Modelado numérico del comportamiento de un pilote sometido a fricción negativa y cargas accidentales

Juan Félix Rodríguez Rebolledo, Gabriel Auvinet

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Deep Foundations

ABSTRACT: In this paper the effect of transient loads on negative skin friction developed along a friction pile in soil affected by regional subsidence is studied by the Finite Element Method. Typical Mexico City lake zone soil and piezometric conditions are considered.

RESUMEN: En este artículo se presenta un análisis mediante el Método de los Elementos Finitos, en el que se estudia las variaciones de la carga por fricción negativa cuando un pilote de fricción, que interactúa con el hundimiento regional, se somete a cargas accidentales. Se consideran condiciones estratigráficas y piezométricas típicas de la zona lacustre de la Ciudad de México. 1 INTRODUCCIÓN En los suelos blandos de la Ciudad de México, los pilotes de fricción se han empleado para la reducción de asentamientos, comúnmente como complemento de un cajón de cimentación. De manera menos frecuente se han utilizado para tomar la carga total de la estructura y asegurar la estabilidad de la cimentación (diseño en términos de capacidad de carga). En todos los casos, se presenta una interacción compleja entre el suelo, los pilotes y la estructura, debido a que el suelo se encuentra sometido a un doble proceso de consolidación, producido por el peso de la estructura y por el abatimiento de las presiones intersticiales ocasionado por el intenso bombeo del agua del subsuelo de la ciudad. Desde finales del siglo XIX, la zona lacustre de la Ciudad de México ha sufrido hundimiento regional, que en algunas áreas ha excedido los 10m. En estas condiciones, no se recomienda el uso de pilotes de punta ya que se puede generar la emersión aparente de la estructura, y por tanto, la pérdida de confinamiento de la parte superior de los pilotes y daño a las construcciones vecinas. Por otra parte, cuando no se efectúa un diseño adecuado, las cimentaciones a base de pilotes de fricción pueden hundirse de manera excesiva, o por el contrario, emerger respecto al suelo circundante. A nivel mundial, se han efectuado un número importante de estudios de campo relacionados con el desarrollo de fricción negativa en pilotes individuales (Plomp y Mierlo 1948, Bjerrum et al. 1969, Endo et al. 1969, Walter y Darvall 1972, Auvinet y Hanel 1981, Bozozuk 1981, Clemente 1981 y Fellenius 1998), y existe únicamente una publicación respecto a estudios de laboratorio de pilotes individuales (Leung et al., 2004) sometidos a estas difíciles condiciones. Algunos autores como Zeevaert (1957; 1963), Reséndiz y Auvinet (1973), Auvinet y Díaz-Mora (1981), Alberro y Hernández (2000) y Rodríguez (2011), han propuestos modelos analíticos para el análisis y diseño de cimentaciones a base de pilotes de fricción que interactúan con la consolidación regional. Actualmente, los modelos numéricos como el Método de los Elementos Finitos (MEF) ofrecen nuevas posibilidades para el análisis de cimentaciones sometidas a fricción negativa (Jeong et al. 1997, 2004, Auvinet y Rodríguez 2001, 2002, Lee y Charles 2004, Comodromos y Bareka 2005, Rodríguez 2011). Estos modelos permiten evaluar en forma detallada la magnitud de los esfuerzos desarrollados en la o las puntas y en el fuste de pilotes y las deformaciones consecuentes. En este artículo se presenta un análisis, mediante el MEF, análogo a los estudios relacionados con pilotes de punta realizados por Fellenius (1998), Bozozuk (1981) y Leung et al. (2004). Se trata de estudiar las variaciones de la carga por fricción negativa cuando un pilote, en este caso de fricción, se somete a cargas accidentales, considerando condiciones estratigráficas y piezométricas típicas de la zona lacustre de la Ciudad de México. 2 ANTECEDENTES 2.1 Estudios de campo Fellenius (1998) presenta los resultados de más de siete años de mediciones de la fricción negativa que se desarrolló en dos pilotes de concreto de 30cm de diámetro hincados hasta 52m de profundidad en un estrato formado por una arena limosa compacta. Los pilotes reforzaron a un estrato compresible de 40m de espesor formado por arcillas y limos. La fricción negativa medida se debió, tanto al desarrollo de un ligero hundimiento regional, de apenas 1mm/año; como al peso de un relleno que se colocó en la superficie alrededor de los pilotes. En la Figura 1 se presentan parte de los resultados de las mediciones realizadas en uno de los pilotes instrumentados (Pilote II), para las distintas etapas de las pruebas, en un periodo de tiempo de aproximadamente siete años. Se puede observar que inmediatamente

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