volumen alfonso rico

7/22/2019 Volumen Alfonso Rico

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VOLUMEN ALFONSO RICORODRGUEZ


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La recopilacin de artculos presentados en este documento fue realizada en laCoordinacin infraestructura del Instituto Mexicano del Transporte, por la Dra.Natalia Prez Garca y el Dr. Paul Garnica Anguas.

Se agradece el apoyo de los siguientes estudiantes por su colaboracin en latranscripcin y reproduccin de los dibujos: Monica Gudio Espino de laUniversidad Marista de Quertaro, Dulce Valeria Guzmn Ortiz de la Universidadde Guanajuato (Campus Celaya Salvatierra) y Jos Luis Gonzlez Rufino de laUniversidad Autnoma de Quertaro.


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ndice

1. PRLOGO 1

2. INTRODUCCIN 3

3. DATOS BIOGRFICOS 5

4. ARTCULOS SOBRE TPICOS DE GEOTECNIA Y VASTERRESTRES

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Visin personal de algunas cosas 11

Investigations of instability and remedial Works on the Tijuana-Ensenada highway, Mexico

21

Cimentaciones sobre pilotes de friccin en suelos con hundimientoregional

41

Some mechanical correlations in the Valley of Mexico Clay 61

Analysis of slope stability 71

Efecto de los finos en el comportamiento mecnico de los trituradospara base de pavimentos

87

Comportamiento mecnico de algunos suelos compactados porcuatro mtodos, incluyendo vibracin 99

Agrietamiento longitudinal en carreteras 109

Efecto de rotura de granos en capas de balasto bajo carga repetida 131

Consideraciones sobre deformaciones permanentes en materialesgranulares

141

Algunas divergencias entre prcticas comunes de compactacin y lo

que la investigacin parece indicar

149

Consideraciones sobre compactacin de suelos en obras deinfraestructura de transporte

167

La ingeniera geotcnica de las vas terrestres 173

El papel de la mecnica de suelos en el proyecto y construccin de 189


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las obras viales

Algunos aspectos comparativos entre los pavimentos flexibles yrgidos

195

En torno al uso del concreto hidrulico en la red carretera nacional 205Pavimentos flexibles, problemtica, metodologas de diseo ytendencias. Visin Mexicana

211

Pavimentos 217

Reflexiones sobre el efecto del incremento de carga en elcomportamiento de pavimentos flexibles

235

5. ARTCULOS SOBRE TRANSPORTE 243

La ingeniera y el sector transporte 243

Algunas consideraciones operativas y de proyecto geomtrico paravehculos de carga

255

En busca de una estrategia de conservacin de carreteras 265

Reflexiones sobre el transporte 277

Main freight land transport corridors in Mexico 299

A Mexican field study to obtain basic information on truck transport 321

Financial mechanism for road maintenance in developing nations 333

Some elements of an optimal highway network pavementmaintenance strategy

345

6. ARTCULOS SOBRE CIENCIA Y TECNOLOGA 361

Ideas sobre la adecuacin de tecnologas extranjeras en el campo

de la ingeniera civil

361

La tecnologa: En provecho del desarrollo social de la humanidad oen contra de l?

383

Adopcin e implementacin de innovaciones tecnolgicas 389

Ciencia, tcnica e investigacin 399


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Polticas de investigacin y fuentes de financiamiento en los centrosde investigacin del transporte

413

La investigacin tecnolgica, Una actividad secundaria? 425

7. ARTCULOS SOBRE ENSE ANZA-APRENDIZAJE 433

Algunos aspectos de la enseanza superior 433

Algunas reflexiones sobre la prctica y la enseanza de la ingenieracivil

439

La enseanza de la mecnica de suelos en la facultad de ingenierade la Universidad Autnoma de Mxico

449

Contribucin parcial del Ing. Alfonso Rico Rodrguez. CongresoInternacional de Ingeniera. 1991

465

8. COMENTARIOS EN CONGRESOS 485

Conclusiones de la reunin y perspectivas al futuro (XIII ReuninNacional de Mecnica de Suelos)

485

Discusin a la conferencia principal. VIII Congreso Panamericano deMecnica de Suelos e Ingeniera de Fundaciones

505

9. ARTCULOS MISCELNEOS 507

Desarrollo histrico del concepto boina 507

Entrevista realizada por el Ing. Carlos Enrique Ruiz al Ing. AlfonsoRico Rodrguez durante el VIII Congreso Panamericano deMecnica de Suelos e Ingeniera de Fundaciones

511

10. REFERENCIAS 519


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1 PRLOGO

La inmortalidad si existe; lo hace cuando se recuerda al que se ha ido. Lo hacecuando nos damos cuenta que la vida de aquel que ya no veo ha impregnado la

ma. De algn modo sigue viviendo cuando sus palabras y pensamientos hanconformado los nuestros.

Este volumen trata de ser un homenaje al Maestro Alfonso Rico Rodrguez, servirde herramienta para no olvidar su legado, como un ser humano excepcional y unprofesionista admirable.

Que la lectura y reflexin de lo aqu contenido, sirva para recordar al maestro y alamigo.

Los autores


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2 INTRODUCCIN

Muchos son, sin duda, los mbitos y temas sobre los que al Maestro Alfonso RicoRodrguez le gustaba reflexionar, opinar, debatir, analizar y en otros casos,escribir. De estos ltimos este libro recoge las versiones integrales de la granmayora de los artculos que el Maestro public en revistas, congresos y eventosrelacionados con su quehacer profesional, gremial y docente.

Los trabajos se han agrupado en varios ejes temticos, que constituyen cada unode los captulos del volumen. El primero trata de tpicos relacionados con lageotecnia y las vas terrestres, en donde se encontrarn artculos sobre laproblemtica de la autopista Tijuana-Ensenada, clculo de capacidad de carga enpilotes de friccin, propiedades de la arcilla de la ciudad de Mxico, estabilidad detaludes, comportamiento de materiales granulares y suelos compactados, lacompactacin de suelos, el agrietamiento longitudinal y el problema de lasdeformaciones permanentes en carreteras. Enseguida aparece un captulo sobreTransporte, en donde se encuentran trabajos sobre la seguridad y operacin decarreteras, estrategias de conservacin, financiamiento y transporte de carga. Untercer tema abarca una serie de reflexiones sobre ciencia y tecnologa, como lo esla adaptacin de tecnologas extranjeras en el campo de la ingeniera civil, latecnologa, la innovacin y la investigacin. Hay tambin un tema sobre el procesode enseanza aprendizaje en ingeniera civil en general y en la mecnica desuelos en particular. Enseguida un par de artculos con comentarios y discusionesen los que el Maestro Rico particip en algunos congresos y finalmente aparecendos artculos singulares: uno sobre un tema que le parecer sorprendente allector, y que le dejaremos descubrir por s mismo, y el otro una entrevista que lerealiz el Ing. Carlos Enrique Ruiz al Maestro Rico en el marco del VII CongresoPanamericano de Mecnica de Suelos e Ingeniera de Cimentaciones.

Los trabajos han sido capturados nuevamente, y las tablas y figuras rehechasprcticamente en su totalidad. De esta forma se asegura una homogeneidad enformato y calidad que facilitar su estudio, referencia y consulta por todos aquellosinteresados en conocer a uno de los grandes ingenieros civiles que el Pas hatenido, Pas al que el Maestro Rico dedic su vida.

Justamente en el ltimo artculo de este volumen dedicado a su Memoria, a la

pregunta de qu es ser ingeniero?, el Maestro responde: Ser ingeniero es tenerun modo de vida, que responde a lo mejor a una vocacin, o a lo mejor a otrascircunstanciasA m me parece que la meta ms alta a la que puede aspirar elingeniero, concomitante con la ingeniera misma, es una meta sencilla dealcanzar; esa meta es el espritu de servicio social a la comunidad. Esa meta lodescribe a la perfeccin. Lleg a Mxico de otro Pas porque el destino as lo


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quiso, y se qued aqu hasta el final, amando a Mxico con todo su ser. Sirva estelibro a contribuir a que su memoria no se olvide.

Dr. Paul Garnica AnguasEnero 2014


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1https://maps.google.com.mx/maps?q=el+ferrol&ie=UTF-8&hq=&hnear=0xd2e7618d703d177:0x90284b0722a8b65b,Ferrol,+A+Coru%C3%B1a,+Espa%C3%B1a&gl=mx&ei=81PMUqz5BcXj2AWgqoGgAg&ved=0CJ8BELYD2Ruiz, L. T. Semblanza leda en el Auditorio Fernando Daz Ramirez. Semana de Ingeniera, 1999.3Orozco, J.M. (1998). Prlogo y presentacin del conferencista. Decimocuarta Conferencia Nabor Carrillo. Alfonso RicoRodrguez. Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos.4Comunicacin personal con el Ing. Hermilo del Castillo5Ruiz, L. T. (2002). Atenta Nota. Instituto Mexicano del Transporte. Noviembre 2002.

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3 DATOS BIOGRFICOS

ALFONSO RICO RODRGUEZ

Alfonso Rico Rodrguez naci en el ao de 1930 en el Ferrol, ciudad y municipioespaol situado al norte de la provincia de la Corua, en Galicia (Figura 1). Suspadres fueron Juan Rico Gonzlez y Doa Blanca Rodrguez de Rico.

Figura 1. Localizacin de El Ferrol1

Figura 2. Alfonso Rico Rodrguez en la Academia Militar de Toledo donde estudiosu padre Juan Rico Gonzlez


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El Ing. Alfonso Rico lleg a Mxico en el ao de 1949 e ingres en 1950 a laentonces Escuela Nacional de Ingenieros de la U.N.A.M situada en el ImponentePalacio de Minera de la Ciudad de Mxico, para estudiar la carrera de IngenieroCivil 2,obteniendo el ttulo con la tesis Influencia de la Pendiente en el Costo deoperacin de los vehculos, bajo la direccin del Ingeniero Fernando Espinosa

Gutirrez

3

.En 1958, obtuvo el grado de Maestro en Ingeniera, con especialidad en Mecnicade Suelos, en la recin fundada Divisin de Estudios Superiores de la Facultad deIngeniera, de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, siendo uno de lostres primeros graduados en dicha institucin, con la tesis ConsideracionesElastoplsticas en la Estabilidad de un Talud de Tierra, bajo la direccin del Dr.Eulalio Jurez Badillo3(Figura 3), con el cual escribi los libros Mecnica deSuelos Tomo I (Fundamentos de la mecnica de suelos), II (Teora y Aplicacionesde la Mecnica de Suelos) y III (Flujo de agua en suelos).

Figura 3. Dr. Paul Garnica Anguas, Ing. Alfonso Rico Rodrguez, Dr. Eulalio JurezBadillo, Dr. Eduardo Rojas y M.I. Jos Alfredo Zepeda Garrido (de izquierda a

derecha)

Durante el periodo en el cual el Ing. Alfonso Rico, el Ing. Manuel Jara Lpez y elIng. Hermilo del Castillo (que fueron comisionados por la Secretara deComunicaciones y Transportes) llevaron a cabo estudios de Postgrado en laUniversidad Autnoma de Mxico, forjan una profunda amistad (Figura 4). El Ing.

Alfonso Rico y el Ing. Hermilo del Castillo adems tenan una cosa en comn: suaficin a la msica clsica4. A partir de esta amistad y percibiendo las necesidadesque se tenan en Mxico por tener un libro de referencia sobre vas terrestres,deciden escribir los libros La ingeniera de Suelos en las Vas terrestres Tomo I yTomo II, los cuales les llevaron 2 y tres aos para escribirlos, respectivamente4.


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Figura 4. Familia del Ing. Alfonso Rico y del Ing. Hermilo del Castillo en elzoolgico de Chapultepec (1972)

Estos ltimos libros fueron traducidos al ingls por George F. Sowers del GeorgiaInstitute of Technology, el cual es el tercer autor de la obra en ingls.

El Ing. Rico inici una fructifica y brillante carrera en la administracin pblica. En1953, un ao antes de completar sus estudios de licenciatura, ingres a laentonces Secretara de Comunicaciones y Obras Pblicas (SCOP), la queposteriormente se transform sucesivamente en Secretara de Obras Pblicas(SOP), Secretara de Asentamientos Humanos y Obras Pblicas, para llegar a laactual Secretara de Comunicaciones y Transportes (SCT). En ellas ocup los

cargos de Jefe de la Seccin de Estudios, Jefe del Departamento de Geotecnia eHidrologa y Director General de Servicios Tcnicos3.


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Desde prcticamente su ingreso a la entonces Secretara de Obras Pblicas,estaba convencido de la necesidad de que el Sector Transporte Nacional contaracon un Organismo de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico. Lo anterior loconstatan varias ponencias que sobre el tema escribi, as como su incansablelabor para tecnificar a la Secretara, desde su trinchera como Jefe del

Departamento de Geotecnia.Como Director General de Servicios Tcnicos, a partir de diciembre de 1982, fueya un incansable promotor con el Secretario en turno, y con los 3 Subsecretarios(de Infraestructura, de Operacin y de Comunicaciones y Desarrollo Tecnolgico),de la creacin del Organismo. Fue comisionado a reuniones con el ltimo de losSubsecretarios mencionados para conformar un Plan de creacin de la institucinde investigacin y desarrollo tecnolgico del Sector Transporte. Lo anteriorfructific con un Acuerdo Presidencial del 15 de abril de 1987, en el que se crea elInstituto Mexicano del Transporte5.

El entonces Secretario de Comunicaciones y Transportes, Ing. Daniel Daz Daz,

lo comision inmediatamente despus a buscar sede para el Instituto5. Despusde visitar algunos estados, eligi localizarlo en Sanfandila, municipio de PedroEscobedo, Quertaro. Es as como en Septiembre de 1987 fue nombradoCoordinador General del IMT y conform un pequeo grupo de trabajo que seinstal inicialmente en una oficina provisional en el centro de la Ciudad deQuertaro, para iniciar los trabajos de investigacin y para realizar la primeraetapa constructiva de sus instalaciones definitivas, mismas que se ocuparon apartir de septiembre de 19894 (Figura 5 y 6).

Figura 5. Instalaciones del Instituto Mexicano del Transportean en construccin (1991)


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Figura 6. Visita al Instituto Mexicano del Transporte del Secretario deComunicaciones y Transportes Andrs Caso Lombardo en 1991

Como ancdota, el Ing. Tristn Ruiz Lang comenta que cuando lo invit a trabajaren el grupo iniciador del recin creado IMT, ste tuvo otra oferta interesante paratrabajar en el Sistema Portuario Tampico-Altamira a lo cual el Ing. Rico le dijo:

No creo que sea difcil decidir entre coordinar estibadores y coordinarinvestigadores.

Le sobreviven al Ing. Alfonso Rico Rodrguez su esposa Carmen lvarez (con lacual contrajo nupcias en 1955) (Figura 7) y sus hijos Alfonso Rico lvarez yCarmen Rico lvarez (Figura 8).


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Figura 7. Boda de Alfonso Rico y Carmen lvarez (1955)

Figura 8. Familia del Ing. Alfonso Rico Rodrguez (1970)


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**Rico, R.A. (2000). Visin personal de algunas cosas. Libro homenaje a Jos Antonio Jimnez Salas.Geotecnia en el ao 2000.

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4 ARTCULOS SOBRE TPICOS DEGEOTECNIA Y VAS TERRESTRES

VISIN PERSONAL DE ALGUNAS COSAS**

Alfonso Rico Rodrguez

Mi trabajo no puede ser sino modesto. No he querido tratar un punto especfico dela disciplina. Prefer un enfoque general, que exprese algunos puntos de vistasobre el actual desarrollo de la disciplina a que este libro est dedicado, puesdedicarlo a Jimnez Salas es dedicarlo a la Geotecnia.

No s si todo lo que digo merecer aprobacin mayoritaria, pero no puedo sinoexpresar algunas ideas a las que he llegado despus de batallar con los suelos ylas rocas durante muchos aos; debo decir que generalmente en problemasdedicados a carreteras. Me preocupa el desenvolvimiento actual de las cienciasgeotcnicas, porque veo una tendencia creciente hacia la automatizacin y alalgoritmo numrico en una actividad que pienso debe estar fundamental ycontinuamente dirigida por lo que los suelos enseen y para recibir sus mensajes,hay que ir a ellos.

De todas las ramas de la ingeniera, no es arriesgado decir que por lo menosdesde varios puntos de vista, la Mecnica de Suelos es una de las ms antiguas.El da que se puso derecha la primera laja de piedra para bailar alrededor de ella,naci el primer problema de cimentacin. Se ve de inmediato que la antigedad dela Mecnica de Suelos no es nica; en el ejemplo anterior est claramenteinvolucrada la Mecnica de Rocas. Que los problemas de cimentacin, en formaespecial aprendieron a ser dominados en muchos casos con xito espectacular, lotestifican tantas y tantas construcciones realizadas en los ltimos dos o tresmilenios en forma que enorgullecera a cualquier ingeniero de suelos actual.

Esos xitos en evolucin mucho ms rpida de lo que se hubiera pensado fueronpasando a ser obra, ya no de gente con sentido de la observacin anormal, sinoque se hicieron patrimonio bastante general de casi todas las culturas. De hechoel manejo de los suelos se extendi rpidamente en muchos otros aspectos.Grandes obras de control de ros, uso de la compactacin, desarrollo de vas decomunicacin, la minera y otros, son ejemplos de una rpida diseminacin de loque el hombre fue aprendiendo sobre los suelos, como usarlos y como prevenirque se caigan o que los hagan caer.

Todo ese conocimiento, almacenado con el tiempo, fue producto del error y elxito; de fijarse ms, quiz, en lo que haba salido mal que en lo que haba salido


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bien, de atesorar reglas, de escuchar a los maestros y de pasar sus enseanzas adiscpulos.

Lo que hubo debajo de ese desarrollo de tcnico fue siempre la observacin de lanaturaleza, el anotar con cuidado lo que haba llevado al xito y el anotar, an con

ms cuidado, lo que haba llevado al fracaso.Con siglos de tal aprendizaje, en la poca moderna (que es la prehistoria de lamecnica de suelos, tal como hoy se entiende), el hombre lleg a un manejo delos materiales trreos, que en cierto sentido parece no haber evolucionado msrpidamente en los aos recientes que antao. Muchas de las obras ms famosasde la ingeniera mundial de presas, puentes edificaciones, canales, tneles,minera, etc. datan de hace un siglo o dos, para no hablar de otras muchas quedatan de mucho ms tiempo.

Sin embargo, en la primera cuarta parte de este siglo XX ocurri un hecho decisivoen la marcha relativa serena que la mecnica de suelos haba sostenido durantelos milenios anteriores: La Mecnica de Suelos conoci a Terzaghi. Como todoslos matrimonios de xito decisivo, ste fue en gran medida obra de la casualidad;parece que ni siquiera fue amor a primera vista, pero eso s, una vez establecidoel matrimonio fue hasta la muerte.

De acuerdo con cnones pacatos de la sociedad, Terzaghi no fue todo lo fiel quelas seoras de edad quisieran: sin dejar de amar siempre a su esposa, tuvodevaneos con la Geologa Aplicada y con la Mecnica de Rocas. Felicesdevaneos.

Parece ser que el papel de Terzaghi con respeto a la Mecnica de Suelos fue, enprimer lugar, introducirla de lleno entre las disciplinas fundamentales de laIngeniera Civil, sacndola un poco de un papel anterior que no dejaba tenersesgos de un oficio venido a ms.

Urge ya decir que, como siempre sucede, el papel de Terzaghi no fue la obra deun hombre ni de un juicio, sino la de una circunstancia que moviliz a un gruposelecto que, estoy seguro de ello, aunque acepta a Terzaghi como su lder deespritu, podr reclamar para s mritos protagnicos. Este libro est dedicado auno de esos hombres que participaron en esa nueva concepcin y visin de laingeniera y de la ingeniera de suelos. Difcil ser que vuelva a reunirse un grupotan dotado de talento, tan innovador y tan repartido por la geografa de todo elorbe como el de aquellos que crearon la Mecnica de Suelos que hoy conocemos.

El problema que Terzaghi y sus compaeros encararon no fue fcil, pues lossuelos, reconocidos por ellos como intrincadas mezclas de slidos, lquidos ygases mostraron comportamientos, y al verlos a travs de los ojos de la ciencia,que no podan ser explicados por lo que en el primer cuarto de este siglo se saba.


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Es fcil de comprender esto al pensar que tres cuartos de siglo ms tarde siguensin saberse en muy amplia medida.

El trabajo de Terzaghi y los precursores ocurri en el pleno desarrollo de lalinealidad en las ciencias de los materiales. La teora de la Elasticidad y la Teora

de la Plasticidad eran invocadas como las llaves del reino de toda la tecnologa.Consciente o inconscientemente.

Terzaghi y aquellos pensadores pudieron aceptar la idea de un mundo lineal, deuna Mecnica de Suelos lineal con suelos obedientes a la Ley de Hooke y ateoras matemticas que daban para escribir obras hasta en 33 volmenes(Mller-Breslau). Pero Terzaghi sinti que el mundo no era lineal y que lamecnica de suelos no podra ser lineal; por ello busc nuevos derroteros pararesolver sus problemas. La Mecnica de Fluidos ofreci de inmediato un campopor explorar; algunos descubrimientos recientes de la fsica de contactos slidoscomo la friccin, por citar alguno, tambin. Todos ellos fueron invocados paraentender materiales tan complejos y heterogneos como parecan ser los suelos.

Desde un principio tambin aquellos pioneros entendieron que no bastaba pensary resolver integrales para cimentar rascacielos: haba que ir al suelo y untarse del. As naci el Laboratorio de Mecnica de Suelos y ah brill muy especialmenteCasagrande. El Laboratorio de Mecnica de Suelos tiene una antigua rencilla conel Laboratorio de Hidrulica para definir cul es el primero que floreci en lahistoria moderna, pero evidentemente esas carreras no interesan. Lo importantees que naci el Laboratorio de Mecnica de Suelos, que hizo que los ingenieros semancharan de tierra y abrieran nuevos horizontes.

Al rato, Terzaghi y sus amigos vieron que entre el laboratorio y lo que pasabaafuera haba un tremendo efecto de escala y pensaron que sin entenderlo pocopodra entenderse. Naci as la instrumentacin de campo, con la cual se pretendeentrar en las intimidades de grandes formaciones reales. A todas estas ya sehaba planteado un gran problema de exploracin y muestreo, que fueresolvindose ao con ao de manera ms adecuada.

As, la Mecnica de Suelos lleg a ser probablemente el rea de la ingeniera civilcon mayor contacto laboral con la naturaleza. El resultado fue espectacular.

Contaba Nabor Carrillo que en la actual legislacin de los Estados Unidos hay unaley no derogada, de los primeros aos de este siglo que prohbe construir bordosde retencin de agua de ms de 20 m de altura por ser intrnsecamenteinestables. Sin comentarios. No hace falta decir ms para ver los xitos realmenteespectaculares que logr la Mecnica de Suelos al cimentar edificios de 40 pisosen el centro de la ciudad de Mxico al construir presas de tierra de 300 400 m dealtura en muchas partes y al llevar a cabo otras muchas obras mencionables quetodo el mundo conoce.


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Es cierto que el avance tecnolgico, lo que se aprendi moviendo suelos,probando suelos y, en general tratando a los suelos, no siempre qued respaldadopor un conocimiento cientfico que avale rigurosamente las exitosasmanipulaciones que todos conocemos. Esa presa de 300 o 400 m de altura tieneunos taludes que no sabemos cmo funcionan, por citar un ejemplo.

En las manipulaciones de la Mecnica de Suelos se usan factores de seguridad,sean definidos toscamente como hacemos muchos o con sofisticados anlisis deconfiabilidad, que an son muy altos pero que resultan enormemente bajoscuando se les compara con los que se utilizan en los clculos que hacen uso deteoras elsticas o plsticas. Desde luego cualquier sastre que trabajara con losfactores de seguridad de los ms afamados ingenieros de suelos, quebrara endos semanas, pero dejemos esa digresin porque los sastres no son hombres deciencia.

En el primer tercio de este siglo que agoniza, los esfuerzos del grupo estelar alque se hizo referencia haban arrojado luces muy claras y tiles sobre algunosaspectos vitales en el comportamiento de los suelos. Si el verbo calcular se tomacon holgura en el sentido de permitir llegar a resultados suficientemente bienorientados como para poder trabajar en forma razonable y segura, los ingenierosde suelos podan predecir asentamientos en suelos blandos y para ello contabancon un algoritmo interesante; podan estimar la resistencia de los suelos antevarias condiciones de trabajo frecuentes e importantes, y lo ms interesante,haban aprendido que la resistencia no era constante del material, sino unarespuesta del mismo ntimamente ligada a la excitacin que se le produjera(mensaje que debi de ser cuidadosamente ledo por ingenieros dedicados a otrosmateriales que pensaban en una resistencia del material, independiente de lascondiciones de trabajo, craso error del que todava parecen quedar seriasreminiscencias en aulas y prcticas); el efecto del flujo de agua en el interior de lamasa de suelo se entenda razonablemente bien en formaciones homogneas, porlo menos lo suficientemente para incrementar la estabilidad de presas de tierra,hasta el extremo de poderse decir que se haba abierto un nuevo captulo de laingeniera. Algunas otras cosas de la ingeniera se fueron aprendiendo tambin enreferencia siempre a cuestiones que no slo pudieron manejarse en las obras sinoque fueron entendidas, sin duda no en todos sus detalles con una compresin queya de algn modo se acercaba a lo cientfico.

En otros casos, el manejo de los suelos, su uso cercano fue dando algunoscriterios prcticos, no fundados en teoras pero si en la sucesin de xitos yfracasos que se tuvieron como resultado del uso frecuente de ciertas tcnicas.Casos en los que no se lleg a una comprensin terica del problema pero s amtodos para resolverlos con suficiente seguridad haciendo uso de la experienciaanterior bien diversificada en relacin al tipo de obra y al tipo de suelos presentes.Ejemplos tpicos de estos casos se tienen en muchas tcnicas de cimentacin y,muy tpicamente, en los anlisis de estabilidad de taludes, que permiten manejar


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enormes masas de suelos en obras fundamentales con amplia carencia delconocimiento ntimo de los fenmenos involucrados en su estabilidad (aceptandoel concepto de esfuerzo, debe recordarse que stos no se conocen por medio deninguna teora en el interior de la masa de un talud, ni aun cuando ste fuera deperfecta homogeneidad).

Lo que pudiera ser ms importante es que la Mecnica de Suelos, haba emitidoun juicio ampliamente aceptado de que el comportamiento de las masas trreas,an haciendo concesiones hacia las de ms homogeneidad, no poda ser descritopor teoras de comportamiento lineal, del tipo de las teoras generales de laElasticidad o de la Plasticidad.

El caso del empuje de tierras sobre elementos de contencin ilustra una situacinun tanto intermedia en la historia de la Mecnica de Suelos. Aqu las pocasanteriores al siglo XX haban desarrollado teoras con aparente entidad fsica. Sinembargo, cuando lleg la poca de las mediciones en modelo o in situ y cuandoesas teoras fueron analizadas ms a fondo, fue bastante evidente que, valga laredundancia carecan de real consistencia terica. Especialmente cuando sedesarrollaron elementos de retencin de carcter francamente flexible.

Este es un caso en que se mezclan por parte de los especialistas, los clculos conla enseanza emprica de experiencias pasadas, nacida de los resultados deanalizar obras anteriores instrumentadas.

En las pocas recientes han aparecido sistemas de anlisis del interior de masasde suelos de gran minuciosidad y potencialidad. Son una consecuencia de unavisin matemtica de la naturaleza de los suelos y de la posibilidad de utilizar losrecursos del cmputo moderno. Las bases tericas de esos modelos descansanen la Teora de la Elasticidad o en la Teora de la Plasticidad, que a veces semezclan en diferentes dosis. Este hecho tie de fuertes sospechas la utilizacin delos mismos y el realismo de sus resultados. Sin embargo, sera muy arriesgado yprobablemente muy errneo condenarlos apriorsticamente y negarles todacapacidad de ayudar al ingeniero en la resolucin de problemas complejos.

Una caracterstica muy positiva de estos recursos actuales es la enormecapacidad de repetitividad de anlisis complejos que permite la realizacinreiterada de esos anlisis con muy diversas combinaciones de datos. Aplicada aun problema real, esta circunstancia puede llegar a dar una trascendentalcapacidad al ingeniero para justipreciar el peso relativo de diferentes situaciones yde sus combinaciones, lo cual puede resultar de un valor decisivo.

Pero la ventaja anterior tiene, a no dudarlo, una cortapisa; exige un muy amplioconocimiento de datos reales y an de sus variaciones y tendencias de maneraque los diferentes balances de la situacin que el modelo pueda ofrecer cubran lassituaciones relevantes.


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De esta manera, tras un trabajo inteligente con el modelo podr llegarse a teneruna sensacin muy til de las situaciones ms desfavorables y de los parmetrosque hacen llegar a ellas. El conocimiento del problema y sus posibilidades devariacin que el ingeniero adquiere con el uso del modelo, combinado con lasposibilidades reales de variacin de esos parmetros proveniente del

conocimiento de la situacin real y de mediciones de campo, tienen que ayudardecisivamente a detectar las condiciones crticas a la vez que han de proporcionaruna til orientacin de cmo sopesarlas y tratarlas en la solucin.

Sin embargo, estas nuevas y poderosas tcnicas no estn exentas de gravespeligros que con alta probabilidad pueden convertirse en gravsimos, sobre todo siel que usa el modelo cree firmemente en l.

En primer lugar, no puede olvidarse que la base cientfica de los modelos que elautor de estas lneas conoce con sus viejas y muy sospechosas amigas, laElasticidad y la Plasticidad o sea ese clsico mundo lineal al que l achaca casitodos los males de la ingeniera actual. Quiere decirse con eso, que lo nico quehay segn su criterio, peor que cerrarse a todo tipo de utilizacin de talesherramientas es creer ciegamente en ellas.

Una condicin absolutamente imprescindible para la inteligente utilizacin de tanprocelosas herramientas parece ser un conocimiento tan perfecto como seaposible de las condiciones geotcnicas del problema que se analiza. Laexploracin de los suelos, amplia y cuidadosa, el conocimiento de sucomportamiento, en movimientos, cambios estacionales, variaciones de lassolicitaciones, el efecto de flujo de agua o endurecimiento por sequedad, la

justipreciacin de los parmetros de resistencia, junto con una justificacin clarade la naturaleza de esa resistencia desde efectos rpidos hasta valoresresiduales, segn sea la naturaleza del problema y una visin realista de losmecanismos posibles o previsibles de fallas, movimientos o cambios de cualquiernaturaleza son necesarios como mnimo, con la misma intensidad que si ningnmodelo fuera a ser usado y el ingeniero fuera a contar nicamente con elconocimiento y experiencia que tuviera para resolver el problema.

Estas nuevas herramientas, empaquetadas en un software comercial, tienen elgravsimo peligro de ser tomadas como el medio de solucin de un problemageotcnico. Hoy se tiene la sensacin, al leer la literatura tcnica alusiva de queen muchas ocasiones se piensa que una visin general de un problema quepermita sentir afinidad con algn software existente, basta para usarlo y realizar loque l indique. Que la identificacin de un software que trate problemas similaresa los que sospecha enfrentar, es la garanta de una solucin; en tal caso bastahacer un sondeo o dos para identificar rpidamente en laboratorio los parmetrosque el software exige; el resto, es computo. Si as se consideran las cosas, elpapel de estos mtodos debe considerarse absolutamente inapropiado.


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Las implicaciones del criterio aqu expuesto, si se considerara razonable, llegarana las aulas universitarias, exigiendo a los profesores un mensaje de que en laGeotecnia actual nada sustituye a la exploracin de campo, la concepcin de ladinmica del problema y el conocimiento y experiencia del ingeniero.

La investigacin actual en la Mecnica de Suelos no est exenta de algunasdirectrices que merecen comentario. Cuando se ve el conjunto de trabajospresentados a congresos importantes o, inclusive cuando se leen libros recientes,se percibe un gran volumen de trabajo destinado a difundir los llamados estudiosde caso, en los que se presenta alguna situacin generalmente conflictiva, lo quese hizo para ver qu estaba pasando o qu amenazaba pasar y se proponen odescriben medidas correctivas o reconstructivas, que el responsable del trabajoconsidera oportunas. No todos los casos presentados se describen con base en laexploracin minuciosa y las medidas de campo que la actual tecnologa permiterealizar; son frecuentes las presentaciones en que con base en un conocimientorelativamente somero se obtienen los datos necesarios para la aplicacin del cadavez ms frecuente software salvador; rara vez se ve seguimiento de las medidastomadas para resolver un caso especfico, para informar a los colegas de lamedida del xito alcanzado en los tiempos subsecuentes a la realizacin de lasmedidas correctivas o reconstructivas.

En la mayor parte de las situaciones descritas en los trabajos no se resalta, comoparece hacerlo la naturaleza, la enorme e intrincada relacin entre las masas desuelo propiamente dichas y las masas de roca con las que suelen interactuar. Aquaparece un punto que debe preocupar al investigador y al profesor en el sentidode resaltar la urgencia de eliminar las fronteras actuales entre la Geologa

Aplicada, la Mecnica de Rocas y la Mecnica de Suelos. Son evidentes paratodos, los loables esfuerzos que se han hecho en los ltimos varios aos paraunificar convenientemente estas tres disciplinas que desafortunadamente nacierony se manejaron durante un tiempo excesivo como entidades relativamenteseparadas. Esta separacin an es perceptible en muchos programas de estudio.

Afortunadamente, tambin son perceptibles fuertes movimientos hacia launificacin de los materiales de la corteza terrestre con que el ingeniero batalla; lamisma palabra Geotecnia es testimonio de estas luchas benficas; sin embargo,parece todava preciso insistir conceptualmente y actuar en la unificacin sealadaen trabajos de investigacin y en la formacin de nuevos ingenieros.

En su origen los grandes temas de investigacin en la Mecnica de Suelossurgieron de problemas locales e indujeron tradiciones que an hoy parece difcileliminar de la mente de todos nosotros. Los terrenos blandos en ampliasformaciones son, para tomar un ejemplo, frecuentes en grandes ciudades porqueellas nacieron o cerca del mar o a la vera de los ros importante (una excepcin esMxico, que se construy en el centro de un lago y la razn para ello, segn latradicin es que all se vio un guila tratando de comerse a una serpiente; si estoes cierto, se ve claramente que este evento no constituye un criterio geotcnico


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adecuado para crear una urbe que lleg al gigantismo). La consecuencia es doble.En primer, lugar este hecho produjo un loable inters por los problemas decimentaciones en formaciones blandas homogneas, pero con una polaridad quedurante bastante tiempo hizo que los ingenieros descuidaran relativamente otrosproblemas no menos importantes, la segunda consecuencia fue un inters

tremendamente polarizado hacia los suelos transportados, dispuestos en ampliosestratos de suelos finos, blandos y bsicamente saturados.

Muchas de las tcnicas bsicas ms elementales pero a veces ms tiles de laMecnica de Suelos actual estn teidas por estos hechos. El descuido de lamecnica de los suelos no saturados hasta pocas relativamente recientes ha sidonotorio; el descuido de crear una Mecnica de Suelos residuales tambin. Aquest abierto un enorme horizonte de investigacin que cubre cosas importantescomo la que ms. Las extensiones de suelos residuales en el mundo sonenormes. Al principio se crey que el asunto no era para tanto pero hoy se ve queafecta a la totalidad del planeta en gran escala y que las primeras quejas de losque hacan ver que tecnologas tan vitales como el uso de la carta de plasticidadno funcionaban adecuadamente en su medio, no son asuntos de minoras; lasdiferencias de comportamiento entre los suelos residuales y los suelostransportados resultan en un campo de investigacin que urge desarrollar,independientemente de que hoy se expande en mayor medida que en el pasado.

Otro tanto poda decirse de la Mecnica de los Suelos no saturados. De nuevo lasciudades paradigmticas presentaron sus mayores problemas en suelos saturadoso casi y otra vez descubrimos que, adems de en la compactacin, ese tipo desuelos estn presentes en otros problemas continuamente.

Es probable que en las lneas anteriores se hayan mencionado los polos deinvestigacin bsicos para el futuro contemplable, pero no sern los nicos. Porejemplo, resultar difcil entender la mecnica de un talud o de una gran ladera sino se encuentra el modo de entrar en ellos y descubrir sistemticamente lasformaciones geolgicas que los han creado.

No debe olvidarse que cuestiones tan trilladas como el comportamiento de unpilote de friccin tiene muchos aspectos de fundamental importancia, en plenodebate. En rigor, esto sucede en casi todos los aspectos de la Mecnica de Suelospor doquier.

Todo un captulo vital para la comprensin de los suelos y su comportamiento seabre cuando se trata de penetrar en sus estructuras ntimas en su fsico-qumica,en sus relaciones con el agua y sus sustancias en solucin. De hechoseguramente no se logre comprender la intimidad de los suelos en tanto no sepenetre seriamente en ese mundo.

De las lneas anteriores parece que podra deducirse cul es el pensamiento del


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que escribe esta nota en torno al cual debe ser la orientacin de la enseanza enla Mecnica de Suelos. Quiz podra resumir su criterio con una simple frase:olvidar la linealidad que la naturaleza parece no conocer, volver al suelo, desde lomacro hasta lo micro y prepararse para un desarrollo lento y difcil pero que sersin duda sostenido; si as se hace, si se vuelve al suelo, al laboratorio, a la

medicin, al monitoreo de lo que funciona y de lo que no, es de pensarse quehabr un desarrollo cientfico adecuado de esta misteriosa tecnologa


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**Rico, R.A., Springall, G., and Mendoza, A. (1976). Investigations of instability and remedial works on theTijuana-Ensenada highway, Mexico. Geotechnique 26, No. 4, 577-590.

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INVESTIGATIONS OF INSTABILITY AND REMEDIAL WORKS ON THETIJUANA-ENSENADA HIGHWAY, MEXICO**

A. RICO, G. SPRINGALL and A. MENDOZA

This paper presents two important instability cases in a Mexican toll road. Suchinstability cases involve large earth masses and special failure mechanisms due tocumulative deformation associated with residual shear strength. The nature of theproblems demanded, as a prerequisite, the determination of the kinematic failuremechanism; accordingly it was necessary to implement a large fieldinstrumentation programme. A series of laboratory tests was carried out in order todefine the actual residual shear strength and to be able to compare it with thatobtained from analysis considering a factor of safety equal to one. Stabilizingprogrammes with large factors of safety would lead to large expenses, so the factorof safety in these cases was limited to appropriate values. Underdrainage plays animportant role in the correction of these failures. Finally, data taken over a period offive years from the observed behaviour of the correction works adopted arepresented.

Dans cet article nous prsentons deux problmes d'instabilit qui se sontprsents sur une importante autoroute mexicaine. De tels problmes d'instabilitintressent des grandes masses de terre et entranent des mcanismesparticuliers de rupture ds des dplacements cumuls mettant en jeu larsistance rsiduelle. La nature du problme tablit comme condition prliminaireindispensable la connaissance du mcanisme cinmatique des glissements, ce quia rendu ncessaire de mettre au point un important programme d'instrumentationin situ. Nous avons effectu une srie d'essais de laboratoire afin de pouvoirdterminer la rsistance rsiduelle actuelle en faisant des comparaisons avec larsistance estime, obtenue par le calcul en supposant le coefficient de scuritgal 1. Essayer d'obtenir des solutions avec des coefficients de scuritimportants aboutirait des cots trop levs, raison pour laquelle le coefficient descurit a t limit pour ces problmes. Le drainage profond joue un rleimportant dans le traitement de ces glissements. Finalement, nous prsentons lesdonnes obtenues pendant l'observation des travaux de confortement adopts,raliss depuis cinq ans.

GENERAL DESCRIPTION

Introduction

The Tijuana-Ensenada highway runs 110 km along the north-western coast ofLower California, in Mexico (Fig. 1).


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Fig. 1. Tijuana-Ensenada highway

Local instabilities, previously detected during the planning stage (Puig, 1963),became evident while the highway was still under construction over a sectionbetween 12 km and 22 km from Ensenada, the point of origin. However, thedecision was taken to attempt to overcome the problem of instability, rather than todivert the route because of this route's attractiveness from the point of view of thetourist industry.

Only two of the nine potential slides within the section of the highway will bediscussed in detail, to illustrate the nature of the problem.

Geology and meteorology

The coastal zone basically comprises four geological formations (Fig. 2) (Rico etal., 1969). Andesite lava flows of variable thickness are found at the highestelevations. This formation is underlain by a sedimentary formation of marine originconsisting of clay shales, sandstones and conglomerates. These rocks formbuttresses that extend into the sea. The third formation is composed of sandy-silty

soils which cover a great part of the previous two. The fourth comprises talusdebris deposited superficially between the sedimentary buttresses. The unstablezones are located precisely within the areas of talus debris.


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Fig. 2. Map of unstable zones

The chart of annual distribution of rainfall (Fig. 3) is based on data from themeteorological station in Ensenada. Rainfall running off towards the sea causesthe saturation of the clay shales and, occasionally, the saturation of the contactbetween the latter and the talus debris.


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Fig. 3. Rainfall graph, based on data from meteorological station, Ensenada, BajaCalifornia Norte

The groundwater level is subject to seasonal variations, clearly associated with aninternal flow regimen derived from a wide area; although local seepage within oldborrow zones may be of some importance. Fig. 4 provides an example of thevariation in the groundwater level against time for a specific zone.


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Fig. 4. Water table variation, km 15+500

Failure mechanism

During the construction of the highway, cuts were made through the clay shalesand sandstones. High embankments, sometimes of more than 20 m, were builtover deposits of talus debris. The cuts have shown normal behaviour, but cracking,

indicative of a movement towards the sea, became apparent in the embankmentsright from the beginning. Although instability was certainly characteristic of many ofthe zones in question before the embankments were built, it is very likely that theirweight contributed to the deterioration of a rather precarious stability in somecases.


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The mechanism that generates the instabilities has been visualized as follows(Rico and del Castillo, 1974): the clay shale buttresses extend from the igneousformation of the meseta towards the sea rather like the fingers of an outstretchedhand. The spaces between the buttresses have become filled with debris depositswhich, since their emplacement was due to effect of gravity alone, acquired a final

configuration necessarily close to the critical angle of equilibrium. Inevitably, manyslides occurred in these deposits, some of them totally collapsed, and the resultsare still visible in the typical amphitheatre forms which reveal the heads of theancient failures, as well as in the promontories extending into the sea. In othercases, involving enormous earth masses, significant downhill deformations haveoccurred in the mass. Since a slide surface associated with soil rupture might begenerated as a result of the extent of the deformations, no catastrophic slideactually occurs owing to restrictions imposed by the heterogeneity, both of the slidesurface formed and of the materials involved, as well as by the irregular shapes ofthe most resistant strata of the supporting formations.

Such a mechanism is the origin of very slow downhill movements of great massesof talus deposits over well-defined slide surfaces. In this paper such surfaces arereferred to as ancient slide surfaces. Since highways are quite commonly builtalong slopes within which similar phenomena may be generated, it may beassumed that such ancient slide surfaces are more relevant to highway stabilityproblems than hitherto had been believed; indeed, the authors strongly suspectthat a significant percentage of highway stability problems are the consequences ofthe reactivation of ancient slide surfaces.

It is logical to suppose that should a more resistant formation underlie talus debris,the contact between them will constitute a likely place for slide surfaces to begenerated due to cumulative deformations. It is equally logical to believe that ifpore-water pressure is generated in the slide surface, then the rate of movement islikely to be increased. It is not an easy task to attempt the solution of problemsposed by such immense movements (in some cases the slide masses are 300 mlong, 150 m wide and 30 m deep) and an indispensable requisite is thedetermination of the kinematic mechanism.

FIELD STUDIES AND STABILITY ANALYSIS

Field studies

Field studies were planned to obtain the following data:(a) topography of the masses in movement;(b) direction and magnitude of surface displacements;(c) geological characteristics and mechanical properties of the soil mass;(d) geometry and depth of the slide surfaces;(e) geohydrological conditions of the soil mass.


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The topographical surveys were carried out using photogrammetrical methods insome cases and conventional procedures in others. Surface displacements weremeasured, both vertically and horizontally, by reference to points along fixed lines,the ends of which extended to stable ground. Vertical displacements weredetermined by precision leveling at each point, with references at the same

benchmarks. Borings were made in each unstable area. They were drilled alonglines parallel to the direction of the movement, with one line always along thesymmetrical axis of the moving mass. The number of borings at each slide variedaccording to the topography and size of each moving mass and upon dataobtained from the first borings drilled. The minimum number of borings at a slidewas four, and the maximum seventeen. Deformometers of the slope indicator type(Wilson and Hancock, 1959) were installed in the boreholes to determine thegeometry and depth of the slide surfaces. The installed length was always greaterthan the depth at which sound sedimentary rock had been found, and varied from 8to 65 m. The total number of instruments installed was 82. In many cases theseinstruments were installed in the borings and they were all distributed along axesroughly parallel to the principal direction of the movements. Profiles of typicalsubsurface formations, revealing the contacts at which the slide surfaces weregenerated in two of the failure zones are drawn in Fig. 5. Those are the cases thatwill be used as illustration in this paper.


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Fig. 5. Geometry of sliding surfaces

Relationship between regional rainfall regimen and the slides

Figure 6 provides information of great interest regarding the relationship betweenobserved movements and regional rainfall. Although only three failure zones are


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covered and only horizontal movements over a period of four years are referred to,the data consistently exemplify a general phenomenon invariably recognized withprecisely the same characteristics.

At the beginning of each rainy season, well defined in this region, there occurs a

lapse of one and a half to two months before movements begin to acceleratedrastically. The movements continue until the same length of time after thebeginning of the dry season, when they diminish in an equally notable fashion. Thisphenomenon was interpreted as reflecting a marked influence of the internal flowof water from more elevated areas upon the movements observed. The flow clearlyincreased water pressures in the zones adjacent to the slide surfaces, diminishingshear strength and favoring movements.

Fig 6. Relation between rainfall and magnitude of movements

Results of measurement

Figure 7 provides an example of how instruments to measure subsurfacehorizontal displacements were located, while Figs 8 and 9 are indicative of the typeof information obtained. This information, together with that regarding surfacemovements, made it possible to establish the nature of the kinematic mechanism ina satisfactory manner. Table 1 summarizes some of the data of the slide surfaces,referring to the time when their geometries were determined after field studies had


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been carried out. Mean velocities of movement during the dry and rainy seasons ofthe two slides taken as examples in this paper are given in Table 2.

Fig. 7. Plan view slides at km 15+050, km 15+200 and km 15+500


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Fig. 8. Inclinometer IC-4, km 15+500

Fig 9. Inclinometer IC-6, km 15+500


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Table 1. Data of slide surfaces

Table 2.

Slidekm

Velocity of horizontal displacement,cm/month

Velocity of vertical displacement, cmmonth

Dry season Rainy season Dry season Rainy season

12+360 2-0 4-0 0.8 2.5

15+500 3-0 4-0 1.3 1.8

Analysis of stability and shear strength

The strength of the soils along the slide surfaces was measured in terms of theresidual strength (Skempton, 1964), according to the equation

rrS tan 1


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Assuming a factor of safety of one for the slides, it was possible to estimate thevalues of rfor more than one section of the slides considered. The values in Table3 were compared with laboratory tests carried out on representative specimens ofthe soils, some of which contained the slide surface whereas others did not. Thelaboratory equipment used was either a standard shear apparatus adapted to

permit very considerable deformations both forwards and backwards, or an annulartorsion apparatus capable of dealing with very large samples (external diameter49.6 cm; interior diameter 26.4 cm; thickness of sample 15 cm). This apparatuswas also modified, in this case to increase angular displacement up to 340. It wasthis instrument that made it feasible to test specimens containing the slidesurface11. Examples of the stress-strain curves obtained using both types ofequipment are given in Figs 10 and 11, while the resultant Mohr's envelopes aredrawn in Fig. 12. Table 3 contains the values of rdetermined in the laboratory forthe two slides in question.

Fig 10. Shearing test, km 15+500, n= 1 kg/cm2


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Fig. 11. Torsion tests, km 15+500, n= 0.727 kg/cm2

Fig. 12. Shearing test


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Table 3.

Slidekm

Calculatedvalues of r

Laboratory testsvalues of r

12 + 360 13.3 10

11.6 12.415 + 500 7.1 6.513.2 8

REMEDIAL WORKS, SOLUTIONS ADOPTED AND SUBSEQUENT BEHAVIOUR

The slides were characterized by certain common features, which may besummarized as follows:

(a) great earth masses in movement, with volumes ranging from half a million tothree million m3;

(b) the slides occurred over failure surfaces formed prior to construction of thehighway and these surfaces were generally planar and only slightly inclined;

(c) strength mechanisms were to be understood in terms of residual strength;

(d) there was a clear relationship between rates of movements and regionalgroundwater flow;

(e) there was a clear relationship between movements and local geology; slidesurfaces developed along the contacts between deposits of talus debris and

stronger sedimentary formations.

Prior to solving the problems it was judged essential to determine the kinematicmechanisms involved: the geometries and positions of the slide surfaces, themagnitude and direction of displacements and all relationships between thesefactors and environmental conditions. The required data were obtained by fieldinstrumentation.

The magnitude of the masses involved made it evident that restrictive solutions,implying the attempt to halt the movements by simple restraint, would provedifficult, unless the root causes were attacked. Thus consideration was given to

solutions that implied stimulating the earth masses to come to a halt themselves,either by increasing the strength of the soils or by reducing the disturbing forces.

The correlation observed between internal groundwater flow and the movementssuggested that subdrainage might constitute a standard criterion.

The choice of specific solutions was dependent in each case on local topography,


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depth of water table, shape of slide surface and economic considerations.Economic factors prohibited attempts to achieve very high factors of safety; theestimated increase in all cases ranged between 10 and 20 per cent.

Limitations of present calculation methods make it impossible to evaluate the effect

of each of the solutions adopted with any precision, due to the multiplicity offactors. For this reason, the observation of displacements after corrective solutionshave been put into effect constitute the only definitive frame of reference. A briefsummary of the solutions adopted in the cases of the two slides chosen toexemplify the problem is given below, together with some information regardingsubsequent behavior.

Slide at km 12 + 360

The length of highway affected by the slide was in the order of 450 m, and it islocated close to the sea. The highway embankment is laterally supported by amasonry wall some 7 m high, built within the zone where marine erosion is intense.Three lines of surface control points were run and twelve inclinometers installed(Fig. 13) to determine the nature of the failure mechanism. It was established thatthe failure surfaces were cylindrical across certain sections and compound (circularand planar) across others. Slide velocities were found to be constant, obeying acyclical law, increasing as a result of the pore-water pressure increase due toseasonal rainfall.

Fig. 13. Plan view of slide at km 12+360


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Given the geometry of the slide surface, and applying the criterion of residual shearstrength, the solution adopted involved the removal of material from the head of thefailure (Fig. 14) and waterproofing the exposed surface. Some 70 000 m 3 ofmaterial were removed. The retaining wall was reinforced by dumping large stonesalong the shore to stop erosion as shown in Fig. 5. Horizontal drains were placed

using perforated pipes.

Fig. 14. Section showing removal of overburden material

The horizontal and vertical displacements along a line of control points before andafter undertaking the remedial works are shown in Fig. 15.

Fig. 15. Horizontal and vertical displacements observed on line 2, km 12+360

Slide at km 15 + 500

This was the largest of the slides, covering an area of 8 ha and affecting some 230m of highway (Fig. 7). A 17 m high embankment was built across deposits of talusdebris with depths of up to 37 m. Four lines of surface control points were run and17 inclinometers were installed. It was discovered that something like 40% of the


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rotational type slide surface lay beneath groundwater level (Fig. 5). Stabilizationworks comprised a drainage gallery with a total length of 230 m, driven beneath theslide surface and constructed, in the form of a T; a cross-section is drawn in Fig.16. Fans of drainage pipes in the form of perforated pipes installed in drilled holesextended from the gallery to the slide surface. Some 15 000 m 3 of soil were

removed from the head of the failure as a supplementary stabilizing measure. Thehorizontal and vertical displacements along a line of control points before and afterundertaking the remedial works are shown in Fig. 17.

Fig. 16. Cross-section of drainage gallery

Fig. 17. Horizontal and vertical displacements observed on line C, km 15+500


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REFERENCES

Puig, J. B. (1963). Private communication.

Rico, A., Springall, G. & Springall, J. (1969). Slides on the Tijuana Ensenada

Highway. Seventh Int. Conf. Soil Mech. Fdn Engng, Mxico City.Rico, A. & Del Castillo, H. (1974). La ingeniera de suelos en las vas terrestres 1,chapter 7, pp. 427-442. Mxico City: Ediciones Limusa SA.

Rico, A., Aguirre, L. & Moreno, G. (1967). Estabilizacin de un deslizamiento en lacarretera Tijuana-Ensenada. Proc. 3rd Panamerican Conf. Soil. Mech. Fdn Engng,Caracas 2, 51-64.

Skempton, A. W. (1964). Long-term stability of clay slopes. Fourth RankineLecture: Gotechnique 14, No. 2, 77-101.

Wilson, S. D. & Hancock. C. W. (1959). Horizontal displacements of clayfoundations. Proc. 1st Panamerican Conf Soil Mech. Fdn Engng, Mexico City.


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**Rico, A., Orozco, J.M., y Len, J.L. (1993). Cimentaciones sobre pilotes de friccin en suelos conhundimiento regional. Proceedings Third International Conference on Case Histories in GeotechnicalEngineering. St. Louis Missouri. June 1-4, 1993. Este artculo se present en ingls.

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CIMENTACIONES SOBRE PILOTES DE FRICCION EN SUELOS CONHUNDIMIENTO REGIONAL**

Alfonso Rico Rodrguez, Juan Manuel Orozco y Jos Luis Len Torres

RESUMEN. Se presenta con detalle un mecanismo de carga en pilotes defriccin en un suelo con hundimiento regional cuando no emergen respecto alterreno circundante. Se analiza el efecto de una "costra" superficial de suelo queno se enjuta y se establece un lmite al factor de seguridad, FS, de los pilotes sise ha de evitar que emerjan. Con base en lo anterior se analiza el caso decimentaciones apoyadas sobre pilotes de friccin si se desea evitar que la losade cimentacin se despegue del suelo. Se propone que la carga transmitida porla losa sea considerada igual a la compensacin y que se tome en cuenta elincremento, a medida que pasa el tiempo, en la adherencia suelo-pilote; en esaforma se llega al mximo valor conveniente de la capacidad de carga de lospilotes con tal de que no emerjan. Tambin se presentan los resultados demediciones que indican la distribucin de deformaciones en la capa de arcillaentre 0 y 30 m asociadas al hundimiento regional. Finalmente se presenta unejemplo hipottico.

ABSTRACT. A load Mechanism in friction piles supported on subsoil underregional settlement is presented. The effect of a surficial crust which is not underconsolidation is analyzed and, to avoid pile emersion, one limit is established tothe piles factor of safety, FS. The case of foundations supported on friction pilesis analyzed when the foundation slab should be always in contact with thesupporting soil. It is proposed to be considered that the load transmitted by thefoundation slab is equal to the compensated weight and it is suggested that the

increase with time, in pile-soil adherence should be taken into account; finally, amaximum value is obtained for the pile's capacity in order to avoid emersion. Theresults of measurements indicating the distribution of deformation in the clay layerbetween 0 and 30 m depth are shown. Finally, an example is presented.

1. INTRODUCCIN

El fenmeno de hundimiento regional es cada vez ms frecuente en sitios donde,por razones econmicas, se extraen lquidos del subsuelo. En el valle de Mxico,donde ha sido necesario extraer agua desde hace varias dcadas, esparticularmente importante el enjutamiento de las capas superficiales de arcilla

lacustre, que por el abatimiento de la presin hidrosttica en algunos depsitosde arena interestratificada, se encuentran en proceso de consolidacin.


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La Ingeniera de Cimentaciones en el Valle de Mxico ha tenido que adaptarsea las circunstancias mencionadas antes, por lo que ciertos tipos de cimentacin,usuales en condiciones normales", han dejado de ser empleados y otros, encambio, han visto incrementado su uso. As, los pilotes de punta han disminuidoen la "zona del lago" (Ref. 1) y en casi todos los casos se recomienda, o se

requiere, el uso de controles cuyo objetivo es que la estructura no sobresalgarespecto al terreno circundante. En la misma "zona del lago" ha proliferado eluso de pilotes de friccin debido, probablemente, a que, entre otras cosas, sepiensa que en forma automtica siguen el movimiento del terreno circundante;otra posible razn es que su colocacin es relativamente sencilla.

Fig. 1. Desplazamiento vertical del suelo ydistribucin de esfuerzos cortantes en el pilote

Si bien es cierto que ya desde hace bastante tiempo (Refs 2, 3 y 4) se hareconocido que en las condiciones muy particulares del subsuelo en el Valle, esnecesario que el factor de seguridad de los pilotes de friccin sea cercano a unopara que la estructura no emerja; tambin es verdad que se suele usar un factormayor en aras de una sensacin de seguridad por parte del proyectista. En estecaso, si el valor de FS es mayor que la unidad, es concebible que la losa decimentacin se despegue del suelo debido a la diferencia entre losdesplazamientos verticales de los pilotes y del suelo. Con objeto de que FS>1 yaun as evitar que la losa de cimentacin se despegue del suelo por el fenmenode hundimiento regional, se propone en este artculo que las cimentacionessobre pilotes de friccin siempre estn parcialmente compensadas y que lacompensacin vare dentro de ciertos lmites. Lo anterior evitar los efectosdainos que pueden producirse debido a que la losa de cimentacin se


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despegue del suelo. Uno de esos efectos puede ser, por ejemplo, el hundimientorepentino de la estructura cuando se ve solicitada por cargas accidentalesdebidas a un sismo.

Por otro lado, con anterioridad se han establecido las condiciones de equilibrio ydeformacin (Refs 5 y 6) que permiten estimar la posicin del eje neutro, EN, esdecir, la profundidad a la que existe un cambio en el sentido de los esfuerzoscortantes actuando en el fuste de los pilotes (fig.1). Aunque los casos analizadosson relativamente simples, ha sido posible efectuar una estimacin de la posicindel EN cuando los pilotes emergen.

En los prrafos siguientes se describe un mecanismo de carga que permiteestimar la distribucin de esfuerzos cortantes en el fuste si el pilote no emerge.

Adems, se analiza el efecto de una "costra" superficial de suelo que no seenjuta y se establece un lmite al factor de seguridad que asegura la no emersintanto de pilotes solos como de cimentaciones apoyadas en ellos.

2. MECANISMO DE CARGA

En la Ref. 5 se analiza la distribucin de esfuerzos cortantes a lo largo del fustede pilotes de friccin suponiendo que el estrato de suelo se enjuta segn una leyde distribucin de deformacin uniforme (fig. 1). Se establece que, para cumplircon el equilibrio, el pilote tiene que emerger erespecto al terreno circundante ( ees el desplazamiento vertical de la superficie de suelo respecto a EN).

La distribucin de la deformacin vertical puede generalizarse a casos msusuales, segn se indica en la fig. 2; en ella, se muestra la posible deformacinvertical en las capas de suelo blando debidas al abatimiento de presin

hidrosttica en un estrato de arena interestratificado y en la "capa dura" (Ref. 1).Tambin se considera posible que ocurran deformaciones entre el nivel fretico,NAF y la parte superior del estrato de arcilla en proceso de consolidacin porefecto de un cambio en la posicin de aquel. El resultado es, en un cierto periodode tiempo t, un desplazamiento vertical, relativo al punto 0, como se indica alfinal de la misma figura. Es lgico suponer que el proceso anterior es variable enel tiempo y, an ms, depende de los propios abatimientos de presinhidrosttica en las capas de arena que, por supuesto, no son constantes con eltiempo.


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Fig. 2. Presin de agua abatida ydeformaciones y desplazamiento que produce

A continuacin se discute el mecanismo de carga y deformacin en los pilotes defriccin, suponiendo que existe una deformacin relativamente grande dentro delfuste de los pilotes (fig. 3). Lo anterior no es restrictivo si se considera que losdesplazamientos relativos necesarios para desarrollar la adherencia suelo-piloteson muy pequeos (ref. 5)

Fig. 3. Deformacin en una capa de arcilla dentro del fuste del pilote


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Considrese la discusin de los siguientes dos casos, (Fig.3).

En el primero (fig. 3a) se supone un delgado estrato de arena (*) con presinhidrosttica abatida ubicado relativamente cerca de la punta del pilote. Enprincipio se producira en el terreno la distribucin de desplazamiento rayada.

Como cuerpo indeformable, el pilote debe tender a descender con el terreno yefectivamente lo har puesto que la friccin negativa en la zona rayada sersiempre mayor que la positiva bajo el estrato de arena; esta ltima no sersuficiente para "detener" al pilote. (De hecho al bajar el pilote con el terreno nose desarrollar friccin negativa en su fuste, excepto algo en la parte inferior,

justamente la necesaria para equilibrar la friccin positiva que se genera desdeel estrato de arena hasta la punta). En el segundo caso (fig. 3b) el estrato rgidoest muy cerca de la cabeza del pilote. Ahora, el desplazamiento y por ende lafriccin negativa ocurre en una regin pequea y la friccin positiva puedeocurrir en la mayor parte del fuste. En este caso se contendr en el pilote latendencia a bajar con el terreno y ste habr de colgarse de aquel cerca de la

cabeza. La consecuencia es que el pilote emerger respecto al terreno.Estratos de arena como los anteriores, con presin abatida, existen siempre enla prctica, pero podra imaginarse un caso como el de la Fig. 4 donde sesupone su inexistencia y que el descenso del terreno ocurre por unaconsolidacin que se genera en el nivel del punto 0, debajo del pilote. Si 0 no semoviera y la superficie del terreno si, existir una distribucin, rayada en lafigura, del desplazamiento relativo real como el presentado con punto y raya,decreciente hacia abajo, de manera que en un cierto tiempo z1ser mayor quez2. Obviamente este efecto tiende a hacer que el pilote emerja y el suelo se"cuelgue" de l, estando la parte superior del fuste sujeta a friccin negativa y lainferior a friccin positiva, con el eje neutro definido por la condicin de equilibrio.

Antes de continuar es conveniente establecer una suposicin de la distribucinde esfuerzos cortantes, , debidos a la carga inicial de la estructura. En lo quesigue se supone que se distribuye segn se indica en la fig. 5. El hecho desuponer que el esfuerzo cortante es igual a la adherencia, en cada estratoatravesado, no es estrictamente cierto; sin embargo, para los fines que sepersiguen en este artculo se considera que el error es pequeo debido a losdesplazamientos relativos suelo-pilote que seguramente ocurrirn despus.

Adems, pruebas a escala natural indican que en tanto no se alcance la friccinlmite los esfuerzos cerca de la punta son prcticamente nulos.

*En el caso del Valle de Mxico, pequeas intercalaciones muy delgadas de

ceniza volcnica no son raras dentro de la formacin arcillosa superior (ref 1).


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Fig. 4 Desplazamiento del suelo respecto a la capa dura y respecto a lapunta del pilote

Fig. 5. Distribucin de esfuerzos cortantes debidos a la carga de laestructura


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3. CONDICIONES NECESARIAS PARA LA EMERSIN

Ahora se est en posibilidad de hacer un anlisis de la influencia del factor deseguridad, FS, de los pilotes de friccin en el fenmeno de emersin.

(1)

Donde:

Cp= Capacidad de carga en la punta, t

Qad= Carga total que pueden tomar los pilotes por adherencia; se calcula con laresistencia actual del suelo, t

Q = Carga que acta sobre el pilote, t

Debe notarse que Qades el valor lmite de la friccin positiva o la negativa y quesiempre se debe cumplir que:

(2)

Donde:

FP = Friccin positiva, t

FN = Friccin negativa, t

Ahora bien, las condiciones iniciales de carga imponen necesariamente que:

(3)

Donde:

Cpi =Carga que recibe la punta del pilote, t

Recordando que, en tanto no se desarrolle la friccin lmite, los esfuerzos en lapunta son prcticamente nulos, en lo que sigue se supone que Cpivale cero paracualquier valor de FS mayor que 1. Por lo anterior, la profundidad, zq, hasta laque se desarrolla FP se calcula en la siguiente forma:

(4)


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Donde:

ad= Esfuerzo de adherencia pilote-suelo, es funcin de la resistencia delsuelo, t/m2p = Permetro del pilote, m

zq= Profundidad hasta la que se desarrolla friccin positiva debido a Q, m

A medida que FS sea mayor, zq/zpser ms pequea; siendo zpprofundidad dela punta de los pilotes.

Considrese ahora el efecto de un enjutamiento entre zp y una profundidadcualquiera, ze. Lo anterior implica que existe una "costra" superficial que no seenjuta, cuyo espesor es precisamente ze(fig. 6).

Fig. 6. Posibles posiciones del pilote de friccin respecto a la superficie

Como se mencion antes, el movimiento est determinado por la condicin de

equilibrio y de deformacin relativa suelopilote; adems, es necesario tomar encuenta los estados lmite, es decir, que los esfuerzos cortantes en el fuste delpilote no pueden ser mayores que ad.

En la fig. 6, se han dibujado tres posibles posiciones del pilote; adems, seindica una ley de distribucin del desplazamiento vertical del suelo respecto a lapunta. A continuacin se discute cada una de las posiciones a, b y c.


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La posicin a corresponde al caso en que el pilote no emerge. Sudesplazamiento vertical respecto a la punta es igual que el de la superficie. Laprofundidad del eje neutro, zn, coincide con la frontera inferior de la "costra", ze.

La condicin de equilibrio ser:

(5)Donde:

Corresponde a la friccin positiva que se gener desde la carga inicial dela estructura; en este caso z1debe ser menor o igual que zq

Es la friccin negativa que se produce como una reaccin positiva a lafriccin positiva , debida a la penetracin del pilote desde zehasta zp.

Como puede verse, el valor de z en este trmino puede ser igual al valorde z1dependiendo de la posicin de ze.

De la ec. 5 se obtiene entonces la condicin necesaria para emersin; sta es:

(6)

Recordando que:

(1)

Se puede despejar:

Lo anterior lleva a:

(7)Si ze= 0, evidentemente FS = 1; si ze= zqentonces

es igual a Q (ec. 4) y en la ec 7 se ve que FS 3;

Si ze= zpno tiene relevancia el valor de FS pues es obvio que el pilote no puede


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emerger.

En la posicin b del desplazamiento del pilote respecto al del suelo, la condicinde equilibrio es:

(8)

Ahora el valor de zn ser el necesario para cumplir con la ec. 8 y el piloteemerger respecto a la superficie del terreno; e es el enjutamiento del suelocomprendido entre ze y zn; a medida que zn se aleje de ze la emersin sermayor.

Analcese qu relacin existe entre zny FS.

La ec. 8 se puede modificar a:

De donde se obtiene:

(9)

Puede deducirse de la ec.9 que si FS crece, tambin crecer zny eser mayor.

Tambin puede observarse que si se emplean valores de FS como los indicados

en la ec. 7 se obtendrn valores de znmenores que ze; esto es irrelevante yaque el lmite inferior de znes zey cuando zn= zees la condicin de no emersin.

La posicin c es la caracterstica de los pilotes de punta. En efecto, en estaposicin la punta del pilote no se mueve respecto al suelo y se desarrolla friccinnegativa a lo largo de toda su longitud. Por lo anterior no se discute ms en esteartculo.

Finalmente debe mencionarse que lo expresado en los prrafos anteriores seconsidera aplicable a cualquier distribucin de desplazamiento relativo del suelorespecto a la punta del pilote; por ejemplo, cualquiera de las indicadas en la fig.

3 que representa la existencia de una capa de arena, con la presin de aguainferior a la hidrosttica, en una profundidad comprendida entre la cabeza yla punta del pilote. En este ltimo caso, habra que estimar adecuadamente z nyze.


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4. ESTABILIDAD DE CIMENTACIONES PARCIALMENTE COMPENSADAS YAPOYADAS EN PILOTES DE FRICCIN

Una condicin suficiente para que la cimentacin no falle es:

(10)

Donde:

Q= Suma de las acciones verticales permanentes y variables, t.

Wc, Compensacin calculada como el peso sumergido del suelo excavadodebajo del NAF y el peso total del suelo excavado arriba de l, cuyo objetivosea compensar parcialmente la excavacin, t

Qad, Carga total que pueden tomar los pilotes por adherencia; se calcula con laresistencia actual del suelo, t.

(11)

AL, Superficie lateral de todos los pilotes de friccin; para su clculo debetomarse en cuenta la presencia de grupos de pilotes de tal forma quesiempre se obtenga el valor ms pequeo, m2.

f, Adherencia lateral media actual pilote-suelo, t/m2.

FS1 Factor de seguridad del conjunto de pilotes de friccin, mayor que launidad.

Cp Capacidad de carga en la punta de todos los pilotes de friccin, t.

La ec. 10 implica que la presin de contacto losa-suelo es igual a Wc/A (donde Aes la superficie de la losa de cimentacin) y por tanto la carga que reciben lospilotes es:

El valor de Wc puede establecerse como una proporcin del peso total de laestructura de la siguiente forma:


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(12)

Donde:

Co, factor de compensacin.

Adems la condicin suficiente y necesaria para que siempre exista contactolosa-suelo es que el conjunto de pilotes no emerja respecto al suelo. Esto secumplir si se cumple la ec. 7 para todos y cada uno de los pilotes que integranla cimentacin. En lo que sigue se supone que la ec. 7 puede generalizarse alconjunto de pilotes obtenindose:

(7)

Desde ahora es la friccin negativa que puede generarse en todos lospilotes entre z = 0 y z = ze.

El valor de FS representa el factor de seguridad del conjunto de pilotes (en casode que no haya contacto losa suelo) y su clculo puede hacerse empleando laec. 1 generalizada en la misma forma que se hizo para la ec. 7'. As, se obtienelo siguiente:

(1)

Tomando en cuenta que la adherencia entre el pilote y el suelo puedeincrementarse a medida que pasa el tiempo, debido a la carga neta aplicada porla estructura y el abatimiento de la presin hidrosttica en el suelo alrededor delos pilotes, conviene incrementar el valor de Qadactual con un factor F1, mayorque uno, para obtener la capacidad de carga a largo plazo, obtenindose:

(13)

Donde:

F1= Es un factor variable que toma en cuenta el efecto descrito antes.

Si se llama fLal esfuerzo de adherencia lateral media a largo plazo, entonces:


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(14)

De la ec. 13 se obtiene:

y sustituyendo en la ec 7 con el signo deigualdad:

Llamando x a la relacin se obtiene:

(7)

Ntese que x es independiente del nmero de pilotes; es decir, su valor se puedeobtener una vez conocida, o supuesta, la longitud. Sustituyendo 7 en 13 seobtiene el Qadmximo actual conveniente de los pilotes

(15)

Esta ecuacin indica que el valor de Qad crece a medida que el espesor de la

costra superficial aumenta.

Sustituyendo las ecs. 15 y 12 en la ec 10 se obtiene:

(16)

Las ecs. 15 y 16 tienen mucho inters prctico pues permiten calcular el mximovalor de FS1como una funcin del espesor de la "costra" y por tanto, estimar elnmero mximo de pilotes por colocar.

5. INCREMENTO DE LA ADHERENCIA

Existen varios efectos que tienden a aumentar la adherencia suelo-pilote con eltiempo; entre ellos se pueden mencionar el remoldeo producido por el hincado,el incremento de carga neta transmitida por los propios pilotes a travs de los


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esfuerzos cortantes en el fuste y la consolidacin del suelo circundante debido alabatimiento de la presin hidrosttica. El primero de los efectos mencionados hasido tratado por otros autores (ref. 7) y no se considera en este artculo; ademsse ha observado que en un muy corto plazo (del orden de unos cuantos das) laadherencia del suelo se estabiliza. Respecto a los otros dos efectos puede

afirmarse que su estimacin es difcil desde el punto de vista terico, puesrequiere conocer el estado actual de esfuerzos efectivos en el suelo circundantea los pilotes. A continuacin se indican algunas variables que pueden influir enellos.

a) La presencia de una costra superficial. A medida que su espesor sea mayor,como una proporcin de la longitud de los pilotes, el valor F1ser menor. Estose debe a que el suelo que constituye la costra no cambiar significativamentesu resistencia.

b) El grado de consolidacin del suelo circundante a los pilotes. Si la arcilla quelos rodea estuviera normalmente consolidada, el valor de F

1ser mayor que si

estuviera preconsolidada por efecto del abatimiento en la presin hidrosttica.

Tomando en cuenta lo anterior parece recomendable que el valor mximo de F1sea 1.3, excepto cuando se demuestre lo contrario mediante estudios msprecisos. La prctica corriente en el Valle de Mxico suele considerar unincremento de 30 por ciento en la adherencia con el tiempo, lo cualprobablemente es algo conservador y lleva al valor de F1 propuesto. Elproyectista podra utilizar en su diseo un valor comprendido entre 1 y 1.3,dependiendo de los resultados del estudio del subsuelo que haya efectuado.

Lo anterior es aplicable para fines prcticos a la zona del lago del Valle deMxico en donde hasta ahora se han observado hundimientos de consideracinen la superficie. En otras zonas donde el espesor de arcilla lacustre es mayorque 30 m y donde el abatimiento de presin hidrosttica ha sido pequeo, bienpodran obtenerse valores de F1mayores que 1.3.

6. OBSERVACIONES DEL HUNDIMIENTO REGIONAL

Las primeras observaciones que se conocen acerca del hundimiento regional delValle de Mxico son de Gayol (ref. 8). Posteriormente, la Comisin de Aguas delValle de Mxico (ref. 9) inici una serie de mediciones de hundimientos yabatimientos del nivel piezomtrico cercanos a los pozos que ha abierto para elabastecimiento de agua de la Ciudad. Despus se han publicado excelentestrabajos de recopilacin de datos relativos al hundimiento y su velocidad (refs.10 y 11). Adems de lo anterior, los autores tienen conocimiento de variostrabajos inditos en los que se han efectuado mediciones similares. En todosellos se ha observado el hundimiento regional respecto a bancos de nivel fijosubicados en los cerros o en las capas "duras" existentes a 30 m de profundidad


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o ms.

Con motivo de los trabajos de rehabilitacin de las estructuras del Centro SCTdaadas par los sismos ocurridos en 1985, la Secretara de Comunicaciones yTransportes inici una serie de mediciones entre las que se incluy la

observacin del hundimiento del terreno natural respecto a bancos de nivelprofundos localizados a diversas profundidades. A continuacin se describendichos trabajos y se presentan resultados obtenidos.

En la fig. 7 se muestra la localizacin de los bancos de nivel profundo. Seinstalaron a las profundidades de 42, 32, 26.5, 22.5 y 14.5 m. Los resultados delas observaciones se presentan en la fig. 8. Se muestran los desplazamientosverticales de los BNP3, BNP4, BNP5 y de la superficie, todos respecto al BNP2(cuya profundidad de instalacin es de 32 m.) vs la profundidad (fig. 8a) y vs eltiempo (fig. 8b). Los resultados de la fig. 8a indican que el enjutamiento de lacapa de arcilla entre 0 y 32 m. de profundidad est distribuido en la siguienteforma:

Entra fig. 7 Localizacin de bancos de nivel profundo en el centro S.C.O.P

Intervalo deprofundidad , m

Porcentaje de contribucin alenjutamiento de la capa entre 0

y 32 m

Velocidad dedeformacin

promedio, % ao

014.5 22 -14.522.5 17 0.2622.526.5 9 1.1726.5 - 32 22 0.47

Nota.- No se ha indicado la velocidad de deformacin del intervalo 0-14.5 por lapresencia de una costra superficial; los valores indicados fueron calculados en elperiodo del 14 de julio al 26 de septiembre de 1986.


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Lo anterior es contrario a la idea que se tiene que el enjutamiento es debido a ladeformacin de una pequea parte de la capa de arcilla cercana a la capa dura;por ejemplo, entre 26 y 30 m. Es muy probable que la contribucin de las capassuperiores al enjutamiento se deba a la presencia de algunas lentes de arenalocalizadas a profundidades menores que las de la capa dura.

Fig. 8. (a) Desplazamientos verticales relativos del terreno a variasprofundidades respecto al BNP2; (b) Desplazamientos verticales relativos del

terreno a varias profundidades respecto al BNP2 versus el tiempo

7. EJEMPLO ILUSTRATIVO

Considrese el caso de un edificio de 12 niveles en una superficie de 16 x 20 mque transmite al terreno una carga, incluidas las permanentes y variables, de3840 t sin el peso de la cimentacin. El subsuelo en el que se apoyar el edificioconsiste en lo siguiente: Una costra superficial de suelo limoso de consistenciafirme, preconsolidado por desecacin y una capa de arcilla hasta 7 m deprofundidad que, a pesar de no haber sufrido desecacin, tiene valores decontenido de agua, w, respecto a los lmites lquido y plstico, LL y LP, queindican que ha sufrido algn proceso de consolidacin probablemente debido alabatimiento del NAF.

Se supondr que el valor de F1es 1.3. En un primer tanteo supngase que se

efectuar una compensacin de 2.5 m, y que se emplearn pilotes de friccin,cuadrados de 40 m de lado, cuya punta se encuentre a 26 m de profundidad; lacapacidad de carga ltima por friccin y punta es de 64.6 t.

El peso de la cimentacin resulta de 480 t y por tanto el peso total de laestructura es de 4320 t. El valor de la compensacin, suponiendo un peso


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volumtrico del material excavado igual a 1.6 t/m 3, es 1280 t. El valor Coresulta1280/4320 = 0.296.

La friccin negativa que puede generarse entre 2.5 y 7 m es 13.7 t. De lo anteriorse obtiene que x es 0.213.

El valor de Qadresulta, aplicando la ec. 15,Qad= 4320/(1.3-2x0.213) = 4943 t

El valor de FS1resulta, aplicando la ec. 16, FS1= 1.626

El nmero de pilotes mximo por utilizar resulta N = 4943/64.6 = 76.

Se verificar la capacidad de carga ante cargas dinmicas en el caso de unsismo; se considerar la capacidad de la losa junto con la de los pilotes.

Para el ejemplo considerado es razonable suponer un momento ssmico de12800 t-m al nivel del terreno natural, as como una fuerza horizontal de 512 t.Suponiendo que no hay una reaccin del terreno entre la superficie y eldesplante de la losa, el momento ssmico a este nivel es 14080 t-m.

El momento anterior produce una excentricidad, e. igual a 14080/4320 = 3.26 mque permite contar con una rea de losa "efectiva" de 20 x (16 - 2 x 3.26) =189.6 m2. Asimismo, si los pilotes estn uniformemente repartidos, el nmero"disponible" es 40.

La capacidad de carga de los pilotes "disponibles" y del rea "efectiva" de losapuede calcularse; en el caso de los pilotes se supondr que soportan 64.6 t cadauno y en el caso de la losa, la capacidad de carga de una zapata al nivel dedesplante resulta igual a 12 t/m2. Entonces, la capacidad de carga total resultaigual a 40 x 64.6 + 12 x 189.6 = 4859 t. El factor de seguridad de carga ssmicaes, entonces 4859/4320 = 1.12; este valor es muy bajo y por tanto convieneefectuar otro intento cambiando la longitud de los pilotes o aumentando lacompensacin.

En su segundo tanteo se supondr la punta de los pilotes a 20 m deprofundidad. Es conveniente mencionar que la disminucin en la longitud de lospilotes obedece a que en esa forma se puede incrementar el valor de Q addebidoal aumento en el valor de x. Su capacidad de carga total es 47.4 t; la friccinnegativa que se puede desarrollar en la "costra" es la misma que en el casoanterior; es decir 14.4 t. El valor de x resulta entonces, 0.304. El valor de Qadesigual a:

Qad= 4320/(1.3 2 x 0.304) = 6243 t. El valor de FS1 resulta igual a 2.05 y elnmero mximo de pilotes por utilizar es 6243/47.4 = 131.


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Ante sismo el nmero disponible de pilotes es 70; el rea efectiva de losa es189.6 m2y la capacidad de carga de una zapata al nivel de desplante es 12 t/m2.

La capacidad de carga total ante sismo es:

189.6 x 12 + 70 x 47.4 = 5591 t y el factor de seguridad ante carga ssmica es5591/4320 = 1.29 Este valor se considera razonable para los fines de estetrabajo.

8. CONCLUSIONES

Se han explicado con cierto detalle las condiciones de carga en pilotes defriccin que no emergen y apoyados en un suelo que se enjuta y se ha analizadoel efecto de una "costra" rgida superficial cuyo espesor es ze. Se ha llegado a lassiguientes conclusiones:

a) Si el factor de seguridad es

El pilote no emerge. En este caso zees el espesor de la costra que no se enjutay se calcula como la diferencia de niveles entre la cabeza de los pilotes z = 0(nivel de la losa de cimentacin) y la frontera inferior de la propia costra, z = ze.

b) Si el factor de seguridad es mayor que el indicado en la conclusin anterior,entonces el pilote emerger econ respecto a la

volumen alfonso rico

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