Articulo pruebas de carga ViBi DEF DEF Mendoza et al

XXV Reuniión Nacional de Mecánica de Suuelos
e Ingeniería Geeotécnica
Acapulco, Grro., del 11 al 13 de noviembre de 2010
Prueba
as de carg
ga axial a compressión y extrracción en
n pilas de cimentacción
instrumen
ntadas de
el Viaducto Bicente
enario, Esttado de México
M
Axial comp
pression and pull-out testss on instrumen
nted cast-in-p
place shafts of
o Viaducto Bicentenario, Estado
E
d México
de
Manuel J. Mendoza Lópezz, Investigador Titular y Subdirector, Instituto
o de Ingeniería
a, UNAM
que Ibarra Razzo, Estudiante de
d Doctorado, Instituto de Ing
geniería, UNAM
M
Enriq
Migue
el P. Romo Org
ganista, Investtigador Titular y Coordinador de Geotecnia, Instituto de Ingeniería, UNAM
M
Migu
uel Rufiar Jarq
quin, Ingeniero de Proyecto, Instituto
I
de Ingeniería, UNAM
M
Jua
an M. Mayoral Villa, Investiga
ador Titular, Insstituto de Ingen
niería, UNAM
Walter I. Paniagua Zavala, Directorr General, Pilottec
Esther Garcé
és Cámara, Co
oordinadora de
e Proyecto, OHL México
RESUMEN: Al
A Noroeste de la
l zona metropoolitana de la ciudad de México se construye el Viaducto Bicenntenario que com
municará
Cuatro Caminoos y Cuautitlán Izcalli,
I
en el Esttado de México mediante una vialidad
v
elevada de 23.5 km de longitud.
l
El cuerrpo de la
superestructuraa es del tipo Gerrber. La trabe de apoyo está sopportada por dos columnas prefaabricadas; cada una
u de ellas llegga con su
zapata monolítticamente colad
da y con sus preeparaciones parra ser recibida por
p cuatro pilas de cimentaciónn coladas in situu que se
desplantan en una diversidad de formacioness, abarcando desde las arcillosaas estratificadass hasta las tobass y otras rocas. Dada la
magnitud de la
l obra y la vaariedad de geom
materiales dondee se desplantaroon los apoyos, se consideró muy
m importante verificar
experimentalm
mente en campo las
l estimacioness teóricas de capacidad de carga de pilas, por lo que se ejecutaroon pruebas de caarga axial
a compresión y a extracción en
n pilas instrumenntadas en varios sitios de la obraa. En este artícullo se presentan los
l resultados dee pruebas
en uno de esos sitios y se comp
paran con las preevisiones de diseeño.
ABSTRACT: The
T overpass on
n Periférico, nam
med Viaducto Biicentenario, is being built in Noorthwestern Metrropolitan area off Mexico
City. This 23.55 km long overp
pass will connect Cuatro Caminoos and Cuautitláán Izcalli, in Esttado de México. The superstructture is of
the Gerber type. The support beam
b
rests on tw
wo isolated and prefabricated
p
collumns; each of thhem is monolithhically cast to itss footing.
The footing inn turn has the corresponding
c
h
holes
and prepaarations to be reeceived by fourr cast-in-place shafts.
s
Subsoil founding
f
conditions varyy from stratified
d clays and soft volcanic rocks to
t harder rocks. Considering thee magnitude of this overpass, as well as
the variety of geomaterials alo
ong its trace, it was
w considered of great importaance to carry ouut compression and
a pull-out loadd tests in
different sites. Experimental teest results of onee site (A-72) andd the design theoretical bearing capacity
c
provisioons are comparedd.
1 INTRODU
UCCIÓN
1.1 Descripciión de la vialid
dad elevada
La vialidad elevada tiene como principal objetivo haacer
eficiente la circulación del tránsito vehicular sobre
Periférico Noorte, desde Cu
uatro Caminos hasta Cuautittlán
Izcalli, en el Estado de Méx
xico. La vialidaad se dividió en
e 5
tramos: Tram
mo 1, de Cuatro
o Caminos a Lomas Verdes (5.6
(
km); Tramo 2,
2 de Lomas Verdes
V
a Santa Mónica
M
(7.9 km
m);
Tramo 3, dee Santa Móniica a Valle Dorado
D
(4.3 km
m);
Tramo 4, de Valle Dorado
o a Vía López Portillo y Traamo
5, de Vía Lóópez Portillo a Tepalcapa. El viaducto elevaado
atraviesa loos municipioss de Naucalpan de Juárrez,
Tlalnepantla,, Tultitlán y Cuautitlán
C
Izccalli. Tendrá una
u
longitud de 23.5 km y beneficiará a más de nueeve
millones de personas.
p
1.2 Estructurración emplead
da en la vialidaad
El cuerpo dee la superestru
uctura es del tiipo Gerber, enn la
que los extreemos de cada trrabe de apoyo descansan en los
de las trabes centrales isostáticas.
La trrabe de apoyoo está soportaada por dos columnas
prefabriicadas aisladass; cada una dee ellas llega yaa con su
zapata monolíticamennte colada y con
c sus prepaaraciones
para serr recibida por cuatro pilas de
d cimentaciónn coladas
in situ.
La zapata-columna
z
a pesa alredeedor de 1200 kN. La
zapata mide
m
4.60 m por
p 3.60 m y tiiene un peraltee de 1.70
m. Las pilas de cimenntación son de 0.80 m diámeetro y de
longituddes variables. La pila de pruueba cercana al
a apoyo
A-72, tuuvo un diámetrro de 70 cm y una
u longitud dee 21 m.
2 CON
NDICIONES GEOTÉCNICA
G
AS
2.1 Ubiccación
En la Fiigura 1 se mueestra la posicióón de los tramoos 1, 2, y
3 del Viaducto
V
Bicenttenario (línea gruesa
g
al Norpponiente)
en la zonificación
z
geeotécnica definnida en las NTC-para
N
Cimentaaciones del Reeglamento de Construcciones
C
s para el
Distritoo Federal, RCD
DF (GDF, 20004). Se puede observar
que el trazo del viadducto corre prrincipalmente sobre la
Zona dee Lomas, exceppto una porciónn del tramo 3 al
a Norte,
SOCIEDAD MEXICANA DE
D INGENIER
RÍA GEOTÉC
CNICA A.C.
Pruebas de carga axial a compresión y
extracción en pilas de cimentación
instrumentadas del Viaducto Bicentenario,
Estado de México
que cruza la frontera entre la Zona de Transición y la de
Lomas. La primera serie de pruebas denominada A-72,
atendiendo a la nomenclatura del apoyo cercano, se
realizó en el Tramo 1, que se encuentra situado desde el
punto de vista geológico dentro de la formación Tarango,
conformada en su mayoría por tobas, brechas, polvo
pumítico y materiales piroclásticos, intercalados por
arenas y gravas aluviales que alcanzan espesores mayores
a los 50 m.
profundidad con más de 50 golpes de la prueba de
penetración estándar, contando con un lente de arena
arcillosa entre 30m y 33.50 m de profundidad, con 11 a 30
golpes en la prueba SPT.
3 DESCRIPCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
El objetivo de las pruebas de carga fue distinguir y
cuantificar a cabalidad, tanto el aporte por fricción en el
fuste, como el aporte en la punta a la capacidad de carga
de las pilas. Para cumplir con ese enfoque fue necesario
colocar transductores o sensores eléctricos y mecánicos en
las pilas, es decir, instrumentar internamente la pila
(Hanna, 1985). Para lograr este objetivo se instrumentó
internamente la pila con transductores o sensores
eléctricos y mecánicos (Hanna, 1985). Las acciones y
reacciones en diversas secciones de la pila, se
determinaron a partir de las mediciones obtenidas con
pequeños deformímetros eléctricos o strain-gages
ahogados en el concreto. Estos sensores se integraron al
armado de acero con antelación a la perforación del
terreno y al colado de la pila (Fig. 3)
Figura 1. Zonificación geotécnica y ubicación de la obra.
2.2 Estratigrafía del sitio en estudio A-72
De acuerdo con el sondeo mediante la técnica de
penetración estándar denominado SPT-A72 (Fig. 2) los
materiales detectados en el sitio son primordialmente
granulares. En la parte superior se distinguió un relleno de
0.60 m de espesor, compuesto principalmente por una
arena arcillosa de color café oscuro. Subyace una
secuencia de arcilla de color café oscuro, de consistencia
blanda a media extendiéndose hasta 2.50 m en promedio
con 8 golpes en la prueba de penetración estándar. Hasta
5.80 m de profundidad, se detectó una grava empacada en
una matriz de arena fina a media, de color café a gris, de
compacidad media. Le subyace una arcilla limosa de color
café oscuro de consistencia blanda con algunas
intercalaciones de arena fina a media, que se extiende
hasta los 11.80 m de profundidad. Finalmente se detectó
una grava empacada en matriz de arena fina a media, de
color gris oscuro, de compacidad muy densa, con lentes de
limo arenoso; este paquete se extiende hasta los 40 m de
Figura 2 Perfil Estratigráfico del sitio A-72.
Adicionalmente, se colocaron varios tell-tales o
dispositivos mecánicos para medir los desplazamientos
entre dos puntos; en este caso, entre dos secciones de la
pila y el cabezal de la misma. Además, se emplearon
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Mendoza, M. J. et al.
extensómetros recuperables de cuerda vibrante que tienen
una función semejante a la de los tell tales. Para ello se
empleó un tubo de PVC que los alojó, el cual se fijó al
acero principal mediante cintillos de plástico. Finalmente,
la estimación de las cargas actuando en la punta de la pila
se obtuvo mediante los registros de una celda de presión
en la punta. Las profundidades a las que se colocaron los
sensores, se muestran en la Fig. 4.
precaución de incluir también indicadores de carátula para
la medición directa de los desplazamientos (Fig. 5).
4 SISTEMA DE REACCIÓN Y APLICACIÓN DE
CARGAS
En la pila central denominada “Pila de prueba” de un
grupo de cinco, tal como se aprecia en la Figura 6, se
realizó una prueba de penetración (compresión axial), una
prueba de extracción y una prueba de carga lateral. Para la
prueba de compresión axial, el sistema de reacción tiene la
configuración de H en planta, con una viga principal que
reacciona directamente con el cabezal de la pila de prueba,
y que transfiere la carga a dos pilas secundarias, y éstas a
cuatro pilas de reacción que trabajan a extracción. El
armado de cada una de las pilas de reacción termina al
colarse sus extremos en su dado de reacción
correspondiente. Tales dados son ya sujetos a las vigas
metálicas de reacción mediante varillas Dwydag de alta
resistencia.
Figura 3 Instrumentación colocada en una sección de la pila.
Ensaye a compresión
‐ 21m
Ensaye a extracción
Figura 4 Instrumentación en la pila A-72.
El monitoreo de los deformímetros eléctricos obligó a
recurrir a un sistema automatizado de adquisición de datos
(SAD), el cual hace un barrido en intervalos de hasta un
segundo, guardando todos sus registros para su posterior
análisis. No obstante este sistema digital, se tuvo la
Figura 5 Vista general de los instrumentos colocados en el
cabezal de la pila, para el ensaye a compresión y extracción.
Posteriormente, a esa misma pila de prueba se le aplicó
una carga de extracción. El sistema de reacción fue
modificado con respecto al arreglo de los ensayes de
compresión. Las trabes secundarias descansan ahora sobre
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Pruebas de carga axial a compresión y
extracción en pilas de cimentación
instrumentadas del Viaducto Bicentenario,
Estado de México
los dados, y la viga principal sobre aquéllas, tal como se
muestra en la Figura 7. Los gatos hidráulicos ahora
ubicados sobre la viga principal jalan al cabezal a través
de las barras de alta resistencia.
5 ENSAYES EFECTUADOS
La ejecución de las pruebas de carga axial a compresión y
a extracción, siguieron los lineamientos generales que
establece el procedimiento estandarizado de la ASTM
(1981), en su apartado referente a las pruebas con
incrementos de carga constantes aplicados en intervalos de
tiempos constantes, aunque realizando los ajustes
necesarios para cumplir con los objetivos de la
investigación y con las restricciones de tiempos muy
acotadas que impone esta obra en construcción.
5.1 Sitio A-72
Figura 6 Arreglo general para el ensaye a compresión (A-72).
La secuencia de los ensayes de carga axial a compresión y
a extracción del sitio A-72 fue la siguiente: La prueba de
compresión en su fase 1 se inició el 25 de junio de 2009 y
se concluyó al día siguiente. Posteriormente, se realizó la
prueba de extracción, iniciada el 30 de junio de 2009 y
concluida al día siguiente. En este lapso, se analizaron los
resultados de la prueba de compresión fase I, concluyendo
que la punta de la pila prácticamente no había sido
solicitada, por lo que se consideró la conveniencia de
realizar una prueba adicional de carga a compresión, que
aquí se reconoce como fase II, con el objetivo de
desplazar la pila lo suficiente para que la punta trabajara.
Así, la fase II de la prueba a compresión se inició el 7 de
julio de 2009 y se concluyó al día siguiente. Las etapas de
carga de las pruebas a compresión en sus fases I y II se
describen en la Tabla 1. Las cargas indicadas son
nominales.
Tabla 1 Cargas a compresión aplicadas para el ensaye A-72
6 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS A
COMPRESIÓN
6.1 Respuesta carga-desplazamiento registrada en el
cabezal.
Figura 7 Arreglo general para el ensaye a extracción (A-72).
Las cargas impuestas contra el tiempo en las diversas
etapas de la prueba A-72 fase I se muestran en la Figura 8.
Las cargas mostradas corresponden a las registradas con
las cuatro celdas de cargas colocadas en el cabezal.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Mendoza, M. J. et al.
Figura 8 Cargas aplicadas en el cabezal contra tiempo. Prueba de
compresión fase I.
La respuesta carga-desplazamiento en la cabeza de la
pila para todas las etapas de carga a se muestra en la
Figura 9. Los resultados corresponden a los registrados
automáticamente por las celdas de carga y los
transductores de desplazamiento en la cabeza.
Bajo una 1ª etapa, se le impuso a la pila una carga
máxima de 1147 kN, con lo que acusó una deformación de
1.3 mm; al llegar a la carga antes mencionada, la pila fue
descargada
controladamente,
registrando
un
desplazamiento permanente de 0.2 mm. Para la 2a etapa de
carga, se alcanzó una carga sostenida de 1962 kN,
asociada a un desplazamiento en la cabeza de 2.5 mm; con
esta carga sostenida, se aplicaron cargas cíclicas en la 3ª
etapa identificadas como ciclaje A y B, con cargas
máximas y mínimas de 2335 kN y 1649 kN, terminando el
ciclaje B con una carga sostenida de 1961 kN. El
desplazamiento acumulado para entonces fue de 2.8 mm.
Posterior a esta etapa, se descargó la pila totalmente de
manera controlada, con una recuperación elástica de 2.1
mm, es decir, hasta estos niveles de carga se muestra un
comportamiento del sistema pila-suelo principalmente en
el intervalo elástico. En la 4ª etapa, se alcanzó una carga
máxima de 8650 kN, asociada a una deformación
acumulada de 39.9 mm; la recuperación elástica en esta
etapa fue de 12 mm, es decir, el sistema pila-suelo acusó
una deformación permanente importante.
En las Figuras 10 y 11 se comparan las mediciones de
carga y desplazamientos para la 4ª etapa registradas con
celdas y transductores de desplazamiento, DCDT,
respectivamente, con aquéllas que se obtuvieron de la
lectura de los manómetros asociada al área de los gatos y
tres micrómetros colocados en la cabeza; se observa que
las curvas resultan enteramente semejantes, acusando
deformaciones ligeramente menores a las registradas con
micrómetros, sobre todo para la etapa inicial de la rama de
carga y en la rama de descarga.
Figura 9 Curvas carga-desplazamiento para la 4ª etapa. Prueba
de compresión fase I.
Figura 10. Carga-desplazamiento en el cabezal para la 4ª etapa.
Prueba de compresión fase I.
Las figuras anteriores muestran, por una parte, la
fidelidad de los resultados al obtener prácticamente los
mismos con dos sistemas de medición diferentes; por otra
parte, pone en evidencia la bondad de contar con sistemas
redundantes de medición para asegurar registros ante el
eventual daño o pérdida de información de uno de ellos
(Dunnicliff, 1988).
De manera similar, se han graficado los resultados
obtenidos de la prueba en la fase II. El ensaye a
compresión de la fase II lo antecedió un ensaye a
extracción, por lo que en una primera etapa de esta fase se
sometió a la pila a una precarga a compresión de magnitud
igual a la carga aplicada a extracción, y en una segunda
etapa se llevó la pila a la falla geotécnica. Los resultados
de ambas etapas de la fase II se muestran en la Figura 12,
donde se han graficado la carga aplicada en el cabezal y
las deformaciones medidas mediante DCDT. Es de notar
que la rama de descarga de la etapa 1 es muy similar en
pendiente a la rama de carga de la etapa 2; en esta etapa se
alcanzó una carga máxima cercana a 10,000 kN.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Pruebas de carga axial a compresión y
extracción en pilas de cimentación
instrumentadas del Viaducto Bicentenario,
Estado de México
Figura 12. Carga-desplazamiento en el cabezal, fase II.
Figura 11. Mediciones en el cabezal contra tiempo para la cuarta
etapa fase I.
6.2 Carga a diferentes profundidades
Las
microdeformaciones
unitarias
(valores
de
deformación unitaria por 10-6) registradas en el concreto,
graficadas contra el tiempo para la 4ª etapa de la fase I se
presentan en la Figura 13. Los registros se han ordenado
por sección de acuerdo con su ubicación en la profundidad
de la pila. En la sección a 1 m de profundidad se registran
valores máximos de 600 x10-6, mientras que la sección
cercana a la punta a 21 m de profundidad apenas las
microdeformaciones son del orden de 30x10-6, indicando
que la punta no fue solicitada.
A partir de las microdeformaciones y conociendo el
módulo de elasticidad del concreto y el área de la sección
transversal de la pila, se infirió la carga a la que estaba
solicitada la pila en esa sección (Fig. 14). Es de notar que
la carga registrada en la punta es apenas del orden de 300
kN para los cerca de 9000 kN aplicados en la cabeza.
En la Figura 15 se muestran los resultados obtenidos de
los tell tales, para la 4ª etapa de carga de la fase I. Nótese
que las deformaciones que acusa el tell-tale instalado en la
punta son menores (7 mm aproximadamente) a las
medidas en el cabezal de la pila (25 mm).
Figura 13. Microdeformación unitaria media contra el tiempo, 4ª
etapa, fase I.
Figura 14. Variación de la carga en cabezal, sección a 1 m y en
la punta (21 m) contra el tiempo. 4ª etapa, fase I.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Mendoza, M. J. et al.
Obsérvese que para los 4,000 kN de carga medidos en
el cabezal la deformación era de casi 60 mm.
1000
900
800
Carga en t
700
600
Cabezal
500
TT-1 a 1 m
TT-3 a 21m
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Deformación en mm
Figura 15. Desplazamientos en la cabeza y compresiones del
elemento estructural entre la cabeza y dos secciones a 1 m y 21
m (punta) 4ta etapa fase I.
En la Figura 16 se muestran las cargas registradas a
diferentes profundidades, para la fase II. En esta fase, la
máxima carga a la que se sometió la pila fue alrededor de
10,000 kN. Por su parte la punta acusa una carga de 4,800
kN para la carga máxima en la cabeza, indicando que en
esta fase II la punta sí fue solicitada.
Figura 17. Carga-desplazamiento en el cabezal. Prueba de
extracción.
7.2 Carga a diferentes profundidades
Las microdeformaciones unitarias (valores de
deformación unitaria por 10-6) registradas en el concreto,
graficadas contra el tiempo para la 2ª etapa se presentan en
la Figura 18. Los registros se han ordenado por sección de
acuerdo con su ubicación en la profundidad de la pila. En
la sección a 1 m de profundidad se registran -350 x10-6,
indicando el signo negativo que la sección trabajó a
tensión, mientras que la sección cercana a la punta a 21 m
de profundidad muestra que las microdeformaciones son
muy bajas, del orden de -10, dando cuenta de que la punta
no se entera de la extracción.
Figura 16. Variación de la carga en cabezal, sección a 1 m y en
la punta (21 m) contra el tiempo. 2ª etapa de la fase II.
7 RESULTADOS DE PRUEBAS A EXTRACCIÓN
7.1 Respuesta carga-desplazamiento registrada en el
cabezal
La respuesta carga-desplazamiento en la cabeza de la pila
para la prueba a extracción se muestra en la Figura 17. Los
resultados corresponden a los registrados automáticamente
por las celdas de carga y los transductores de
desplazamiento en la cabeza, DCDT.
Figura 18. Microdeformación unitaria media contra el tiempo, 2ª
etapa de extracción.
8 ESTIMACIONES TEÓRICAS DE LA CAPACIDAD
DE CARGA A COMPRESIÓN Y A EXTRACCIÓN
Para revisar los enfoques de las estimaciones teóricas de la
capacidad de carga axial a compresión y extracción de las
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Pruebas de carga axial a compresión y
extracción en pilas de cimentación
instrumentadas del Viaducto Bicentenario,
Estado de México
pilas, en la etapa de diseño, se realizó una revisión (Romo
et al., 2009) de diferentes criterios (O´ Neill y Reese,
1999; Reese y Wright, 1977 tomado de McGregor y
Duncan, 1998; Poulos y Davis, 1980; Wysockey, 1999,
Decourt, 1995) atendiendo a las condiciones geotécnicas
del Tramo 1, donde predominan suelos firmes y
formaciones aluviales. Para entonces se contaba con una
campaña de exploración con base en sondeos de SPT.
En la Figura 2 se muestra el perfil estratigráfico del
sitio A-72 y en la Figura 19 se presentan los niveles de
desplante de proyecto para la zapata y para las pilas de
cimentación.
Prof., m Númer o d e g olpes , NS PT
0
10
0
30
40
SPT
50
T.N.
50/10
8
5
7
22
31
22
20
4
2
4
6
8
10
2
4
a.10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
20
N
4 0.6 0 FIN SPT
30
29
8
50/10
30
38
37
41
48
50/15
50/20
50/10
50/20
38
48
50/10
35
50/15
50/10
50/20
50/20
50/10
50/10
50/15
50/10
50/30
50/30
50/20
16
25
29
30
11
50/20
50/10
50/10
39
50/15
36
50/20
50/30
50/15
50/10
28
diferentes sitios del Tramo 1. Se observa en la Figura 20
que una pila de 80 cm de diámetro tendría una capacidad
de carga última de 605 t (5935 kN), que comparada con la
carga máxima aplicada en la fase II cercana a 10,000 kN
(Figura 12) resulta una estimación teórica del lado de la
seguridad, más aún al considerar que se trata de una pila
de 70 cm de diámetro.
Por su parte, la capacidad teórica última a extracción de
490 t (4,807 kN) para una pila de 80cm de diámetro
resulta ligeramente superior a la obtenida en la prueba a
extracción para la pila de 70 cm de diámetro, que fue de
4,100 kN. A este respecto, debe considerarse que, además
de ser de menor diámetro la pila, el ensaye de extracción
fue realizado sólo cinco días después de que dicha pila se
le sometiera a la falla geotécnica por compresión, a más
de ser cargada cíclicamente con incrementos desviadores
cíclicos considerables, tal como se describe en el inciso
5.1 y Figura 8.
9 CONCLUSIONES
a)
b)
42
Figura 19. Modelo estratigráfico y niveles de desplante para sitio
A-72.
Por su parte, en las Figuras 20 y 21 se presentan las
estimaciones teóricas con diferentes criterios para
compresión y extracción, respectivamente, del sitio A-72.
Cabe resaltar que los resultados mostrados corresponden a
pilas de cimentación definitivas de 90 cm de diámetro,
mientras que las pruebas de carga que aquí se han descrito
fueron hechas en pilas de 80 cm de diámetro. En ambos
casos, la profundidad de desplante es la misma.
De la revisión de procedimientos teóricos, se concluyó
que el método de Wysockey (1999) era el más adecuado y
práctico para establecer la capacidad de carga en los
c)
Al ser sometida la pila a carga axial vertical
equivalente a la de diseño bajo cargas sostenidas o
permanentes (215 toneladas), las cuales incluyen el
peso propio de la estructura y de los vehículos que
ahí circulan, sufrió apenas un desplazamiento de
poco menos de tres milímetros, véase la Figura 9. La
implicación de este resultado es que en el caso de
apoyos como el A-72, tal asentamiento ocurre
durante su construcción, sin ningún perjuicio a la
operación del viaducto.
En una etapa final de carga compresiva (fase II), y
después de haber ejecutado una prueba de extracción,
se alcanzó prácticamente la falla geotécnica de la pila
con una carga máxima de 988 toneladas, provocando
una penetración de 94 mm. Con esta carga máxima,
el cuerpo de la pila sufrió una compresión de 11 mm,
definiendo un desplazamiento relativo entre la punta
y el suelo circundante de 83 mm; esto es, poco
menos del 12% del diámetro nominal de la pila.
De las microdeformaciones medidas en el concreto
de la pila de prueba (Figuras 13, 14 y 16) se obtuvo
que la contribución de la punta se inicia a cargas ya
bien por arriba de la carga de diseño (acciones
permanentes) por lo que se puede afirmar que el
trabajo de las pilas del Viaducto Bicentenario en
sitios como el ensayado, para condiciones de
operación, es fundamentalmente por fricción.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Mendoza, M. J. et al.
d)
e)
f)
Figura 20. Estimaciones teóricas de la capacidad de carga a
compresión. Sitio A-72 (en toneladas).
g)
Debe enfatizarse entonces que este sistema de
cimentación tiene un comportamiento muy
conveniente, ya que el aporte de la resistencia por
fricción en el área lateral de las pilas, es suficiente
para soportar las cargas sostenidas que impone la
operación del viaducto, y más. En tanto que las
cargas accidentales que pudieran imponer sismos,
viento o alguna otra perturbación excepcional, están
cubiertas por la potencial capacidad de carga que
ofrece la punta de las pilas, si bien es cierto, con un
asentamiento adicional.
Las conclusiones anteriores están sustentadas, por
tres sistemas de medición independientes, cuyos
resultados son coincidentes; éstos son: i)
la
medición directa de la carga en la punta de la pila
mediante una celda de presión eléctrica calibrada; ii)
las mediciones de microdeformaciones unitarias con
deformímetros embebidos en el concreto; y, iii) las
mediciones de compresiones que sufrió la pila, entre
su cabezal y diferentes profundidades a lo largo de la
misma.
Por lo que se refiere a la capacidad de carga por
extracción, ésta alcanzó un valor de 410 toneladas.
Tal cantidad es comparable con la que impone en
condición extrema un sismo excepcional, por lo que
no es motivo de preocupación, máxime que dispone
de otros elementos que reducen las acciones sobre las
pilas, como es la profundidad a la que éstas se
conectan al cabezal.
Pudo verificarse que los criterios geotécnicos
adoptados para el diseño de las pilas de cimentación
del Viaducto Bicentenario, en particular la solución
de Wysockey, resultan justificados y pertinentes, a
juzgar por esta primera prueba de carga cercana al
Apoyo A-72 del Tramo 1, en donde se reconocieron
condiciones estratigráficas difíciles.
AGRADECIMIENTOS
Figura 21. Estimaciones teóricas de la capacidad de carga a
extracción. Sitio A-72 (en toneladas).
Los autores expresan su reconocimiento al Sistema de
Autopistas, Aeropuertos, Servicios Conexos y Auxiliares
del Estado de México (SAASCAEM) quienes propiciaron
la participación del Instituto de Ingeniería, UNAM en este
proyecto. Así mismo, nuestro agradecimiento a Viaducto
Bicentenario, S.A. de C. V. del grupo OHL México
(Concesionario) por su aceptación e interés para llevar a
cabo estos estudios.
La colaboración de los becarios Salvador Mendoza,
Iván Orea, Víctor Hugo Rodríguez y Juan Carlos Vázquez
es altamente apreciada y reconocida por los autores.
Asimismo, los autores reconocen la diligente participación
de Asael Elvira y Juan Carlos Moreno de la empresa
Pilotec durante la preparación y ejecución de los montajes
del sistema de reacción y de aplicación de cargas.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Pruebas de carga axial a compresión y
extracción en pilas de cimentación
instrumentadas del Viaducto Bicentenario,
Estado de México
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SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.