales como los denominados Segundos Pisos, se ha recurrido a las cimentaciones profundas basadas en pilas coladas en el lugar. Precisamente ligado a esa importante obra de infraestructura, se tuvo la oportunidad de realizar pruebas de carga en pilas de cimentacin del Distribuidor Vial San Antonio, unas bajo carga axial, y otras sometidas a carga lateral. Unas y otras fueron ampliamente instrumentadas, por lo que las lecciones derivadas del anlisis de sus resultados dan pautas bien documentadas y probadas acerca del comportamiento de este tipo de cimentacin. As mismo, la informacin medida y observada permite revisar los enfoques de diseo de pilas coladas in situ. Como se mostrar ms adelante, varios de los hechos experimentales medidos fehacientemente, no avalan algunas suposiciones aceptadas como vlidas en la ingeniera de cimentaciones de la ciudad, e incluso contradicen varios supuestos que usualmente se asumen en el anlisis y diseo de pilas en el valle de Mxico. Por ello se ha considerado conveniente exponer y discutir aqu, los resultados de estas experiencias. Los procedimientos constructivos de pilas seguidos actualmente en Mxico, son bsicamente los mismos a los utilizados hace 20 aos; sin embargo, se han incorporado equipos ms modernos a la industria de la construccin, se tienen avances en la tecnologa de lodos de perforacin, del control y calidad de los colados, as como procedimientos novedosos y eficientes, como la construccin de pilas con hlice continua. Puede afirmarse que los desarrollos tecnolgicos que han hecho ms eficientes los procedimientos constructivos, no han tenido un avance semejante en la comprensin cabal de los fenmenos o mecanismos bsicos de transferencia de carga de las pilas al subsuelo circundante y por ende, en mtodos sustentados, probados y prcticos de diseo. Lo anterior es particularmente cierto cuando se trata de determinar la resistencia cortante unitaria en el fuste de pilas construidas en medios granulares con presencia de gravas, donde se ha observado que los clculos comnmente empleados subest

Documents

Comportamiento y Diseno de Cimentaciones Profundas en La Ciudad de Mexico