Estudio numérico del comportamiento dinámico de las inclusiones rígidas

En este trabajo se estudian las modificaciones de los movimientos en campo libre por la pre- sencia de un grupo de inclusiones rígidas embebidas en los depósitos blandos de la Ciudad de México. La investigación se llevó a cabo mediante la aplicación de modelos numéricos tridimensionales, y de los resultados se derivaron conclusiones generales respecto al compor- tamiento sísmico del sistema. 

INTRODUCCIÓN
El objetivo principal del sistema de cimentación a base de inclusiones rígidas es reducir los asentamientos totales y di- ferenciales sin necesidad de reforzar la superestructura o uti- lizar soluciones más costosas (pilotes de fricción, pilotes de punta, cajones de cimentación) o que consuman demasiadotiempo (precarga). El sistema está constituido por dos ele- mentos principales: a) un grupo de inclusiones rígidas, res- ponsables de transferir cargas a estratos más competentes, y b) una plataforma de transferencia, generalmente construida con materiales granulares, capaz de transmitir parte de las cargas superficiales a la cabeza de las inclusiones. También es posible incluir capiteles para incrementar el área de con- tacto entre las inclusiones y la plataforma de distribución, y geosintéticos para hacer el mecanismo de transferencia más eficiente (véase figura 1).

Geosintético (opcional)
Capiteles (opcional)
Inclusiones rígidas

Cargas superficiales
Plataforma de transferencia
Suelo blando Estrato duro

La principal diferencia respecto a los sistemas convencio- nales a base de pilotes radica en que las inclusiones no están ligadas a la superestructura; esto conlleva a reducciones en el costo de la cimentación, y contribuye a la reciente popu- laridad del sistema. Particularmente en la Ciudad de México podemos notar el uso de inclusiones cilíndricas de concreto simple coladas in situ para el control de hundimientos totales y diferenciales en estructuras y edificaciones medianas (Au- vinet y Rodríguez, 2006). 

CARACTERIZACIÓN DEL SITIO
El sitio seleccionado para representar las condiciones es- tratigráficas en las modelaciones numéricas corresponde al predio donde se edificó la sede de la Secretaría de Co- municaciones y Transportes. Respecto a la zonificación geotécnica de la ciudad, el sitio se encuentra ubicado en la Zona III o Zona del Lago (véase figura 2), caracterizada por la presencia de arcillas blandas de considerable espe- sor. En este sitio, las propiedades estáticas y dinámicas del subsuelo se modifican a través del tiempo a causa del hundimiento regional (Ovando et al., 2007). Por tal motivo, las condiciones estratigráficas fueron definidas a partir de una campaña de exploración congruente con la ocurrencia del sismo seleccionado, una campaña llevada a cabo 16 me- ses después del terremoto (Jaime et al., 1987). A partir del estudio de la información disponible se definió una estrati- grafía simplificada para su empleo en los presentes análisis, la cual se resume en la tabla 1. Los valores del módulo

 Acciones dinámicas

Las acciones dinámicas se derivaron de la componente N90E del terremoto del 19 de septiembre de 1985 en Mi- choacán: movimiento de subducción con una magnitud ML = 8.1, y epicentro a 425 km del sitio en estudio. El movimiento registrado en la superficie fue deconvuelto a la misma elevación que la base de los modelos de FLAC, empleando el código SHAKE (Schnabel et al., 1972), el cual considera al suelo como un material viscoelástico, y el comportamiento no lineal es modelado mediante el método lineal equivalente. La historia de aceleraciones resultante fue transformada en una historia de esfuerzos, la cual se aplicó en la base para excitar los modelos, debido a que el uso de una historia de aceleraciones provocaría la anulación de la frontera absorbente empleada. En Mejía y Dawson (2006) pueden consultarse detalles del procedi- miento para generar las acciones dinámicas a partir de un análisis de deconvolución.

 ANÁLISIS NUMÉRICOS

Casos analizados
Para identificar la influencia de las inclusiones rígidas en la respuesta sísmica del sitio, se llevaron a cabo los análisis presentados en la tabla 2. El sistema puede esquematizarse como se muestra en la figura 3. En este caso, los rellenos superficiales actúan como la plataforma de transferencia, ya que éstos poseen una rigidez superior respecto a los suelos blandos subyacentes.

Modelo numérico del depósito de suelo

En la figura 4 se muestra la malla de diferencias finitas de uno de los modelos numéricos implementados. Se utiliza- ron 48,000 zonas, refinando considerablemente el área de 20 × 20 m reforzada por las inclusiones, la cual coincide con la planta de la estructura en superficie. La naturaleza semiinfinita del depósito de suelo se representó mediante condiciones de frontera dinámicas especiales; en la base de los modelos se aplicó una frontera absorbente y a sus costa- dos, fronteras de campo libre (el manual de FLAC describe dichas condiciones de frontera).

Elementos estructurales

Las inclusiones rígidas fueron implementadas en los mode- los numéricos mediante elementos estructurales contenidos en FLAC, particularmente los elementos viga. Dichos ele- mentos fueron elegidos por sobre las inclusiones modeladas a partir de zonas sólidas debido a que estas últimas tienden a requerir una elevada discretización para reproducir adecua- damente la rigidez a flexión, conducen a mallas muy finas y ocasionan tiempos de cálculo excesivos (Mánica, 2013).

CONCLUSIONES

Referencias

En este artículo se describió la implementación de una se- rie de modelos numéricos para evaluar la influencia de las inclusiones rígidas en la respuesta sísmica de un sitio. Los resultados muestraron que las inclusiones por sí solas no son capaces de modificar en forma considerable la respuesta del terreno.