Sembrando las bases del mañana: el rol de los Capítulos
Estudiantiles en la SMIG
La experiencia que hemos vivido como Mesa Directiva al trabajar con los capítulos estudiantiles de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica (SMIG) ha sido, sin lugar a duda, enriquecedora y profundamente gratificante. Este camino comenzó con la 24ª Mesa Directiva, bajo la presidencia del ingeniero David Yáñez Santillán y la coordinación de los capítulos por parte del ingeniero Guillermo Clavellina Miller, cuando la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Zacatenco, del Instituto Politécnico Nacional, estableció el primer Capítulo Estudiantil de nuestra sociedad. Desde entonces, el esfuerzo y la dedicación de ingenieros como María Guadalupe Olin Montiel, Miguel Ángel Figueras Corte, Gerson Vázquez Salas y Daniel Martínez Oviedo, quienes lideraron la expansión de los Capítulos Estudiantiles, han sido cruciales para el crecimiento y consolidación de este pilar de nuestra comunidad.
Uno de nuestros principales compromisos como Mesa Directiva es acercar a los jóvenes estudiantes al fascinante mundo de la geotecnia, y llevar el conocimiento especializado a universidades de todo el país. Este esfuerzo se ha materializado en la formación de 22 Capítulos Estudiantiles nacionales, tanto de licenciatura como de posgrado. Además, hemos expandido nuestra influencia más allá de nuestras fronteras, con un capítulo estudiantil en Perú y otro de posgrado en Bolivia, con lo cual se evidencia nuestro empeño por fomentar la geotecnia a nivel internacional.
Nos sentimos profundamente orgullosos de las nuevas generaciones que se están formando en esta disciplina. El compromiso, la dedicación y el deseo de superación que demuestran los miembros de nuestros capítulos estudiantiles son una fuente de inspiración para nosotros. Este entusiasmo nos impulsa a seguir trabajando arduamente para proporcionarles las mejores herramientas posibles en su camino hacia convertirse en destacados geotecnistas.
México ha sido cuna de grandes ingenieros geotecnistas y ha visto pasar generaciones doradas. Estamos convencidos de que el futuro de la geotecnia en nuestro país es aún más prometedor. Las nuevas generaciones están bien encaminadas para continuar con este legado, y estamos seguros de que llevarán la geotecnia mexicana a niveles superiores.
Yoleida del Valle Suárez Arellano
Coordinadora de los Capítulos Estudiantiles y Vocal de la Mesa Directiva 2023-2024
Geotecnia, año 13, núm. 273, septiembre - noviembre 2024, es una publicación trimestral editada por la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica, A.C. Valle de Bravo 19, colonia Vergel de Coyoacán, alcaldía Tlalpan, CP 14340, teléfono (55) 5677 3730 · www.smig.org.mx. Editor responsable: Carlos Roberto Torres Álvarez. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo núm. 04-2017-060819470900-102. ISSN: 2594-1542, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derecho de Autor. Licitud de título y contenido 17156, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Impresa por Copiasgráficas S.A. de C.V, Tochtli 136, Pedregal de Santo Domingo, Coyoacán, CDMX, México. Este número se terminó de imprimir el 18 de octubre de 2024, con un tiraje de 100 ejemplares.
Geotecnia está abierta a las colaboraciones de los profesionales vinculados a la especialidad. De igual forma se invita a presentar artículos que permitan inaugurar una nueva sección en la que se haga prospectiva o se aborden casos insólitos en el ejercicio de la especialidad. Para proponer trabajos debe escribir a norma@xantus.com.mx y será informado de los requisitos para el envío de materiales. Los textos se pondrán a consideración del Consejo Editorial para su publicación.
CONVERSANDO CON…
La Sociedad Internacional como una gran familia
Marc Ballouz
SEMBLANZA
Evert Hoek
ARTÍCULO TÉCNICO
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
David E. Salgado, Luis A. Quirindongo y Mariel R. Quevedo
ARTÍCULO TÉCNICO
Portada
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
Juan Carlos Valenzuela y Alexandra Ossa López
ANECDOTARIO
Celebración de los 90 años del doctor Enrique Tamez
NOTA INFORMATIVA
Aspectos relevantes en el empleo de micropilotes y otros sistemas de cimentación en zonas kársticas
Sebastián Lobo-Guerrero
LA GEOTECNIA EN LA HISTORIA
La cimentación flotante del nuevo edificio de la Lotería Nacional de México: Estudio a escala real de las deformaciones de un suelo profundo de estructura floculenta
José A. Cuevas
Dirección General
Ricardo Enrique Ortiz Hermosillo
Dirección Ejecutiva
Natalia del Pilar Parra Piedrahita
Consejo Editorial
Juan de Dios Alemán Velásquez
Gabriel Yves Armand Auvinet Guichard
Roberto Avelar Cajiga
María del Carmen Cabrera Velázquez
Jorge E. Castilla Camacho
Francisco Alonso Flores López
Moisés Juárez Camarena
Germán López Rincón
Raúl López Roldán
Miguel Ángel Mánica Malcom
Héctor Moreno Alfaro
Rodrigo Murillo Fernández
Ricardo Enrique Ortiz Hermosillo
Alexandra Ossa López
Walter Iván Paniagua Zavala
Margarita Puebla Cadena
Luis Bernardo Rodríguez González
Juan Jacobo Schmitter M. del C. Guillermo Springall Cáram †
Carlos Roberto Torres Álvarez
Comercialización
Brenda Aguilar Silis
PORTADA: DISEÑO DEL ESPESOR DEL BALASTO Y SUBBALASTO DE VÍAS FÉRREAS, IMPLEMENTANDO
FOTO DE PORTADA: CORTESÍA MANUEL BARROSO
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Marc Ballouz
La Sociedad Internacional como una gran familia
Conversación con el doctor Marc Ballouz, actual presidente de la International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE).
Hombre de larga trayectoria que ha sido emprendedor, docente, constructor y consultor, entiende al gremio como una gran familia. Escucha y cree en los jóvenes ingenieros, así que los invita a pensar en nuevas formas de ejercer la profesión. Ese es el doctor Marc Ballouz, presidente de la International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE), con quien conversamos y nos comparte un poco de su vida y sus perspectivas.
Mi padre, un gran ejemplo
AMarc Ballouz siempre le han gustado los deportes extremos. Le gusta esquiar, la práctica de tiro y el baile. Desde joven ha tenido una personalidad inquieta y tenaz que le permite destacar en lo que se propone. Con una hermana y un hermano mayores, creció en Beirut, viajando cada verano a las montañas.
«Mi infancia tuvo periodos de mucha intensidad. La guerra civil en Líbano comenzó cuando yo tenía diez años. Fueron tiempos complicados. Ya de adolescente participé en la milicia, pero mi padre siempre me dejó claro que lo principal tenía que ser la escuela y siempre me reforzó el valor de la educación».
«Cuando me gradué de la escuela secundaria, quería estudiar medicina y convertirme en cirujano, pero no acababa de decidirme porque tenía el ejemplo de mi padre que era un ingeniero destacado en una gran empresa, me había sembrado el interés por su práctica profesional y me invitaba frecuentemente a seguir
sus pasos. Entonces decidí postularme tanto para la escuela de medicina como para la de ingeniería. La respuesta de ésta última llegó antes y así fue que ingresé a la escuela de ingeniería de la American University of Beirut».
El doctor Marc Ballouz en su época de estudiante.
Ya en la universidad, una estrecha relación con su profesor de Geotecnia y Cimentaciones fue marcándole el camino hacia la ingeniería geotécnica. «Estaba a punto de graduarme cuando el profesor me pidió que me convirtiera en su asistente. Tan pronto me involucré en la enseñanza en el Laboratorio de Mecánica Suelos, pensé que debía estudiar un posgrado en la materia y se lo comenté a mi padre».
Con Líbano en guerra, no había muchas opciones, pero, apoyado por un amigo que su padre tenía en Texas A&M University, presentaron la solicitud y, un año después de haberse graduado como ingeniero civil, se mudó a Estados Unidos para continuar con su formación profesional.
Consolidación profesional:
Texas - Líbano - Texas
«Llegué a Texas A&M University y me encantó. Concluí el posgrado. Trabajé por un periodo corto en Houston y luego regresé a Líbano. Ahí, con la ayuda de mi padre, establecí mi empresa: International Institute of Geotechnics and Materials (IGM). Iniciamos con una máquina perforadora pequeña y en dos años ya éramos alrededor de 200 personas; luego 300 trabajadores, ingenieros».
En los años 90, tras el término de la Guerra en Líbano, IGM ya contaba con las áreas de Design, Build Solution in Civil & Geotechnical Engineering, Consulting Worldwide and Piling Foundations. A pesar de que había surgido
“Disfruto mucho estar en lugares especiales, así como de la naturaleza y las emociones extremas”
como una empresa de operación en Líbano, sus alcances pronto se volvieron internacionales. Esa expansión lo llevó de vuelta a Texas, donde, además de ocuparse de las operaciones, comenzó a dar clases en la Universidad Estatal. «Siempre me ha gustado escuchar a los estudiantes, a los jóvenes. Aprendo mucho de ellos. Por eso, ahí y en otras universidades, disfruto mucho ser profesor».
Actualmente, el doctor Ballouz vive entre Líbano y Texas. «Más aun después de convertirme en presidente de la Sociedad Internacional. Estoy más en el Líbano porque desde ahí puedo cubrir más países de Europa, Asia y África. Con 90 países en la asociación, mi misión es intentar visitarlos todos».
Un legado en la ingeniería geotécnica internacional
El doctor Marc Ballouz formó parte del grupo que estableció la Sociedad Libanesa de Ingeniería Geotécnica. Luego, viviendo en Texas, se involucró con la Sociedad Internacional y fue designado como presidente del Comité de Relaciones Públicas. «Cuando fui presidente de este comité, obtuve buenos logros. Uno muy puntual es la realización del video titulado What is Geotechnical Engineering?, el cual sigue siendo el número uno en búsquedas sobre geotecnia, en YouTube».
Posteriormente se integró al consejo directivo de la Sociedad Internacional y, tras una pausa de unos años lejos de todo esto, regresó en el momento el que se sentía, mental y profesionalmente, preparado para proponerse como candidato a la presidencia. «Es una labor que requiere mucho tiempo y esfuerzo. En ese momento sentí que estaba listo para ser un buen
Marc Ballouz en las oficinas del International Institute of Geotechnics and Materials.
candidato. Obtuve el apoyo tanto de Líbano como de Estados Unidos y lo logré».
El doctor Ballouz se siente muy orgulloso de haber sido elegido para este puesto que representa mucho reconocimiento y prestigio. «Espero estar haciendo un buen trabajo. Recibo buenos comentarios y eso me motiva a seguir adelante. Y es que hemos logrado mucho. Hablo en plural porque no es labor de uno solo. Tengo un gran equipo. Uno de los vicepresidentes es mexicano, el doctor Walter Paniagua, VP de Norteamérica. Y hay que trabajar sin descanso para dejar un legado que trascienda porque después vendrán otros presidentes, y lo que se está planteando ahora no necesariamente se continuará».
Uno de sus legados, sin duda, será el premio Medalla ILAM, reconocimiento internacional a la trayectoria. «Me inspiré en mi padre, que tiene 94 años y, como mencioné antes, es ingeniero. Tuvo una gran labor profesional pero ya nadie lo reconoce, su círculo ha dejado de verlo. Así que quise crear un premio que se otorgue exclusivamente a personas mayores, que fueron pioneras y que no están en condiciones de seguir ejerciendo». Este año, Ballouz viajó a Canadá para otorgarla al doctor Norbert Morgenstern, en su natal Calgary.
Tan solo a la mitad de su periodo como presidente, la Sociedad ha renovado su boletín, se ha establecido una nueva revista orientada a publicar avances en investigaciones y técnicas. Otro de sus logros, de más largo plazo, es el establecimiento de la Conferencia Panmediterránea de Ingeniería Geotécnica, con otros profesionales de la cuenca mediterránea. «Entonces ya hay una Panamericana y yo creé una conferencia regional que reúne a 3 continentes. Los viejos continentes, Europa, Asia, África y nosotros, acordamos que cada cuatro años tendremos una PM GC o Conferencia Tecnológica Panmediterránea».
Igualmente, se lanzó Geoingenieros Sin Fronteras. Iniciativa que apoya a nivel mundial, dondequiera que haya un desastre, enviando un comité de expertos que genera informes para los ingenieros locales. «Con ello aportamos nuestra experiencia especializada en situaciones de desastre que involucran a la geotecnia». Con un ritmo de trabajo que lo ha llevado a visitar 35 países en dos años y a estar presente en más de 175 eventos y reuniones, el plan de Marc Ballouz al concluir su periodo como presidente es relajarse un poco y enfocarse a una sola actividad profesional.
Representantes de las sociedades de Sudamérica y Portugal en 2022 (Brasil).
Entrega de la Medalla ILAM 2024 al profesor Norbert Morgenstern (Calgary, Canadá).
Consejo directivo de la ISSMGE durante la reunión del council en 2023 (Astaná, Kazajistán).
México en la ingeniería geotécnica internacional
En 2022, el doctor Ballouz asistió a la Reunión Nacional de la SMIG (Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica) en Guadalajara. «Fue un honor estar ahí. Me gustó la variedad entre ponencias técnicas y prácticas. Es importante mezclar ambos enfoques y, sin embargo, es raro ver profesionales que practican y académicos por igual. Estoy impresionado, también, por la gran actividad que tienen las sociedades como la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica (SMIG) y por la cantidad de ingenieros importantes y reconocidos que reúnen. Felicitaciones por este trabajo».
Respecto a sus expectativas sobre el quehacer de México, Centro y Sudamérica en la ingeniería geotécnica, nos habla de la importancia de dirigirse hacia un mejor futuro geotécnico.
«Quiero que más países de América y del Caribe se unan a la Sociedad Internacional. Y, para ello, cuento con México. Me parece que Méxi-
co, a pesar de estar en el norte del continente, aporta la fuerza del idioma para ayudar en el sur, donde lo lógico sería que Brasil fuera el líder, pero al no hablar español, no acaba de ser así. Siento que por eso México cumple ese papel, convocar a la gente del sur del continente, reunirlos».
Hay una misión
Para terminar, le pedimos un mensaje a la comunidad de profesionales y estudiantes de ingeniería geotécnica. «Les digo que creo en ustedes y quiero que ustedes también lo hagan. Hay una misión. Nosotros, los viejos ingenieros, caímos en el error de pensar que si construíamos el edificio más alto, la carretera más grande, el puente más largo, lo estaríamos haciendo bien. Pero ahora debemos pensar en preservar el medio ambiente y salvar a la Madre Tierra para las generaciones futuras. Así que cuento con ustedes para transformar la visión».
Participación del doctor Ballouz en el XVIII European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, ECSMGE 2024 (Lisboa, Portugal).
Marc Ballouz apasionado de la aventura y los deportes extremos.
Roberto Avelar y Marc Ballouz durante la inauguración de la expo de la Reunión Nacional de SMIG en Guadalajara, México, en 2022.
Evert Hoek
Graduado como ingeniero mecánico en la Universidad de Cape Town, Sudáfrica, se involucró en el estudio y desarrollo de la mecánica de rocas desde 1958. Su trabajo abordó los problemas de falla frágil de la roca en minas a gran profundidad.
Obtuvo tres doctorados; uno en la Universidad de Cape Town, en Sudáfrica; otro en la Universidad de Londres y el tercero en la Universidad Politécnica de Cataluña; pero recibió otros dos de manera honoraria por parte de las universidades de Waterloo y de Toronto, ambas en Canadá. Fue elegido como miembro de la Real Academia de Ingeniería en Inglaterra y como miembro asociado de las Academias de Ingeniería de Estados Unidos y de Canadá.
El ingeniero Hoek publicó más de 114 artículos técnicos y cuatro libros y aportó una cantidad considerable de información para consulta gratuita en internet. Durante nueve años fue profesor del Imperial College of Science and Technology, en Londres; durante 12, director principal de Golder Associates, en Vancouver,Canadá, ciudad desde la que se desempeñó como consultor independiente por casi dos décadas. Su actividad abarcó proyectos de ingeniería civil y de minería en 35 países alrededor del mundo, en los campos de estabilidad de taludes en rocas, cimentación de presas, proyectos hidroeléctricos, cavernas y túneles excavados en forma tradicional y con máquinas tuneleras.
A lo largo de su trayectoria profesional recibió diversos reconocimientos. La Geological Society of America lo premió por la publicación del manual Rock Mechanics Engeeniering. La Institution of Mining and Metallurgy del Reino Unido le otorgó medalla de oro; la Sociedad
Evert Hoek nació el 23 de agosto de 1933 en Zimbabwe, África del Sur, y falleció el 6 de julio de 2024 en Vancouver, Canadá.
Retrato de joven de Evert Hoek, referente mundial en ingeniería geológica, civil y minera.
Internacional de Mecánica de Rocas,el premio Müeller. Fue acreedor de la medalla William Smith y del premio Professor Lecturer de la Geological Society of London, del premio Terzaghi Lecturer de la American Society of Civil Engineers y del Lifetime Achievement Award de la International Tunnelling and Underground Space Association. Igualmente fue invitado a dar conferencias en prestigiosas instituciones como la Rankine Lecture de la British Geotechnical Association.
Internacional de Mecánica de Rocas,el premio Müeller. Fue acreedor de la medalla William Smith y del premio Professor Lecturer de la Geological Society of London, del premio Terzaghi Lecturer de la American Society of Civil Engineers y del Lifetime Achievement Award de la International Tunnelling and Underground Space Association. Igualmente fue invitado a dar conferencias en prestigiosas instituciones como la Rankine Lecture de la British Geotechnical Association.
Hoek trabajando en sus investigaciones. Fotos: www.rocsience.com
Hoek trabajando en sus investigaciones. Fotos: www.rocsience.com
Agradecemos al ingeniero Jorge Castilla la redacción de esta semblanza.
Agradecemos al ingeniero Jorge Castilla la redacción de esta semblanza.
Agradecemos al ingeniero Jorge Castilla la redacción de esta semblanza.
David E. Salgado
Ingeniero Geotécnico en Global Resource Engineering, Denver, Colorado, EUA
Mariel R. Quevedo
Ingeniera Geotécnica Sénior en Global Resource Engineering, Denver, Colorado, EUA
Luis A. Quirindongo
Líder Geotécnico en Global Resource Engineering, Denver, Colorado, EUA
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
Durante años, el marco regulatorio internacional de depósitos de residuos mineros (The Mining Association of Canada, 2019; Canadian Dam Association, 2013; Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, 2003) ha hecho hincapié en la importancia de establecer un programa de instrumentación y monitoreo de este tipo de estructuras –sin importar su método de crecimiento, tipo de residuos, método de almacenamiento, etcétera–, con la finalidad de monitorear y vigilar su comportamiento durante las etapas de operación, construcción-crecimiento, cierre y postcierre. El Estándar Global de la Industria Sobre Gestión de Relaves (Global Industry Standard on Tailings Management, 2020), por ejemplo, describe los lineamientos para el diseño, implementación y operación de sistemas de monitoreo, con el fin de gestionar el riesgo en todas las fases del ciclo de vida de los depósitos de jales (TSF, por sus siglas en inglés). Un programa de instrumentación y monitoreo efectivo es aquel que vigila y analiza de manera regular aspectos clave, tales como sus características, la disposición del material, los niveles de agua freática y, al interior del depósito, desplazamientos y movimientos. Considerando lo anterior, en este trabajo se presentan los resultados y se explican los beneficios de la implementación de un programa de instrumentación y monitoreo del comportamiento de un TSF con el método de construcción aguas arriba, durante el proceso constructivo de un nuevo crecimiento y un sistema de contrafuerte.
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
1. INTRODUCCIÓN
Actualmente el diseño, operación y cierre exitoso de los TSF representa diferentes desafíos; esto debido al comportamiento heterogéneo de los jales y a los aspectos transitorios del material a lo largo de la vida útil de los depósitos.
De acuerdo con la Asociación Minera de Canadá (Mining Association of Canada, 2019), la vigilancia de un depósito de residuos mineros implica la inspección y el monitoreo de actividades e infraestructuras relacionadas con el manejo de jales. La vigilancia también incluye la documentación, análisis y comunicación oportuna de los resultados, para informar la toma de decisiones y verificar si se están cumpliendo los objetivos de rendimiento y de gestión de riesgos, incluidos los controles críticos.
Existen dos tipos de actividades de vigilancia:
• Observación e inspección en el sitio
• Monitoreo de instrumentos
Las inspecciones son llevadas a cabo por ingenieros o personal con la formación y competencia adecuadas y deben ser más rigurosas que la observación en sitio. Inspecciones técnicas completas, integran la supervisión y el análisis de los resultados del monitoreo de los instrumentos y pueden ser realizadas por la persona responsable, personal calificado, el Ingeniero de Registro (Engineer of Record) –EoR, por sus siglas en inglés–, expertos de terceros o revisores independientes, para tener una comprensión cabal del funcionamiento de la instalación, identificar deficiencias en el rendimiento y oportunidades de mejora. Estas incluyen: inspecciones de seguridad de presas (Dam Safety Inspections), revisiones de seguridad de presas (Dam Safety Review), auditorías, evaluación de efectividad y revisiones independientes.
Por otra parte, el monitoreo –definido como la observación y medición de variables físicas, mediante aparatos especiales conocidos como instrumentación– proporciona información invaluable sobre el comportamiento de los depósitos, la cual no se puede obtener mediante la observación en sitio o meras inspecciones del depósito, pues requiere de observaciones más precisas, en frecuencias altas o de manera continua. Generalmente, el objetivo del monitoreo es recopilar datos que se utilizarán para evaluar el desempeño de la instalación en relación a los objetivos y los indicadores de rendimiento, el plan de gestión de riesgos y los controles críticos para el depósito de jales.
1.1. Instrumentación de un depósito de jales
Tal como señala la Asociación Canadiense de Represas (Canadian Dam Association, 2013) –CDA, por su siglas en inglés–, los sistemas de instrumentación no reemplazan las inspecciones visuales periódicas, sino que son fuente de información complementaria que sirve para mejorar la evaluación continua del desempeño de los depósitos. El requerimiento de instrumentación debe definirse sistemá-
ticamente, en función del desempeño esperado y la identificación de los parámetros que deben medirse cuantitativamente. Para establecer el programa de instrumentación más adecuado es necesario realizar la documentación de procedimientos, identificación de modos de falla, análisis y criterios de diseño y, en general, cualquier tipo de información relacionada. Sobre esta documentación se identificarán los parámetros a medir, la frecuencia y las personas responsables de cada actividad; los valores umbral esperados, así como el mantenimiento y la calibración que el instrumento requiera. De acuerdo con la CDA, el propietario del depósito es quien debe definir el lugar donde serán almacenadas las lecturas de los instrumentos, cómo se procesarán y analizarán; cuáles son los valores umbral o límites aceptables que podrían activar las acciones de seguimiento –trigger follow-up actions, en inglés–, cuál sería el seguimiento requerido y quién tiene autoridad para iniciar el seguimiento. Por otro lado, es necesario revisar periódicamente la efectividad de la instrumentación de la presa y actualizarla según sea necesario para lograr el nivel deseado de monitoreo del comportamiento global del depósito.
Por todo esto, un sistema de instrumentación y monitoreo bien establecido, vinculado con el plan de preparación y respuesta de emergencia (Trigger Action Response Plan), resulta fundamental para lograr la operación y el manejo exitoso de un depósito de jales.
1.2. Objetivo
Este trabajo tiene por objetivo, primero, presentar la interpretación de los resultados obtenidos de un programa de instrumentación y monitoreo establecido para un TSF de crecimiento aguas arriba, ubicado al noroeste de la República Mexicana; luego, explicar su aplicación en la definición de los umbrales de activación y acciones de respuesta específicos para el proyecto. Adicionalmente, discutir la utilidad de contar con un sistema de instrumentación oportuno para el monitoreo y vigilancia continua del comportamiento del TSF, durante el proceso constructivo (en curso) de un crecimiento adicional y un sistema de contrafuerte.
2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
2.1. Configuración del TSF
El TSF de estudio se ubica al noroeste de la República Mexicana. De acuerdo con la NOM-141-SEMARNAT-2003, el proyecto se encuentra en la zona hidrológica ciclónica del país, sobre una topografía clasificada como montañosa y de lomerío. De acuerdo con el Manual de Diseño de Obras Civiles - Diseño por Sismo, el proyecto se ubica en la región sísmica B (MDOC; CFE, 2015).
El diseño original del TSF sigue el método de crecimiento aguas arriba y se conforma por dos estructuras principales: bordo A y bordo B (ver figura 1).
• Bordo A, con una corona de 393 m de longitud y altura máxima de 50 m (ver figura 1a). La configuración inicial
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
está conformada por un bordo iniciador (elevación 545 msnm) y 6 crecimientos (desde la elevación 545 a 575 msnm). Cabe mencionar que, al final de la construcción del bordo iniciador (2007), se instaló una geomembrana sobre el talud aguas arriba, sin un sistema de recolección que facilitara el drenado adecuado de la presa en esta zona. Esto ha generado que el nivel de agua se mantenga por arriba del bordo iniciador (ver figura 1a), condición que fue considerada en los análisis de estabilidad.
• Bordo B, con una corona de 352 m de longitud y altura máxima de 35 m (ver figura 1b). La configuración inicial está conformada por un bordo iniciador (elevación 555 msnm) y 4 crecimientos (elevación 560 a 575 msnm), construidos con materiales de enrocado y préstamo, respectivamente (ver figura 1b).
• Debido a algunos eventos extraordinarios ocurridos en el TSF –previo a la construcción de los nuevos crecimientos y contrafuertes–, se realizó la construcción de un dren provisional al pie del bordo A, con la finalidad de captar posibles filtraciones durante la construcción del nuevo crecimiento y contrafuerte. Actualmente este dren forma parte del filtro del contrafuerte.
Según el resultado de los análisis de estabilidad del TSF, es posible realizar la construcción de dos crecimientos adicionales en los bordos A –7.o y 8.o crecimiento, elevaciones 580 y 585 msnm, respectivamente– y B –crecimientos 5 y 6, elevaciones 580 y 585 msnm, respectivamente–, con la finalidad de aumentar la capacidad de almacenamiento del TSF (ver figura 1). Así mismo, de acuerdo con estos análisis, es necesario realizar el reforzamiento de los bordos por medio de contrafuertes (material V, ver figura 1), para poder construir los crecimientos adicionales y garantizar la estabilidad del TSF. Actualmente, la construcción de los nuevos crecimientos y contrafuertes del TSF se lleva a cabo siguiendo el procedimiento y secuencia de construcción definidos por dichos análisis.
En fechas recientes –junio de 2024–, se finalizó la construcción del 7.o y 5.o crecimiento (elevación 580 msnm) de los bordos A y B, respectivamente, así como la primera etapa del contrafuerte del bordo A, a una elevación de 545 msnm. Durante la ejecución de estas obras, los resultados de la exploración geotécnica, en conjunto con el monitoreo continuo de la instrumentación, han generado información valiosa sobre el comportamiento del material de jal, la evolución de las lecturas
piezométricas, los desplazamientos durante las etapas de construcción y la estabilidad del TSF, en general.
3. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL TSF
A partir de los resultados de los trabajos de exploración se realizó la caracterización a detalle del TSF. Los componentes y materiales que conforman el TSF de estudio son (ver figura 1):
I. Terreno de fundación. Unidad litológica de caliza-lutita (Kapa-Cz-Lu), alternando con lutitas de estratificación delgada de más de 500 m de espesor; sobreyaciendo rocas graníticas y volcánicas.
II. Crecimientos a base de material de préstamo, clasificado como arena media con limos y gravas con intercalaciones de arena fina arcillosa.
III. Bordos iniciadores conformados con material de banco, clasificado como grava limosa mal graduada con material de enrocado.
IV. Jal depositado, clasificado como:
i. Arenas arcillosas y arenas limosas de comportamiento contractivo
ii. Arcillas con arena de comportamiento contractivo
iii. Arenas limosas y arenas arcillosas de comportamiento dilatante
V. Contrafuertes A y B, conformados con material de banco de #200 a 18”.
VI. Entre el talud del bordo iniciador y el contrafuerte se coloca un manto drenante, conformado con material de 3” y geotextil”, con la finalidad de captar filtraciones y dirigirlas a una pileta de recolección ubicada al pie de los contrafuertes.
Figura 1. Caracterización geotécnica de: a) bordo A y; b) bordo B. Configuración del TSF en base a exploración geotécnica y diseño de expansión.
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
VII. A partir de la información obtenida de los piezómetros instalados durante la reciente campaña de exploración y de los piezómetros existentes, fue posible definir la línea piezométrica para los análisis de estabilidad (ver figura 1).
La información anterior se utilizó para realizar los análisis de estabilidad correspondientes a la condición más reciente del TSF y los necesarios para el proyecto de expansión a las siguientes cotas (ver figura 1). Cabe mencionar que, con la finalidad de evaluar la evolución de su estabilidad, este tipo de análisis han sido realizados en diferentes etapas de la operación, deposición y construcción del TSF.
4. PROGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO
Con base en los requerimientos de la normativa internacional y la local, se diseñó un programa de monitoreo específico para el TSF. Este considera lo siguiente:
• Establecer y mantener un programa para monitorear y analizar, de manera regular, los elementos clave del depósito de jales –incluyendo las características de los jales, la presa de jales, el agua y la filtración–.
• El análisis de los datos de monitoreo; el cual debe incluir la comparación de datos recientes con resultados anteriores y expectativas de diseño.
• Un programa de inspección rutinaria para evaluar el rendimiento ambiental y de seguridad del TSF y las estructuras auxiliares críticas.
4.1. Piezometría
Con el fin de monitorear la variación y evolución de las presiones hidráulicas y alturas de los tirantes de agua durante la operación, construcción y posterior a las adecuaciones del proyecto de diseño del TSF, y como parte de los trabajos de exploración geotécnica, se realizó la instalación de piezómetros de tubo abierto (PTA) y cuerda vibrante (PCV).
3.
de lecturas críticas de: a) Nivel de agua y b) presión de poro; medidos en piezómetros PC y VWP, respectivamente, en 5o crecimiento del bordo A.
Figura 2. Identificación de lecturas críticas del NA medido en piezómetro PC en 7mo crecimiento del bordo A.
Figura
Identificación
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
Por la construcción activa del contrafuerte y del siguiente crecimiento en los bordos A y B, respectivamente, la toma de lecturas se realiza diario. Con esa frecuencia los datos se registran y analizan en una hoja de cálculo. Cabe señalar que, después de eventos extraordinarios tales como tormentas grandes y precipitaciones o cualquier infiltración observada en el TSF, los instrumentos se verifican (dentro de las 24 horas posteriores al evento). Recientemente, los piezómetros PTA y PCV han jugado un papel importante en la determinación de los umbrales de activación y acciones de respuesta específicos para el TSF, antes y durante la construcción del siguiente crecimiento en el bordo B y el sistema de contrafuerte en el bordo A.
Así, como se presenta en las figuras 2 y 3, a partir de la interpretación oportuna de las lecturas de los piezómetros ha sido posible identificar valores críticos de nivel de agua (NA) y presión de poro (u2) generados por eventos extraordinarios ocurridos antes y durante la construcción del siguiente crecimiento y del contrafuerte. Esto ha sido determinante para tomar de decisiones como detener parcialmente las actividades de operación-deposición y construcción o reducir la velocidad de construcción hasta observar que las lecturas se “estabilizan”. Como se puede apreciar en las figuras 2 y 3, los niveles de agua y la presión de poro han sido estables durante la construcción del contrafuerte.
Figura 4. Monumento de control MC-5 ubicado en el 7mo crecimiento al sureste del bordo A. Identificación de; a) desplazamientos horizontales y b) asentamientos máximos, antes y durante la construcción del contrafuerte.
Tabla 1. Variación del NA en los análisis de estabilidad estático, pseudoestático y postsismo.
Al momento de la elaboración del presente trabajo, se realizan los análisis de estabilidad variando el nivel del agua, con la finalidad de determinar el nivel máximo del NA (valores críticos) que activen o desencadenen la falla del TSF. Por ejemplo, de acuerdo con el análisis postsismo (ver tabla 1), el NA en el bordo A no puede llegar a subir 2.5 m por arriba del nivel actual (ver figura 1a). En la tabla 1, se presenta un resumen de los factores de seguridad (FS) variando el NA a 0.5, 2.5 y 5.0 m por arriba del nivel de agua actual. Los valores de FS se evalúan según los criterios de diseño específicos del proyecto, elaborados a partir de los requerimientos de la normativa internacional:
• FS= 1.5 y 1.1 para condiciones estáticas y pseudoestáticas (sismo), respectivamente (CDA, 2013).
• FS= 1.5 también es aceptable para las condiciones de construcción y operación –como es el caso del TSF de estudio– (CDA, 2013).
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
• FS entre 1.2 y 1.3 para la condición postsismo (CDA, 2013).
• FS entre 1.0 y 1.1 para la condición postsismo, de acuerdo con el Comité Nacional Australiano de Grande Presas (Autralian National Committee on Large Dams, 2012) –ANCOLD, por sus siglas en inglés–.
• ANCOLD y la Oficina de Reclamación de Estados Unidos (United States Bureau of Reclamation, 2011) establecen que siempre y cuando se tenga información confiable (exploración geotécnica a detalle), el FS puede ser más bajo que lo establecido por la CDA. Para el caso del proyecto de estudio, debido a que se cuenta con los datos de sondeo CPTu, se utilizó un FS= 1.0.
4.2. Monitoreo topográfico
Complementaria a la instalación de los piezómetros PTA y PCV, se realizó la instalación de monumentos de control topográfico (MC) en los bordos A y B, para monitorear los desplazamientos horizontales y asentamientos que experimenta el TSF durante la operación-deposición de jal y en las etapas constructivas del siguiente crecimiento y el contrafuerte.
Figura 5. Monumento de control MC-5 ubicado en el 5o crecimiento del bordo B. Identificación de; a) desplazamientos horizontales y b) asentamientos máximos, antes y durante la construcción del contrafuerte.
Los instrumentos se instalaron en un arreglo lineal, sobre la cresta de cada uno de los crecimientos de los bordos A y B. Los resultados acumulativos del monitoreo son evaluados mensualmente por el ingeniero de registro a cargo.
Con base en la interpretación de las lecturas, se determinó el sentido (+/-) y la dirección (x, y, z) de los desplazamientos (horizontal y vertical) que experimentan ambos bordos. En el caso del bordo A, los desplazamientos en el eje de las abscisas refieren a los desplazamientos en la dirección aguas abajo (signo +) y aguas arriba del depósito (signo -), siendo estos últimos los que han predominado desde el inicio del monitoreo del TSF (ver figura 4a). En el caso de los desplazamientos en la dirección vertical (ver figura 4b), se consideran los procesos de expansión (signo +) y asentamientos (signo -) que experimentan los bordos; siendo los asentamientos el desplazamiento esperado y que más ha predominado durante el monitoreo de ambos bordos. Bajo condiciones normales, las lecturas de base permanecen constantes; esto a excepción de pequeños asenta-
mientos asociados naturalmente al paso del tiempo. Como se dijo antes, en caso de circunstancias inusuales o eventos significativos, estos instrumentos son revisados dentro de las 24 horas posteriores al evento. Los datos de monitoreo se registran periódicamente, según lo indicado en la frecuencia de monitoreo específica del TSF, y son enviados al ingeniero de registro –EoR– para su evaluación constante.
A partir de las lecturas base de los monitoreos de los MC fue posible establecer los umbrales de activación y acciones de respuesta específicos del TSF, en términos de desplazamientos y asentamientos (ver tabla 2). Esto, en apego a lo indicado en el Apéndice 3 (Trigger Action Response Plan) del Manual de Operación, Mantenimiento y Vigilancia (Operation, Maintenance and Surveillance Manual) de la Asociación Minera de Canadá (MAC, 2019).
A finales del 2023, durante la construcción del nuevo crecimiento, se registraron algunas lecturas superiores a los 80 mm (naranja a rojo), en la zona sureste del bordo B
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
Tabla 2. Criterios de umbral de los monumentos de control, específicos del TSF.
Umbral en función del desplazamiento total
0 a 20 mm
20 a 40 mm
40 a 60 mm
60 a 80 mm
Umbral en función de la velocidad Acción
< 5 mm/día
5 a 30 mm/día
80 a 100 mm
> 100 mm
30 mm/día, o aceleración de los desplazamientos.
Informar los datos de monitoreo semanalmente al EoR.
Informar inmediatamente al EoR e incrementar la frecuencia de monitoreo. Prepararse para las acciones correctivas que indique el EoR.
Notificar inmediatamente a los residentes aguas abajo y evitar trabajar dentro del área potencialmente afectada.
Detener la colocación de jal (si se está depositando activamente) e informar inmediatamente a EoR. Detener los trabajos dentro o cerca del área de riesgo. Evacuar a los habitantes en riesgo aguas abajo. Realizar inspecciones a detalle. Comenzar con las acciones correctivas que indique el EoR.
(ver figura 5), por lo que se detuvo la colocación de jal en esta zona y se cancelaron las actividades alrededor del área de potencial afectación. Una vez que las lecturas se regularizaron, se retomaron las actividades.
Por otro lado –de acuerdo con lo registrado en la figura 6– la velocidad de desplazamientos muestra una tendencia descendente; es decir, los desplazamientos se desarrollan a una tasa de velocidad baja, lo que en algunos casos permite continuar con las actividades de operación-deposición y con las etapas constructivas, pues no representan una situación crítica.
5.
CONCLUSIONES
• Como sugieren la normativa y los estándares internacionales, es de vital importancia establecer un programa de instrumentación y monitoreo para cualquier tipo de depósito de residuo minero –patios de lixiviación, presa de jales, depósitos de jal filtrado, etcétera– con la finalidad de vigilar y monitorear su comportamiento durante las etapas de operación, construcción, cierre y postcierre.
• Tal como se presenta en este trabajo, el diseño de un programa de instrumentación y monitoreo del TSF, es clave para el estudio integral del comportamiento del depósito. En este caso, a partir de las lecturas base de los monitoreos fue posible establecer los umbrales de activación y los planes de preparación y respuesta de emergencia –TARP, por sus siglas en inglés–, en términos de desplazamientos y niveles piezométricos. Esto ha marcado las pautas de manera exitosa durante la operación-manejo, deposición y construcción del TSF.
Figura 6. Velocidades de desplazamientos durante: a) construcción del contrafuerte Este y b) construcción de 6to crecimiento en el bordo oeste.
Programa de instrumentación para monitoreo de niveles piezométricos y desplazamientos durante las etapas constructivas de un depósito (presa) de jales en operación activa
• Los programas de instrumentación y monitoreo son diferentes para cada proyecto, pues dependen de factores específicos. Por ejemplo, en el caso del TSF de estudio, la frecuencia de monitoreo se realiza de manera diaria por la operación activa y la construcción actual del TSF; pero, al finalizar las etapas constructivas, se evaluará la posibilidad de modificar la frecuencia.
• Finalmente, es necesario destacar la importancia de fomentar y mantener una comunicación adecuada entre el cliente y los ingenieros de diseño y de registro, pues es fundamental para dar continuidad a la frecuencia del monitoreo y vigilancia del depósito.
Bibliografía
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Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. (2003). Norma Oficial Mexicana NOM-141-SEMARNAT-2003. Distrito Federal, México: Diario Oficial de la Federación.
The Mining Association of Canada. (2019). Developing an Operation, Maintenance and Surveillance Manual for Tailings and Water Managmente Facilities (Segunda ed.). Ontario, Ottawa, Canadá.
Juan Carlos Valenzuela Instituto de Ingeniería UNAM
Alexandra Ossa López Instituto de Ingeniería UNAM
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
Un aspecto fundamental en el diseño de una vía férrea es la determinación del espesor de la capa granular, compuesta por balasto y subbalasto. Para hacerlo, es crucial implementar el método de diseño más adecuado a las condiciones específicas, comprendiendo las variables y los supuestos implicados. En este artículo, se describe uno de los métodos más completos para el diseño de la capa granular: el método de Li y Selig (1998), y se detalla el uso de las cartas de diseño del mismo, derivadas de análisis tridimensionales multicapa, como opción para determinar el espesor adecuado de la capa granular. Posteriormente, se explica el uso del software de elementos finitos Plaxis 3D para recrear estas cartas y realizar análisis complementarios, que incluyen la discretización de la capa granular en balasto y subbalasto, así como la caracterización elastoplástica de los materiales de la subestructura. Finalmente, se concluye que estas consideraciones adicionales influyen en el espesor de la capa granular, por lo que se recomienda el uso de un software tridimensional para análisis multicapa en los casos en los que las condiciones y parámetros difieran significativamente de los utilizados en las cartas de diseño del método de Li y Selig (1998).
1. INTRODUCCIÓN
La subestructura de una vía férrea convencional comprende una capa granular, formada por balasto y subbalasto, y la subrasante. El espesor total de la capa granular se mide desde la base del durmiente hasta la superficie de la subrasante, como se muestra en la figura 1. La función principal de esta capa es distribuir las fuerzas generadas por el paso de los trenes hacia la subrasante, protegiéndola al mantener los esfuerzos dentro de niveles aceptables (Burrow et al. 2007).
Determinar el espesor adecuado de la capa granular es la medida más eficiente y económica para evitar deformaciones en la subrasante, especialmente de aquellas de carácter plástico. Esta determinación debe basarse en las condiciones de tráfico y las propiedades mecánicas de la capa granular y la subrasante (Li et al. 2016). Un espesor insuficiente puede provocar deformaciones excesivas en la subrasante, incrementando los costos de mantenimiento; mientras que
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
2. FALLAS DE LA SUBRASANTE CAUSADAS POR CARGAS
REPETIDAS EN SUELOS FINOS
En suelos finos las fallas más comunes inducidas por cargas repetidas, como el paso de trenes, son la falla de corte progresivo y el asentamiento plástico excesivo (Li et al. 2016). Estas fallas se presentan con mayor frecuencia que las fallas de corte masivo, ya que requieren menores esfuerzos para manifestarse (Burrow et al. 2007).
un espesor excesivo resulta ineficiente tanto en términos de construcción como de mantenimiento (Li y Selig 1998a). En el diseño de vías férreas, es esencial seleccionar meticulosamente el método de determinación del espesor de la capa granular y comprender a fondo sus fundamentos y suposiciones. Por lo cual, en este artículo se examina el método propuesto por Li y Selig (1998) para determinar el espesor de la capa granular, ampliamente utilizado en la actualidad (Indraratna y Ngo 2018) y considerado uno de los más completos, ya que incorpora la mayoría de los parámetros que influyen en la respuesta de la vía férrea bajo cargas repetidas (Li et al. 2016, Burrow et al. 2007).
El estudio del método de Li y Selig (1998) comienza con una descripción de las fallas que este método considera en su análisis, las cuales son también las más comunes en vías férreas construidas sobre subrasantes de suelos finos. A continuación, se detalla el procedimiento para determinar el espesor de la capa granular, destacando el uso de cartas de diseño, su elaboración y el software empleado en su desarrollo.
El estudio evidencia que el método presenta algunas limitaciones asociadas al uso de las cartas de diseño del método original. Estas limitaciones provienen de la falta de consideración de factores clave representativos del fenómeno físico y del uso de geometrías simplificadas, lo que resulta de las restricciones inherentes al software empleado. Con el objetivo de superar algunas de estas limitaciones en la determinación óptima del espesor de la capa granular, este artículo propone realizar análisis similares a los utilizados en las cartas de diseño, empleando un software de elementos finitos en tres dimensiones que permite incorporar aspectos clave y geometrías más representativas del fenómeno físico. Con este software, se lleva a cabo una calibración de los resultados obtenidos con las cartas de diseño originales. A partir de esta calibración, se generan resultados adicionales que incluyen la discretización de la capa granular en balasto y subbalasto, así como la incorporación del comportamiento elastoplástico de los materiales que componen la capa granular y la subrasante, con el fin de evaluar el impacto en el espesor de la capa granular.
La falla de corte progresivo se caracteriza por el desplazamiento gradual del suelo en la superficie de la subrasante debido al cizallamiento y remoldeo provocados por incrementos de esfuerzos repetidos (ver figura 2). Este efecto en el suelo genera una depresión en la vía y un abultamiento en los bordes, dificultando el drenaje y afectando el rendimiento óptimo de la vía (Li y Selig 1998a).
El asentamiento plástico excesivo puede ocurrir debido a la compactación progresiva o consolidación de la subrasante provocada por cargas repetidas, formando “bolsas de balasto y sub-balasto” (ver figura 3). El asentamiento plástico excesivo está asociado típicamente a subrasantes con suelos blandos de considerable profundidad (Li y Selig 1998a).
3. MÉTODO DE LI Y SELIG
El método de Li y Selig (1998) para determinar el espesor de la capa granular se enfoca en evitar la falla de corte progresivo y el asentamiento plástico excesivo. Para prevenir la primera se debe mantener la deformación plástica (ε%) en la superficie de la subrasante por debajo de un nivel permisible para un periodo de diseño. Así mismo, para prevenir el segundo, se debe mantener el asentamiento plástico acumulado (ρ), experimentado en toda la subrasante por debajo de un nivel permisible para un periodo de diseño (Li y Selig 1998, Burrow et al. 2007). Las ecuaciones para determinar ε% y ρ se derivaron a partir de extensas pruebas experimentales de carga repetida en suelos de grano fino, relacionando estos parámetros con el esfuerzo desviador en la subrasante, la resistencia a la compresión del suelo, el número de cargas repetidas y el tipo de suelo (Li y Selig 1996) (ver ecuaciones 1 y 2).
Figura 1. Esquema de la sección transversal típica de una vía férrea, modificado de Sayeed y Shahin 2018.
Figura 2. Esquema de la falla de corte progresivo, modificado de Li et al. 2016.
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
Figura 3. Esquema del asentamiento plástico excesivo, modificado de Li et al. 2016.
Ecuación 1
Ecuación 2
Donde σd= esfuerzo desviador en la superficie de la subrasante, σ s= resistencia a la compresión de la subrasante, N= número de aplicaciones del esfuerzo repetido, a,m,b = parámetros que dependen del suelo que compone la subrasante y T= espesor de la subrasante.
Las ecuaciones 1 y 2 describen el comportamiento de la subrasante bajo la aplicación de cargas repetidas, permitiendo predecir los valores de ε% y ρ al considerar los principales factores que influyen en el rendimiento de una vía férrea. Estos factores incluyen: a) las condiciones de tránsito, las cuales consideran el número de cargas aplicadas empleando el peso estático de la rueda, la velocidad del tren y el tonelaje de tránsito (Li y Selig 1998b); b) el estado físico del suelo de la subrasante, representado por la resistencia a la compresión simple, la cual refleja indirectamente la humedad, densidad seca y estructura del suelo; y c) el tipo de suelo de la subrasante, reflejado en los parámetros del material (a,m,b)
Los valores permisibles de ε% y ρ son seleccionados como parte del criterio de diseño para un determinado número de repeticiones de carga, siendo, por lo general, de alrededor de 2% y 25 mm, respectivamente. Con el valor permisible de ε% y utilizando la ecuación 1, es posible determinar el valor de σd permisible correspondiente, dado que las demás variables están definidas por el tipo de suelo, su estratigrafía, las condiciones de tráfico y el periodo de diseño, que son parámetros de entrada derivados de la ubicación y necesidades de la vía férrea. El valor de σd permisible representa el esfuerzo máximo en la superficie de la subrasante antes de que ocurra una falla de corte progresivo.
De manera similar, con el valor permisible de ρ y utilizando la ecuación 2, se puede determinar la integral correspondiente al área bajo la curva de distribución de σd en función de la profundidad. Esta área representa el asentamiento máximo antes de que se considere que ha ocurrido un asentamiento plástico excesivo.
Figura 4. Cartas de diseño para prevenir la falla por corte progresivo (Li et al. 2016).
En consecuencia, para prevenir la falla de corte progresivo y el asentamiento plástico excesivo, es crucial mantener el valor de σd transmitido por el paso de los trenes, tanto en la superficie como a lo largo de la subrasante, por debajo de los niveles permitidos. Para controlar σd , existen dos opciones: mejorar las características de la subrasante para reducir σd o incrementar el espesor de la capa granular para mejorar la distribución de esfuerzos y reducir σd. Los autores optaron por incrementar el espesor de la capa granular, ya que es la solución más eficiente y económica.
Para prevenir la falla de corte progresivo, una vez que se determina el valor de σd permisible en la superficie de la subrasante utilizando la ecuación 1, es necesario calcular el espesor adecuado de la capa granular para asegurar que no se exceda dicho esfuerzo. Para ello, se utilizan cartas de diseño que relacionan indirectamente el espesor de la capa granular con σd en la superficie de la subrasante.
En la figura 4 se presenta un ejemplo de las cartas de diseño, en el eje de las abscisas se encuentra un factor de influencia de deformación adimensional (Iε ), ecuación 3, dependiente de σd. En las ordenadas se encuentra el espesor de la capa granular (H) normalizado por L (L = 0.152 m).
I ε σd A Pd
Ecuación 3
Donde A= factor para la adimensionalidad 0.645 m2 y Pd= carga de la rueda dinámica de diseño.
Para utilizar estas cartas de diseño, es necesario seleccionar la carta correspondiente a los valores de los módulos resilientes del balasto y subbalasto. Una vez seleccionada, se
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
ingresa a la gráfica en el eje de las abscisas con el valor de I ε calculado a partir del σd permisible y se intercepta la curva a, b, c o d, según el módulo de resiliencia de la subrasante. El valor de las ordenadas en el punto de intersección permite encontrar el espesor de la capa granular.
De manera similar, para determinar el espesor de la capa granular que previene el asentamiento plástico excesivo se utiliza un factor de influencia basado en el área bajo la curva de la distribución de σd y cartas de diseño análogas a la figura 4. Cabe mencionar que, debido a la extensión del artículo, este trabajo no aborda en detalle dicha parte del procedimiento, sino que se enfoca principalmente a las cartas de diseño para la falla de corte progresivo. Una vez determinado el espesor de la capa granular para prevenir ambos tipos de fallas, se selecciona el valor más alto. La metodología para la elaboración de las cartas de diseño será descrita más adelante.
3.1. Cartas de diseño
La última etapa del método de Li y Selig (1998) consiste en determinar el espesor de la capa granular a partir del esfuerzo desviador (σd) permisible utilizando cartas de diseño. Las cartas de diseño son fundamentales en el método, ya que permiten obtener el espesor de la capa granular adecuado para evitar la aparición de fallas. Estas cartas fueron desarrolladas por los autores para representar el estado de esfuerzos y el comportamiento de la vía bajo las cargas de trenes sobre distintos espesores de capa granular, basándose en las recomendaciones de Chang et al. (1980). Estas consideran que la representación de las cargas sobre un a vía férrea debe contemplar la naturaleza tridimensional del sistema suelo-vía, la dependencia del estado de esfuerzos de las propiedades del balasto y la subrasante, la separación entre durmientes, la interacción durmiente-balasto y un costo computacional razonable.
Para cumplir con estos requisitos, Li y Selig seleccionaron en 1998 el software GEOTRACK, desarrollado, en 1980, por la Universidad de Massachusetts y actualizado recientemente por el Transportation Technology Center (Gao et al 2022). Este software proporciona una solución analítica para determinar la respuesta elástica de una vía férrea utilizando un modelo tridimensional multicapa y permite simular diversas configuraciones de vías, a partir de diferentes tipos de durmientes, escantillones (separación entre rieles) y espesores de capas granulares.
Li (1994) recomienda utilizar GEOTRACK o softwares similares para cada caso de estudio. Sin embargo, en situaciones donde el ingeniero de diseño no tenga acceso a estas herramientas, Li y Selig (1998) proponen emplear las cartas de diseño descritas en su método. Estas cartas relacionan indirectamente el espesor de la capa granular con σd y fueron elaboradas según combinaciones de valores típicos de módulos resilientes de balasto y subrasante.
El modelo utilizado por Li y Selig (1998) para desarrollar las cartas consideró una única capa granular, compuesta
por balasto y subbalasto, sobre una subrasante homogénea de profundidad infinita. Se implementaron durmientes de concreto espaciados cada 30 cm y se tomó un coeficiente de Poisson de 0.35 para la subrasante, adoptando una postura conservadora. Los materiales se modelaron con comportamiento elástico y se contemplaron cargas puntuales posicionadas sobre los durmientes. Los parámetros de los materiales empleados en la elaboración de las cartas se presentarán más adelante en la calibración de los modelos utilizados en este análisis.
3.2. Comentarios del método
El método de Li y Selig (1998), se destaca de otros métodos existentes por su capacidad para simular con mayor precisión el comportamiento de la vía férrea bajo el paso de los trenes. Este método logra una representación más exacta al incorporar condiciones de tráfico reales, analizar de manera individual el balasto y la subrasante, y al considerar sus propiedades mecánicas, espesores y el tipo y estado del suelo de la subrasante.
Inicialmente, los autores compararon este método con pruebas de campo y obtuvieron resultados consistentes (Li y Selig 1998b). Desde entonces, se han realizado validaciones y comprobaciones con otros métodos, como el estudio de Burrow et al. (2007), en el que se concluye que el método de Li y Selig ofrece resultados dentro de un rango de diseño esperado y que es uno de los enfoques más cercanos a una metodología analítica. Posteriormente, Sayeed y Shahin (2018) introdujeron actualizaciones al método para incorporar factores adicionales, como la deformación del balasto en la determinación del asentamiento plástico excesivo y las variaciones en la carga dinámica de la rueda, considerando la separación entre ruedas y la deflexión de los durmientes según la velocidad del tren.
No obstante, se debe reconocer que el método de Li y Selig (1998) presenta varias limitaciones. Entre ellas, la falta de consideración del comportamiento cíclico de las cargas, la ausencia de múltiples capas en la subrasante y la capa granular, la exclusión de materiales de refuerzo en la capa granular, y la caracterización limitada a un comportamiento elástico lineal (Indraratna y Ngo 2018). Esta última es particularmente importante, ya que el comportamiento elástico lineal no refleja el comportamiento real de los materiales, especialmente en las capas con materiales granulares como el balasto. Aunque se sabe que el balasto está compuesto por partículas angulares y resistentes, la exposición continua a cargas cíclicas provoca la ruptura de bordes y esquinas, lo que genera asentamientos plásticos y modificaciones en la rigidez que distan significativamente de los alcances de un comportamiento elástico lineal.
La mayoría de las limitaciones previamente mencionadas se reflejan en las cartas de diseño del método de Li y Selig (1998), ya que dichas cartas se desarrollaron utilizando modelos con configuraciones geométricas simplificadas de la
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vía férrea y con softwares de análisis multicapa con capacidades limitadas. Adicionalmente, estas cartas están diseñadas para valores típicos de los módulos resilientes del balasto y la subrasante; por lo tanto, al aplicarlas en la práctica ingenieril con módulos resilientes distintos, los espesores de la capa granular obtenidos serán aproximados.
Para superar estas limitaciones, Li (1994) recomienda sustituir las cartas de diseño por un software de análisis multicapa adaptado al caso de estudio, como GEOTRACK. Sin embargo, este también presenta restricciones, la exclusión de materiales de refuerzo y la limitación a un comportamiento elástico lineal de los materiales, por ejemplo. Por ello, este artículo propone la implementación de un software de elementos finitos que cumpla con los requisitos necesarios para representar adecuadamente el estado de esfuerzos y el comportamiento de la vía férrea bajo las cargas de los trenes. Este software permitirá evaluar la caracterización de los materiales de la subestructura utilizando un modelo distinto al elástico lineal y posibilitará la discretización de la capa granular en balasto y subbalasto.
4. CARTAS DE DISEÑO DESARROLLADAS CON UN SOFTWARE DE ELEMENTO FINITO
El método de elementos finitos tridimensional se ha considerado para analizar el comportamiento de las vías férreas bajo el paso de los trenes y, así, optimizar su diseño, como es presentado en el trabajo de Svec y Raymond (1976). A pesar de las limitaciones iniciales relacionadas a las dimensiones de la malla y las exigencias computacionales asociadas, el avance tecnológico ha hecho que esta opción sea más viable en la actualidad.
El software de elementos finitos utilizado en este artículo para las modelaciones es Plaxis 3D. Este programa cumple con los requisitos fundamentales para representar el comportamiento de las vías férreas, pues incluye la naturaleza tridimensional del sistema vía-suelo, la dependencia del estado de esfuerzos en las propiedades de los materiales del balasto y la subrasante, la separación entre los durmientes y el balasto, y ofrece un alto rendimiento en la solución de problemas geotécnicos.
4.1. Calibración
Para validar los resultados obtenidos con Plaxis 3D, se realizó una calibración comparativa utilizando una carta de diseño para falla de corte progresivo del método de Li y
Selig (1998), elaborada con GEOTRACK. Esta carta corresponde a un módulo resiliente de la capa granular (Mrcg) de 275.8 MPa e incluye dos curvas para módulos resilientes de la subrasante (Mrsb) de 14 y 28 MPa. Para el modelado se empleó la misma configuración geométrica utilizada en las cartas de diseño y se ajustó el modelo de acuerdo con las hipótesis inherentes a GEOTRACK.
La figura 5 muestra la geometría del modelo, que incluye dos capas –la capa granular y la capa de la subrasante–, dos rieles separados por un escantillón de 150 cm, apoyados en 11 durmientes de concreto espaciados cada 60 cm. Se consideraron tres cargas puntuales representativas de la carga de la rueda de 230 kPa, espaciadas cada 180 cm. Para modelar la condición de semiespacio utilizada en GEOTRACK, en Plaxis 3D se estableció una profundidad y espesor del modelo donde la influencia de estas fronteras es mínima, generando un modelo de grandes dimensiones (ver figura 5).
El estado inicial de esfuerzos se determinó a partir del peso volumétrico de los materiales y el coeficiente de presión de tierras en reposo K_o =1, acorde con lo realizado en la elaboración de las cartas de diseño con GEOTRACK. Cada elemento y capa de la vía férrea se caracterizó con un modelo constitutivo elástico lineal, cuyas propiedades se detallan en la tabla 1. Estos parámetros son iguales a los empleados en el desarrollo de las cartas de diseño del método de Li y Selig (1998). La modelación se dividió en varias etapas. Primero, se estableció la condición inicial de la subrasante; luego, se añadió la capa granular, seguida de la inclusión de los durmientes y los rieles; y, finalmente, se aplicaron las
Figura 5. Modelo de la vía férrea en Plaxis 3D para las condiciones geométricas utilizadas en las cartas de diseño con GEOTRACK.
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
cargas. No se consideró la presencia de un nivel freático en el modelo. Se utilizó una malla fina para los rieles, durmientes y la capa granular, y una malla de densidad media para la subrasante.
1. Propiedades de los materiales que componen la vía
Subbalasto
Subrasante
*Se presentan dos valores correspondientes a las dos curvas de la gráfica.
γ = peso específico, E=módulo resiliente, ν = relación de Poisson.
Los resultados de la calibración se comparan en la figura 6, donde las líneas continuas representan los resultados del método de Li y Selig y las líneas discontinuas muestran los resultados de la modelación numérica. La gráfica en la figura 5 se modificó de la carta original (ver figura 4), eliminando el componente adimensional del eje de las ordenadas, con lo cual se obtienen un eje de las abscisas correspondiente al esfuerzo desviador normalizado por la carga de la rueda y, en las ordenadas, el espesor de la capa granular.
En la figura 6 se observa que los resultados obtenidos con Plaxis 3D concuerdan con los obtenidos mediante GEOTRACK. No obstante, se aprecia una ligera discrepancia en los valores para espesores de la capa granular menores a 20 cm. Este análisis sugiere que Plaxis 3D reproduce de manera satisfactoria los resultados de GEOTRACK, lo que lo posiciona como una alternativa viable para el análisis del comportamiento de vías férreas.
Es importante resaltar que la versatilidad de los softwares de elementos finitos, como Plaxis 3D, permite superar muchas de las simplificaciones y suposiciones de GEOTRACK. Entre las ventajas de Plaxis 3D se identifican: la capacidad para caracterizar geométricamente las capas de la subestructura de la vía, que suelen tener forma trapezoidal, así como la posibilidad de inclinación entre estas capas; la mayor flexibilidad en la colocación y el número de cargas; la capacidad para representar los componentes de la superestructura de la vía como elementos volumétricos; la consideración del nivel freático y la variación estratigráfica de la subrasante; la incorporación de materiales que refuerzan
Figura 6. Curvas del esfuerzo desviador vs espesor de la capa granular para la falla de corte progresivo del método de Li y Selig (1998) y Plaxis 3D. Mrcg= 275.8 MPa.
el comportamiento de la vía y, sobre todo lo anterior, la capacidad para caracterizar el comportamiento de materiales con relaciones constitutivas distintas al elástico lineal, siendo este último un factor crucial en la solución de problemas geotécnicos.
Para los análisis anteriores, a pesar de realizar un refinamiento de la malla, no se observaron diferencias significativas en los resultados, únicamente un aumento en el tiempo de cálculo.
4.2. Modelado considerando la discretización de la capa granular
El método de Li y Selig (1998) simplifica el proceso de diseño al considerar el balasto y el subbalasto como una única capa –denominada capa granular– con el objetivo de reducir variables y facilitar el uso de las cartas de diseño. Esta simplificación está respaldada por los estudios de Li (1994), que indican una baja variación en la distribución de los esfuerzos desviadores al tratar el balasto y el subbalasto como una sola capa.
Sin embargo, para complementar ese método, este estudio presenta un análisis comparativo que evalúa el impacto de la discretización de la capa granular en balasto y subbalasto. En este análisis se comparan las curvas que relacionan el esfuerzo desviador en la superficie de la subrasante con el espesor de la capa granular (cartas de diseño) para diferentes configuraciones con espesores de subbalasto variables. La figura 7 muestra los resultados de la modelación numérica: la línea naranja representa una capa granular compuesta
Tabla
férrea.
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
únicamente por balasto, la línea azul corresponde a un subbalasto constante de 15 cm, y la línea morada a un subbalasto constante de 30 cm. En estos análisis, se utilizó un espesor inicial del balasto igual al del subbalasto, el cual se incrementó a medida que se aumentó el espesor de la capa granular. Los parámetros utilizados se detallan en la tabla 1, donde los valores del balasto corresponden a los de la capa granular. La curva en la figura 7 refleja un módulo resiliente de la subrasante de 14 MPa.
Figura 7. Curvas del esfuerzo desviador vs el espesor de la capa granular con distintos espesores de subbalasto. T s= espesor del subbalasto.
Figura 8. Curvas del esfuerzo desviador vs el espesor de la capa granular compuesta por 100% balasto y 50% balasto, 50% subbalasto.
En la figura 7 se evidencia que, para un mismo nivel de esfuerzo desviador, se requiere un mayor espesor de la capa granular en las configuraciones con discretización. Este fenómeno es más notable cuando se tiene una proporción equitativa de balasto y subbalasto. A medida que aumenta el porcentaje de balasto en la capa granular, el comportamiento de las curvas se asemeja más a la curva con un 100% de balasto. Es destacable que cuando la proporción de balasto y subbalasto es de 2 a 1, las curvas son casi idénticas a la de 100% balasto. En respuesta a lo anterior, se llevaron a cabo análisis adicionales y se graficó una curva que considera una distribución equitativa de balasto y subbalasto en la capa granular, comparándola con la de 100% balasto (ver figura 8).
En la figura 8 se observa que la curva de distribución equitativa de balasto y subbalasto es paralela a la curva con 100% balasto. De los resultados obtenidos en las figuras 7 y 8 se entiende que la discretización de la capa granular influye en la determinación del espesor mínimo necesario. No considerar esta discretización puede llevar a una subestimación de los espesores mínimos requeridos. Sin embargo, esta observación es relevante solo cuando la proporción de subbalasto es equitativa en la capa granular y pierde importancia si la capa granular está compuesta en dos tercios por balasto.
4.3. Modelaciones con materiales elastoplásticos
En el desarrollo de las cartas del modelo de Li y Selig (1998), se propuso un comportamiento elástico lineal para la caracterización de las capas de la subestructura de la vía férrea. En este trabajo, se investiga cómo se modifican las curvas de dichas cartas de diseño –previamente calibradas– al incorporar un comportamiento elastoplástico en los materiales, lo que se ajusta mejor a la realidad.
Para evaluar la influencia de la caracterización elastoplástica de los materiales de la subestructura, se mantiene la configuración utilizada en la calibración y solo se modifica el modelo constitutivo de los materiales. En este análisis, el
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
subbalasto y la subrasante se caracterizan con un modelo constitutivo Mohr-Coulomb. Para considerar el balasto es crucial tener en cuenta que, bajo cargas cíclicas, sus partículas se degradan y se acumulan deformaciones plásticas. Aunque el modelo constitutivo ideal debería capturar este comportamiento, pocos esfuerzos se han enfocado en desarrollar dichas relaciones. Entre los que sí se han hecho se destaca el modelo propuesto por Indraratna y Ngo (2018), que contempla la rotura de partículas y la afectación del balasto por migración de finos. Sin embargo, este requiere un gran número de parámetros de entrada, cuya obtención no es sencilla. Es así que, en este análisis, se ha optado por caracterizar el balasto utilizando el modelo constitutivo Hardening Soil.
La elección del modelo Hardening Soil se justifica en trabajos previos realizados por Salim e Indraratna (2004) e Indraratna et al. (2011), en los que se describe la relación entre la rotura de partículas y la dilatancia en el ángulo de fricción del balasto mediante modificaciones en la regla de flujo del modelo constitutivo. Esta nueva regla de flujo considera el consumo de energía resultante de la rotura de partículas del balasto. Es importante destacar que las modelaciones realizadas por Indraratna y Salim (2003) reproducen de manera satisfactoria las pruebas triaxiales realizadas en balasto.
Los parámetros adicionales a la tabla 1 para la caracterización elastoplástica se presentan en la tabla 3. Para el caso del balasto, los módulos se seleccionaron buscando tener un punto de comparación con las modelaciones realizadas con materiales elásticos.
Los resultados de las modelaciones se presentan en la figura 9, en donde las líneas discontinuas muestran los resultados del modelo elastoplástico y las líneas continuas los del modelo elástico lineal.
3. Propiedades de los materiales que componen la vía férrea (comportamiento elastoplástico). E50ref (MPa) Eoderef (MPa) E ur
Figura 9. Curvas del esfuerzo desviador vs el espesor de la capa granular para la falla de corte progresivo con materiales elásticos y elastoplásticos.
En la figura 9, se observa que las curvas de los resultados para modelos con materiales elastoplásticos presentan una mayor pendiente en profundidades menores a 40 cm, manteniendo pendientes similares a profundidades mayores en comparación con los resultados con materiales elásticos.
Además, los modelos elastoplásticos muestran espesores de capa granular menores para esfuerzos desviadores altos en la superficie de la subrasante y espesores mayores para esfuerzos desviadores bajos, en comparación con los obtenidos con el modelo elástico lineal. Estos resultados sugieren que las cartas de diseño basadas en materiales elásticos pueden sobreestimar el espesor de la capa granular para esfuerzos desviadores altos y subestimarlo para esfuerzos bajos, como se evidenció en los análisis elastoplásticos con las propiedades indicadas en la tabla 3.
5. CONCLUSIONES
El método de diseño del espesor de la capa granular propuesto por Li y Selig (1998) se basa en el análisis del rendimiento de la subrasante bajo cargas repetidas y en el estudio del estado de esfuerzos de una vía férrea sometida a cargas mediante un análisis multicapa. Este método es considerado uno de los más completos, ya que contempla las propiedades mecánicas y de resistencia de la capa granular y la subrasante, el tipo de suelo de la subrasante y la caracterización del tránsito en la determinación del espesor de la capa granular. Por lo cual, es crucial evaluar su validez mediante condiciones de diseño contemporáneas y realizar actualizaciones con herramientas de cálculo más avanzadas.
Tabla
Diseño del espesor del balasto y subbalasto de vías férreas, implementando modelización numérica y discretización de la capa granular
Las cartas de diseño del método de Li y Selig (1998) presentan algunas limitaciones en su aplicabilidad práctica. Estas limitaciones se deben a que las cartas fueron desarrolladas para valores típicos del módulo resiliente del balasto y la subrasante, así como para configuraciones geométricas simplificadas. Cuando estas condiciones o parámetros difieran del caso de estudio, los valores de espesores pueden ser aproximados. Por lo tanto, para obtener resultados más precisos, resulta conveniente utilizar softwares de análisis multicapa.
Los resultados obtenidos al reproducir las cartas de diseño indican que la implementación de Plaxis 3D como alternativa a GEOTRACK para el análisis tridimensional multicapa del comportamiento de los esfuerzos en una vía férrea bajo cargas es adecuada.
Los análisis que distinguen entre balasto y subbalasto dentro de la capa granular demuestran que considerarlos por separado afecta la determinación del espesor de la capa granular. Se obtiene un espesor mayor en los análisis que discretizan la capa granular en comparación con aquellos que la consideran como una sola unidad para un mismo esfuerzo efectivo. Esta influencia es particularmente notable cuando la proporción entre balasto y subbalasto es equilibrada, y disminuye a medida que la proporción de balasto aumenta.
Al comparar los resultados de las modelaciones con materiales elásticos y elastoplásticos para un caso de estudio típico de los materiales ferroviarios, se observa que las curvas que relacionan el espesor de la capa granular con el esfuerzo desviador en la superficie de la subrasante presentan diferencias en comportamiento y magnitud.
Para obtener resultados más precisos que reflejen el comportamiento real de la vía férrea bajo las cargas del tren, se recomienda utilizar un software capaz de modelar el comportamiento elastoplástico de las capas con una relación constitutiva adecuada para cargas monotónicas y cíclicas, en lugar de depender únicamente de las cartas de diseño. Con esta finalidad, Plaxis 3D se considera una alternativa adecuada.
Aunque este artículo no profundiza en este aspecto, es importante señalar que el uso de un software de elementos finitos –como Plaxis 3D– permite modificar diversas variables del proyecto que pueden diferir de las propuestas en las cartas de diseño. Sin embargo, por la extensión y los alcances establecidos para este artículo, el análisis se centró únicamente en la discretización de la capa granular y la caracterización de las capas con un comportamiento elastoplástico.
Referencias
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Chang, C. S., Adegoke, C. W., y Selig, E. T. (1980). “GEOTRACK model for railroad track performance.” Journal of the geotechnical engineering division, 106, 1013–1035.
Gao, Y., Schreiber, P., Wilk, S., Hanson, A., Li, T., y Li, D. (2022). Update and Case Studies of GeotrackTM: A Software for Railway Track and Subgrade Analysis. Lecture Notes in Civil Engineering, Springer International Publishing.
Indraratna, B., y Ngo, T. (2018). Ballast Railroad Design: SMARTUOW Approach. CRC Press.
Indraratna, B., Salim, W., y Rujikiatkamjorn, C. (2011). Advanced rail geotechnology - Ballasted track.
Li, D. (1994). “Railway track granular layer thickness desing based on subgrade performance under repeated loading.” Department of civil and enviromental engineering, University of Massachusetts.
Li, D., Hyslip, J., Sussmann, T., y Chrismer, S. (2016). Railway Geotechnics. CRC Press.
Li, D., y Selig, E. T. (1996). “Cumulative Plastic Deformation for Fine-Grained Subgrade Soils.” Journal of Geotechnical Engineering, 122(12), 1006–1013.
Li, D., y Selig, E. T. (1998a). “Method for Railroad Track Foundation Design I: Development.” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124, 316–322.
Li, D., y Selig, E. T. (1998b). “Method for Railroad Track Foundation Design II: Applications.” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124, 323–330.
Salim, W., y Indraratna, B. (2004). “A new elastoplastic constitutive model for coarse granular aggregates incorporating particle breakage.” Canadian Geotechnical Journal, 41(4), 657–671.
Sayeed, M. A., y Shahin, M. A. (2018). “Design of ballasted railway track foundations using numerical modelling. Part I: Development1.” Canadian Geotechnical Journal, 55 (3), 353–368.
Svec, O. J., y Raymond, G. P. (1976). “Non linear analysis of rail track and support.” Proceedings of the second international conference on numerical methods in geomechanics.
TESIS
Implementación del modelo constitutivo CASM para el análisis del fenómeno de licuación estática en las plataformas de código abierto MFront y OpenGeoSys
Tipo Maestría
Autor
M.I. Eloy Martín Adrián Castillo Bezada
Director
Doctor Miguel Ángel Mánica Malcom
Fecha de sustentación: 28 de mayo de 2024
Programa:
Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México.
Resumen
En el último siglo, los depósitos de residuos mineros han generado gran preocupación en la industria. Fallas catastróficas como las ocurridas en Mount Polley (2014), Fundão (2015), Cadia (2018) y Brumadinho (2019) han evidenciado la vulnerabilidad de estas estructuras, especialmente cuando se trata de materiales susceptibles al fenómeno de licuación de flujo.
LIBROS TÉCNICOS
Advanced Rail Geotechnology – Ballasted Track
Buddhima Indraratna
Cholachat Rujikiatkamjorn
Wadud Salim
CRC Press, 2024
En este libro los autores presentan información detallada sobre los aspectos de resistencia, deformación y degradación del balasto fresco y reciclado expuesto a cargas monótonas, cíclicas y de impacto, utilizando dispositivos de pruebas geotécnicas innovadores.
Los autores proponen un modelo constitutivo para el balasto que incorpora la rotura de partículas, lo que representa una respuesta de tensión-deformación más realista. Las formulaciones matemáticas y los modelos numéricos que presenta se validan mediante simulaciones experimentales controladas y ensayos de campo totalmente instrumentados.
Este fenómeno se asocia a la pérdida súbita de resistencia en condiciones no drenadas o de drenaje parcial. Los métodos tradicionales de análisis –de equilibrio límite, por ejemplo–no consideran explícitamente este comportamiento, lo cual genera estructuras frágiles sobre las que la falla puede propagarse rápidamente. Los análisis tenso-deformacionales, por otro lado, incluyen modelos constitutivos capaces de reproducir el comportamiento típico de los residuos mineros y, por ello, representan una alternativa atractiva para evaluar las condiciones de estabilidad de los depósito. Relacionado a esto, el objetivo principal del presente trabajo es proponer la implementación del modelo constitutivo Clay and Sand Model (CASM) como opción para representar el fenómeno de licuación de flujo. En el caso de estudio particular, el uso del generador de código abierto MFront facilitó la implementación. El trabajo explica, además, la migración del modelo al programa de elementos finitos OpenGeoSys –también de código abierto–.
Se espera que la exposición del desarrollo de estas herramientas permita a estudiantes y profesionales realizar análisis tenso-deformacionales de depósitos de residuos mineros –el fenómeno de licuación de flujo, entre ellos– sin necesidad de recurrir a costosos programas de cálculo comerciales.
En el libro se describe una gradación revisada del balasto, la cual puede proporcionar una mayor resiliencia de la vía y una mayor longevidad. Igualmente, se proporciona una descripción detallada de geosintéticos para la mejora de la subestructura, teniendo en cuenta el deterioro de la vía causado por la degradación de partículas, la suciedad y el drenaje impedido. A lo largo del texto, se incluyen amplias discusiones sobre la estabilización del suelo de la subrasante, las causas y los mecanismos de fluidización del suelo bajo carga cíclica y las medidas preventivas y correctivas para aliviar la inestabilidad indebida de las vías de balasto.
Reseña realizada por el ingeniero Carlos Roberto Torres
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Cimentaciones Profundas
+(52)(55) 9150-1208 , 9150-1209, 9150-1210
www.pilotec.com.mx
pilotec@prodigy.net.mx
Pilas
Muros milán Tablestacas Pruebas de carga estática Pruebas de carga bidireccional Pilotes Anclas Pantallas flexoimpermeables Sistemas de anclaje Pruebas de integridad Consultoría y diseño geotécnico
Sebastián Lobo-Guerrero Gerente de Proyectos Geotécnicos en American Geotechnical and Environmental Services
Aspectos relevantes en el empleo de micropilotes y otros sistemas de cimentación en zonas kársticas
Los micropilotes son una tecnología relativamente nueva en el mercado geotécnico, que ofrece una solución costo-efectiva para cimentaciones en zonas kársticas. En este artículo se describen sus principios de diseño, construcción y ensayos en campo. La información presentada proviene de experiencias personales y proyectos desarrollados por el autor a lo largo de más de 20 años de trabajo con esta tecnología.
Existen zonas kársticas en diversas partes de Estados Unidos, de México y, en general, en lugares con estratos rocosos conformados por calizas, dolomitas y otro tipo de rocas sedimentarias propensas a la disolución química. Con el tiempo, la disolución de estas rocas genera la formación de cavernas y grietas que pueden permanecer vacías o ser llenadas naturalmente con suelos. Los cambios en los gradientes y flujos hidráulicos pueden llevar al deterioro continuo de estos estratos y al eventual colapso de las cavidades; esto suele observarse en la superficie, como efecto de la subsidencia. Los sistemas tradicionales para cimentaciones en este tipo de geología pueden agruparse en tres grandes tipos: 1) mejoramiento del terreno con inyecciones de lechada y uso de cimentaciones superficiales, 2) diseño de pilotes hincados con un factor alto de redundancia y 3) pilas llevadas a estratos inferiores donde los efectos del karst no estén presentes.
El mejoramiento del terreno con inyecciones de lechada y el uso posterior de cimentaciones superficiales implican un alto nivel de incertidumbre, ya que es difícil cuantificar de antemano los volúmenes de material que serán utilizados.
Aunque es una solución aceptable, naturalmente ha sido asociada a un gran costo económico. El uso de pilotes hincados también se ha utilizado en el pasado adoptando ciertas medidas conservadoras, como asumir que, de cada cuatro pilotes,uno va a fallar por karst y que las cargas tienen que ser redistribuidas. En estos casos, los dados de cimentación también tienen que ser diseñados considerando la pérdida de soporte en, al menos, un tercio del área de contacto. Esto, nuevamente, resulta en costos de construcción altos. Por último, el uso de pilas preexcavadas que estén soportadas en estratos inferiores a las zonas del karst es bastante efectivo, pero requiere una exhaustiva investigación del terreno, casi al punto de necesitar una perforación de investigación por cada pila. Además, la construcción de estos caissons, pilas o pilotes preexcavados tiende a ser más cara que la de los otros sistemas tradicionales.
Durante los últimos años, los micropilotes han sido implementados como soluciones costo-efectivas de sistemas de cimentación en zonas kársticas. La ventaja que representan es que son elementos preexcavados de bajo costo que permiten pasar las zonas de karst y confirmar la calidad del
estrato de cimentación. Estos elementos son sometidos a pruebas de carga durante la instalación que confirman las resistencias mínimas de diseño.
A continuación se resumen los aspectos fundamentales de esta tecnología aplicada en zonas kársticas.
MICROPILOTES COMO SISTEMA DE CIMENTACIÓN
Los micropilotes se definen como elementos preexcavados de un diámetro relativamente pequeño, por lo general, entre 5 y 12 pulgadas (13 y 30 cm). Están compuestos por una lechada de cemento (o una lechada de cemento y arena) y un refuerzo de acero. La lechada de cemento se diseña con una resistencia típica para cualquier elemento geotécnico, por lo regular de 4,000 psi (28 MPa). La resistencia de los elementos de acero en el micropilote puede variar, pero, normalmente, es de 75 ksi (517 MPa).
Los micropilotes constan de dos componentes fundamentales definidos como la zona de bond o zona de contacto y la zona de unbond, que es la zona aislada. En la zona de bond se da un contacto directo de la lechada de cemento con el estrato de cimentación, mientras que, en la zona de unbond, la lechada de cemento queda aislada del estrato competente mediante el uso de una camisa de acero. Dependiendo de la práctica geotécnica de cada región, esta camisa puede ser permanente o temporal.
DISEÑO GEOTÉCNICO Y ESTRUCTURAL
Figura 1. Elementos de los micropilotes. Fuente: Pennsylvania DOT 2019.
Existen numerosas publicaciones que abordan el diseño de estos elementos; las más relevantes son las guías LRFD Bridge Design Manual, el capítulo 10 de la American Association of State Highway and Transportation Officials y las guías de la Federal Highway Administration de Estados Unidos. Muchos de estos procesos de diseño han sido adoptados por países latinoamericanos y están disponibles en internet. Así el Manual de Diseño de Puentes Colombiano CCC-14, también en el capítulo 10.
El diseño de micropilotes se divide principalmente en un diseño estructural y uno geotécnico. El primero cubre el diseño de la capacidad de resistencia de una columna de concreto y acero, con el análisis de sección en la zona de bond y de unbond. Este incluye las consideraciones tradicionales de la resistencia última del acero y del concreto. En zonas kársticas con cavernas y áreas donde no existe soporte lateral de la camisa de acero deben hacerse revisiones adicionales para buckling o efecto Euler, de pandeo y excentricidad.
El diseño geotécnico, a su vez, se divide en el cálculo de la resistencia última del elemento por fuste (conocido también como fricción) y por punta. En la mayoría de los manuales de diseño se recomienda omitir la capacidad por punta y solo considerar la capacidad por fuste; esto debido a la diferencia de deformación y movilización necesaria para alcanzar la resistencia máxima (peak strength) por punta y por fuste. Se considera que cuando por fin se llega a la deformación suficiente para la capacidad por punta, la resistencia por fuste ya pasó de condición pico a condición residual. Sin embargo, la práctica profesional en muchas partes del mundo todavía considera ambas.
El diseño de capacidad por fuste se estima como el esfuerzo máximo cortante (bond stress) multiplicado por el área de contacto del bond. Estos valores de esfuerzo máximo cortante tienen su origen en tablas de ensayos publicadas por los códigos de diseño mencionados anteriormente, y dependen del método de instalación, empezando por la inyección por gravedad con el método Tremie hasta la inyección de lechada a alta presión. Sin embargo, es importante tener claro que el diseño de la capacidad geotécnica última es solo un estimado inicial de la resistencia del micropilote y siempre se van a requerir ensayos de campo para comprobar estos valores durante la construcción.
Los micropilotes se construyen generalmente con una pendiente de inclinación de 4V:1H o 3V:1H para poder
desarrollar la capacidad lateral como una proyección de la resistencia axial del elemento. De esta manera, los micropilotes ofrecen resistencia vertical y lateral y pueden trabajar en tensión o compresión. La figura 1 muestra el resultado final de un micropilote y la configuración de sus elementos. Debido a la salinidad y otros agentes químicos, comúnmente se sugiere el uso de pintura epóxica para recubrir el refuerzo de las barras de acero. Para la camisa de acero no se recomienda la pintura epóxica, ya que se perdería por la fricción generada durante la instalación. Y, en este sentido,se sabe que existe una pérdida de espesor de la camisa de acero debido a la corrosión futura, de alrededor de 1/16 de pulgada o 0.16 cm.
Finalmente, las capacidades recomendadas de diseño dependerán de si se siguen normas de esfuerzos admisibles y factores de seguridado si se sigue una norma de factores de carga y factores de desempeño. En cualquiera de estos casos, siempre se deberá reducir la capacidad geotécnica última. Por ejemplo, si se está haciendo un diseño por esfuerzos admisibles, se recomienda un factor de seguridad de 3.0, que es equivalente, en un diseño LRFD, a un factor de resistencia de 0.5 y a un factor de carga de 1.5 (1.5/0.5 = 3.0). La capacidad de cargas admisibles que se maneja actualmente en el diseño de estos elementos puede variarde 50 a 200 toneladas, dependiendo del tamaño y del refuerzo de los elementos.
PROCESO CONSTRUCTIVO
El proceso constructivo de los micropilotes consta de la perforación de los elementos, la instalación del refuerzo y el relleno con lechada. La perforación se hace con equipos de perforación estándar utilizados en diversas aplicaciones geotécnicas como anclajes y pernos. Estos equipos permiten el avance de las camisas de acero a medida que se progresa en la perforación. Las camisas de acero habitualmente se conforman en segmentos de alrededor de 3 metros de longitud (figura 2).
Para determinar el estrato competente en zonas kársticas,suele medirse el torque y la velocidad de avance durante la instalación –esto depende mucho de la experiencia del operador–. Se requiere que el estrato penetrado y la longitud del bond no sumen un total de más de 15 cm de zonas blandas/ vacíos/suelos. Una vez establecido el estrato competente, se recomienda instalar la lechada con el método Tremie y asegurarse de que no se filtre por ninguna cavidad. Si la lechada no está manteniendo el nivel, es necesario cambiar la mezcla para incrementar la viscosidad, tratando de incluir un agregado grueso, bentonita o algún aditivo que detenga la pérdida de lechada. Si ninguna de estas soluciones es posible, lo mejor es detener la operación, dejar que la lechada cure y, una vez endurecida, volver a perforar y tratar de empezar de nuevo el proceso de instalación. Se considera que el volumen de lechada aceptable por micropilote es máximo dos veces el volumen teórico del elemento. Si se excede esta
cantidad, las especificaciones indican que se tiene un problema que deberá ser atendido. Una vez que se comprueba que no hay pérdida de lechada, se procede a instalar las barras de acero. Los micropilotes de compresión solo tienen barras que cubren la zona del
Figura 2. Maquinaria de perforación de micropilotes.
Figura 3. Prueba de carga en micropilotes en zonas kársticas.
bulbo y un traslape con la camisa de acero, mientras que los micropilotes a tensión tienen barras continuas de acero a lo largo de toda la pieza.
ENSAYOS DE VERIFICACIÓN Y DESEMPEÑO
Es importante entender que el diseño geotécnico de micropilotes implica un componente empírico alto y, por lo tanto, es necesario realizar dos tipos de ensayos durante la construcción: uno de verificación y otro de desempeño. Los ensayos de verificación se hacen en uno o dos elementos de sacrificio por subestructura y se llevan a una carga máxima de 2.0 veces la carga no factorizada, también conocida como carga de servicio. Los ensayos de desempeño se hacen en 5% de los micropilotes de producción y se llevan a una carga máxima de 1.5 veces la carga de servicio. Estas pruebas de carga estática se hacen con una viga de reacción y un gato hidráulico, de manera similar a como se ensayan otros tipos de pilotes. Se pueden hacer como cargas de tensión o como cargas de compresión. Debido a que los ensayos de compresión requieren instalar cuatro anclajes de reacción para contrarrestar el levantamiento de la viga, es más costo-efectivo hacer ensayos de micropilotes solo a tensión para reducir los costos y poder probar más elementos. Los criterios de aceptación de las pruebas de carga son similares a los criterios utilizados en pruebas de anclajes, y se basan en tres criterios principales: 1) deformación plástica limitada a menos de 0.5 pulgadas (aproximadamente 1 cm) durante la carga máxima, 2) reacción limitada durante el ensayo de 1 hora y 3) no tener evidencia de plastificación de la curva esfuerzo-deformación durante los dos últimos incrementos de carga. En la figura 3 se muestra la configuración de las pruebas de carga en una zona kárstica y,en la figura 4 la configuración de una prueba de carga a tensión.
CONEXIONES
DE LOS MICROPILOTES CON LOS
DADOS DE CIMENTACIÓN
Un aspecto final muy importante en la construcción de los micropilotes es la conexión que se debe dar en la instalación de platinas o barras de acero transversal, la cual debe permitir la unión de la cabeza de los micropilotes con el dado de cimentación. Esto con el fin de crear un cono de cortante dentro del cabezal que resista la fuerza del micropilote; de lo contrario, el micropilote nunca se engancharía como elemento de resistencia. La figura 5 muestra el micropilote antes de ser conectado al dado.
CONCLUSIÓN
En los últimos años los micropilotes se han convertido en soluciones de cimentación costo-efectivas en zonas kársticas. Tienen ventajas muy claras en comparación con otros sistemas de cimentación, como la capacidad de penetrar los estratos de karst y encontrar estratos de cimentación inferiores en elevación, donde se evita la variabilidad y la presencia de cavidades. Además, son elementos que se so-
4. Prueba de carga en micropilotes a tensión.
Figura 5. Últimos detalles de conexión del micropilote con el cabezal (dado de cimentación).
meten a pruebas de carga estática durante su construcción y permiten la comprobación de los valores de diseño, con lo que se reduce la incertidumbre. Los procedimientos de diseño y control de calidad han sido refinados con el tiempo y están disponibles en normativas desarrolladas en diversas partes del mundo.
Este trabajo resume la presentación del autor y una posterior mesa redonda de discusión con los ingenieros Alfredo Novelo Mena, Juan Marín, Jorge Adán González y Daniel Arriaga Rentería durante el foro “Intercambio de experiencias de soluciones geotécnicas en zonas kársticas en el sureste mexicano y Estados Unidos”, organizado por la Delegación Regional Sureste de la SMIG, el 17 de enero pasado.
Figura
CULTURA
Ciclo Beethoven en la Ciudad de México
Octavio Alberto y Agustín Aquino
LIBROS
Los rostros de Erich Fromm
Una biografía
De Lawrence J. Friedman, Ed. FCE., 2016
Como su nombre lo indica, se trata de una biografía muy cuidadosa de Erich Fromm, que da cuenta de su vida. Además, la obra relata en forma detallada su formación, tanto en lo académico como en la práctica del psicoanálisis. Resulta muy relevante el atento análisis de su pensamiento, de sus obras y el relato de sus diferencias con los psicoanalistas más importantes de su época, e igualmente de sus aportaciones.
Recital de guitarra y piano
Instituto Italiano de Cultura
Jueves 17 de octubre de 2024, a las 18:00 hr
Entrada libre
PROGRAMA
Grande Sonate Brillante Op. 102, Diabelli
Sonata “Arpeggione”, Schubert
Octavio Alberto Agustín Aquino (Guitarra)
Emilio Lluis Puebla (Piano)
Reseña realizada por la maestra Margarita Puebla
Fromm fue mucho más que un psicoanalista: fue un pensador que se atrevió a criticar a Freud, al capitalismo corporativo y al socialismo burocrático. También fue un luchador en pro de los derechos humanos. Debido a circunstancias de su vida personal, vivió y trabajó un buen tiempo en México, donde formó toda una escuela de psicoanalistas. El libro es un recorrido histórico muy interesante e ilustrativo de la vida de alguien que dejó una herencia importante para la humanidad y para México, en particular.
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2024
8 al 12 de octubre
4th European Regional Conference of IAEG, Engineering Geology and Geotechnics: Building for the Future Dubrovnik, Croacia https://www.euroengeo2024.com
21 al 22 de octubre
Design with 2nd Generation eurocode 7 - Guidlines and geotechnical design examples París, Francia https://v4.event-vert.org/en/sc7
3 al 5 de noviembre
1st International Conference on Civil and Environmental Engineering for Resilient, Smart and Sustainable Solutions Al Khobar, Arabia Saudita https://cees2024.org
5 al 9 de noviembre
XVIII Congreso Colombiano de Geotecnia Cali, Colombia https://scg18ccg2024.wixsite.com/eventosscg
7 de noviembre
Primer Encuentro de Delegaciones y Representaciones Regionales SMIG Modalidad virtual. www.smig.org.mx
12 al 17 de noviembre XVII Panamerican Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering La Serena, Chile https://panamgeochile2024.cl
20 al 22 de noviembre
5th International Conference on Transportation Geotechnics Sydney, Australia http://www.ictg2024.com.au
NOTICIAS
XXXII Reunión Nacional de Ingeniería Geotécnica
Ricardo Enrique Ortiz Hermosillo, Miguel Ángel Mánica Málcom
Comité Organizador XXXII RNIG
La XXXII Reunión Nacional de Ingeniería Geotécnica (XXXII RNIG) regresó a la Ciudad de México. El evento se realizó del 5 al 7 de septiembre en el hotel Bel Air Unique, con más de 700 personas de asistencia, provenientes de México y de países como Australia, Chile, Colombia, España, Estados Unidos, Francia, Japón, Nicaragua, Panamá y Venezuela.
Se presentaron 123 artículos técnicos de investigadores, profesionales, académicos y estudiantes en el ámbito de la ingeniería geotécnica, los cuales fueron sometidos a una exhaustiva revisión por pares por parte de los Comités Técnicos de la SMIG. Estos artículos están publicados en las Memorias de la Reunión Nacional (fig. 1), y algunos trabajos seleccionados fueron presentados de forma sobresaliente durante las 17 sesiones técnicas simultáneas que se realizaron los días 5 y 6 de septiembre. Las memorias del evento se encuentran disponibles en formato digital a través del siguiente enlace: https://www.smig.org.mx/biblioteca-digital/
En el marco de la XXXII RNIG, el martes 3 de septiembre se realizó una visita técnica al túnel del tramo de la estación V Campa Mixcoac, parte de la ampliación de la Línea 12. La actividad contó con la participación de 40 asistentes (fig. 2) y fue coordinada y guiada por el ingeniero Luis Bernardo Rodríguez, a quien la SMIG agradece y reconoce su invaluable contribución.
2.
Figura 3. Inauguración de la XXXII RNIG (de izquierda a derecha: Walter Paniagua, Ricardo Ortiz, Paulo Oróstegui, Yoleida del Valle Suárez).
Asimismo, el miércoles 4 de septiembre se llevaron a cabo los tradicionales cursos precongreso. Los cursos ofrecidos abarcaron: (1) “Caracterización geotécnica de depósitos de jales: pruebas de campo, laboratorio y análisis geotécnicos”, (2) “Métodos de exploración geotécnica”, (3) “Instrumentación geotécnica”, (4) “Recorrido histórico por el centro de la Ciudad de México” y (5) “Aplicaciones geotécnicas de mejoramiento y refuerzo de suelos usando geosintéticos”. Estos cursos fueron muy bien recibidos, con asistencia que superó a las 200 personas. La SMIG agradece a todos los ponentes y coordinadores quienes contribuyeron al éxito de estos enriquecedores cursos, así como a todos los asistentes por su participación.
Para dar inicio a la XXXII RNIG, el 5 de septiembre se llevó a cabo la inauguración a cargo del doctor Ricardo Enrique Ortiz Hermosillo, Presidente de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica y del Comité Organizador. Estuvo acompa-
Figura 1. Memorias de la XXXII RNIG. Editadas por la doctora Norma Patricia López Acosta y Alejandra Liliana Espinosa Santiago (ISBN: 978-60759398-7-2).
Figura 4. Inauguración por la doctora Natalia del Pilar Parra Piedrahita.
ñado por el doctor Paulo Oróstegui, presidente de la Sociedad Chilena de Ingeniería Geotécnica; la doctora Natalia del Pilar Parra, vicepresidenta de la SMIG; la maestra Yoleida del Valle Suárez, vocal y encargada de los eventos estudiantiles de la RNIG; y el doctor Walter I. Paniagua Zavala, Vicepresidente por Norteamérica de la ISSMGE, quien tuvo el honor de inaugurar oficialmente el evento (figs. 3 y 4).
Figura
Asistentes a la visita técnica del túnel.
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NOTICIAS
Posteriormente, se realizó la vigesimoséptima Conferencia Nabor Carrillo Flores, la cual rinde homenaje a una de las figuras más destacadas de la ingeniería y la ciencia en nuestro país. En esta ocasión, la conferencia fue impartida por el profesor Antonio Gens Solé (fig. 5), titulada “Comportamiento frágil y rotura progresiva”. El profesor Gens es autoridad mundial en geotecnia, cuya excepcional trayectoria merece nuestro más profundo reconocimiento. La presentación del profesor Gens fue realizada por el doctor Miguel Ángel Mánica.
Para iniciar cada una de las sesiones técnicas de la reunión nacional, destacados geotecnistas, tanto del país como del extranjero, impartieron conferencias magistrales de alto nivel e interés para nuestra disciplina. Asimismo, más de 20 universidades, tanto nacionales como internacionales, participaron en los tres concursos estudiantiles: el IV Reto en Geotecnia, la VI Olimpiada en Geotecnia y el III Concurso de Geomuros (figs. 6, 7 y 8). Además, durante los recesos de las sesiones técnicas, se llevaron a cabo las presentaciones de 18 pósters de valiosos trabajos que no fue posible incluir en el programa para su presentación oral (fig. 9).
El viernes 6 de septiembre se presentó la Séptima Conferencia Leonardo Zeevaert Wiechers, impartida por el profesor Juan Manuel Pestana (fig. 10), un destacado investigador y consultor internacional, titulada “Comportamiento cíclico del suelo bajo cargas sísmicas multidireccionales.” La presentación del profesor Pestana estuvo a cargo del doctor Raúl Aguilar Becerril. También tuvo lugar la Undécima Conferencia Raúl J. Marsal Córdoba, impartida por el profesor Andy Fourie (fig. 11), otro destacado investigador y consultor internacional, titulada “Restoring Equilibrium to the Design of Tailings Storage Facilities.” La presentación del profesor Fourie estuvo a cargo del maestro Juan de Dios Alemán Velásquez. Las destacadas trayectorias del profesor Pestana y del profesor Fourie son dignas de ser celebradas mediante estas prestigiosas conferencias.
Figura 5. Entrega del reconocimiento al profesor Antonio Gens por la vigesimoséptima Conferencia Nabor Carrillo Flores por el doctor Ricardo Ortiz, Presidente de la SMIG.
Figura 6. IV Reto en Geotecnia.
Figura 7. VI Olimpiada en Geotecnia.
Figura 8. III Concurso de Geomuros.
Figura 9. Sesión de póster.
NOTICIAS
Durante el evento, un número significativo de empresas líderes en geotecnia presentaron sus proyectos y exhibieron sus productos, equipos, programas y libros en la Expo-Geotecnia. La SMIG expresa su agradecimiento a todas las empresas participantes, cuya contribución fue esencial para el éxito del evento.
El viernes 6 de septiembre, durante la ceremonia de clausura, se llevó a cabo la premiación de los ganadores de los Premios Manuel González Flores, entregados por el doctor Walter I. Paniagua Zavala (fig. 12). Los galardonados fueron Alejandro Nicolás Jiménez López, en la modalidad de docencia; José León González Acosta, en la modalidad de investigación; y Miguel Gallardo Contreras, en la modalidad de práctica profesional. La SMIG felicita a los ganadores y los invita a seguir con su ardua labor en sus respectivas áreas.
La XXXII RNIG concluyó sus actividades el sábado 7 de septiembre con dos sesiones especiales. La primera, titulada “Diálogos de Diversidad e Inclusión”, fue coordinada por las doctoras Natalia del Pilar Parra Piedrahita y Alexandra Ossa López. Las presentaciones, de gran interés, destacaron la importancia de la diversidad y la inclusión para el éxito y la sostenibilidad de las empresas. La segunda sesión, de carácter técnico-comercial, fue coordinada por el doctor Ricardo Ortiz Hermosillo, donde varias empresas presentaron sus capacidades técnicas de manera muy atractiva. Para cerrar, la XXXII RNIG culminó con la asamblea general de asociados.
El Comité Organizador de la XXXII RNIG desea expresar su más sincero agradecimiento a todos los que contribuyeron al éxito de esta reunión, que ha sido de gran beneficio para nuestra comunidad geotécnica.
Figura 10. Séptima Conferencia Leonardo Zeevaert Wiechers, impartida por el profesor Juan Manuel Pestana.
Figura 11. Entrega de reconocimiento al profesor Andy Fourie por la Undécima Conferencia Raúl J. Marsal Córdoba.
Figura 12. Entrega de reconocimientos a los ganadores del premio Manuel González Flores (de izquierda a derecha: Ricardo Ortiz, José León González, Alejandro N. Jiménez, Miguel Gallardo y Walter Paniagua).
4o Simposio Internacional de Suelos No Saturados
Los días 30 y 31 de octubre del presente año, por medio de la plataforma Zoom de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica (SMIG), se realizó el Cuarto Simposio Internacional de Suelos No Saturados, organizado de manera conjunta con la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ), la Asociación Mexicana de Vías Terrestres (AMIVTAC), el Comité Técnico de Suelos no Saturados y el Capítulo Estudiantil de la SMIG de la UAQ.
Figura 13. Foto grupal de la XXXII Reunión Nacional de Ingeniería Geotécnica.
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En el primer día se inició con la presentación y alcances del simposio, coordinado por el M.C. Rafael Ortiz Hernández y la inauguración por parte del doctor Ricardo Enrique Ortiz Hermosillo (Presidente SMIG). La primera conferencia fue la doceava Conferencia “Alfonso Rico Rodríguez” y se tituló “Lecciones Aprendidas y Retos de los Depósitos de Jales”. La conferencia fue impartida por el maestro Alfonso Rico Álvarez (NewFields México).
La segunda conferencia “Soil-plant-atmosphere interactions: the boundary condition of the unsaturated hydrauluc problem” fue expuesta por el doctor Alessandro Tarantino (Universidad de Strathclyde, Escocia, Reino Unido).
La tercera conferencia “Desiccation craks in soils: recent advances in experimental and numerical techniques” fue impartida por el doxtor Marcelo Sánchez (Universidad de Texas A&M, EEUU).
Primer ciclo de conferencias sobre estabilidad de taludes en la práctica
El pasado 19 y 20 de julio se llevó a cabo el “Primer ciclo de conferencias sobre estabilidad de taludes en la práctica”, en el auditorio del Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Puebla, A. C. (CICEPAC) y vía Zoom. El evento fue organizado por la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica (SMIG) Delegación Puebla. Tuvo la asistencia de 45 profesionales en el área y 15 estudiantes.
El ciclo de conferencias fue inaugurado por la maestra Yoleida del Valle Suárez Arellano, representante de los capítulos estudiantiles ante la SMIG, en presencia del ingeniero José Alejandro Núñez Torres y el maestro Alfredo López Hernández, integrantes de la actual Mesa Directiva Delegación Puebla.
Durante el primer día se presentaron siete conferencias que involucraron a diferentes ponentes dedicados a realizar la solución de la estabilización de taludes en la práctica profesional.
Además de las presentaciones realizadas, el evento contó, por parte de los patrocinadores del seminario, con la presentación de detalles técnicos de los diferentes sistemas y equipos para aplicarse en la solución de problemas relacionados con la estabilidad de taludes. El segundo día estuvo dedicado a la realización de talleres, permitiendo a los parti-
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El segundo día, coordinado por el doctor Hiram Arroyo, consistió en dos conferencias magistrales en inglés. La primera “A modelling framework for the chemo- mechanical behavior of unsaturated non-expansive clays” fue presentada por el doctor Gabriele Della Vecchia (Politecnico di Milano, Italia); y la segunda, “Modeling the static compaction process in soils” fue expuesta por el doctor Eduardo Rojas González (Universidad Autónoma de Queretaro, México).
Como último evento de este simposio, los alumnos del Programa de Posgrado de Maestría en Ciencias en Geotecnia la Universidad Autónoma de Querétaro presentaron sus trabajos de investigación, con proyectos que involucran a la Ingeniería Geotécnica de Suelos No Saturados aplicados a modelación numérica, cimentaciones y vías terrestres.
Nota proporcionada por el Comité Técnico de Suelos No Saturados
Mesa Directiva 2023-2024
cipantes interesados la oportunidad de adquirir nuevos conocimientos y actualizar sus habilidades en diversos temas relevantes en cuanto a los métodos de caracterización y exploración. Los talleres impartidos fueron dos. El primero consistió en una práctica en campo de levantamiento geológico, a cargo de la maestra Alma Luisa Juárez García, en donde se realizó la caracterización y clasificación geomecánica de un macizo rocoso por medio del sistema RMR de Bieniawsky (1989).
El segundo fue una práctica de geofísica impartida por el ingeniero Rafael Martínez Ponce, en dónde se llevó a cabo el uso del sondeo eléctrico vertical y el tendido de refracción sísmica para poder conocer de manera indirecta la estratigrafía de una parte del predio de estudio.
Nota proporcionada por el maestro Alfredo López Hernández, Secretario de la SMIG Delegación Puebla
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Delegaciones
Toma de protesta
ante la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica
Delegación Occidente
El evento de la toma de la Mesa Directiva del periodo 20232024 se llevó a cabo el 30 de agosto del 2024, en las instalaciones del auditorio de Obras Públicas de Guadalajara.
La toma de protesta la elaboró el Director de Obras Públicas de Zapopan, en representación del ingeniero Ismael Jáuregui.
El día de la toma de protesta se llevó a cabo una charla denominada: “Dialogo entre ex vicepresidentes de la Delegación Occidente”, la cual se llevó a cabo por los maestros Salvador Lazcano, Álvaro Orendian, Sergio Carmona y Aquiles Morales.
La Mesa Directiva actual de la zona occidente quedó conformada como sigue:
Vicepresidente: Dr. Honoris Cause Juan Fajardo Vazquez
Secretario: Tesorero: Vocal Vocal
M. I. Omar Martínez
M. I. Gabriel Núñez
M. I. Flavio Salguero
M. I. Alejandro Nicolás Jiménez
Dentro de los planes de trabajo que se presentan para este periodo 2023-2024, está programado que en octubre se lleve a cabo, con el CICEJ, el convenio de colaboración con los siguientes objetivos: impulsar a al ingeniería civil, unir a los ingenieros civiles para pugnar por su mejoramiento profesional, establecer y fomentar relaciones fraternales con los demás colegios de profesionales, vigilar el ejercicio de al ingeniería civil, así como promover la expedición y la reforma de leyes y reglamentos relativos al ejercicio profesional de la ingeniería civil.
El mensaje es seguir divulgando nuestros conocimientos en el campo de la geotecnia, para que nuestros clientes ejecuten obras con los más altos estándares de calidad y con ello se vean favorecidos los consumidores finales.
Nota proporcionada por el maestro Salvador Lazcano
Asistentes a la toma de protesta de la Delegación Occidente.
De izquierda a derecha encontramos a la esposa del maestro Sergio Fajardo, Vicepresidente de la Mesa Directiva 2023-2024; así como a la esposa y a la madre del maestro Aquiles Jorge Morales, Vicepresidente de la Delegación Occidente 2021-2022.
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Capítulos Estudiantiles
Tomas de protesta
ante la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica
Notas proporcionada por la maestra Yoleida Suárez Arellano
Vocal y Coordinadora de los Capítulos Estudiantiles
Mesa Directiva SMIG 2023-2024
Capítulo Estudiantil de la Licenciatura del Tecnológico Nacional de México, Instituto Tecnológico de Tijuana
Toma de protesta del Capítulo Estudiantil, presidida por el maestro Ismael Martínez Gómez, Vicepresidente de la SMIG en la Delegación Baja California.
El pasado 27 de marzo de 2024 se celebró la toma de protesta del Capítulo Estudiantil del Instituto Tecnológico de Tijuana.
La ceremonia fue inaugurada por Christina Garrido Carrión, Presidenta saliente, quien también se encargó de presentar al presídium. Entre las autoridades se encontraban el dotor Ricardo Ortiz Hermosillo, Presidente de la SMIG, y la maestra Yoleida Suárez Arellano, Vocal y Coordinadora de los Capítulos Estudiantiles de la SMIG. También estuvieron presentes el ingeniero Alejandro Politrón Contreras, Coordinador de Ingeniería Civil; el ingeniero Jorge Alberto Muñoz Escudero, tutor del Capítulo Estudiantil y Presidente del CICTAC; el maestro Freddy Sánchez Leal, conferencista magistral; Arlim Danitza López Torres, Presidente del Capítulo Estudiantil, y el maestro Ismael Martínez Gómez, Vicepresidente de la SMIG, Delegación Baja California.
El doctor Ricardo Ortiz Hermosillo dio las palabras de bienvenida en nombre de la SMIG. El maestro Freddy Sánchez Leal
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impartió una conferencia titulada “La mecánica de suelos no saturados, aplicada a los problemas geotécnicos de Tijuana”.
El maestro Ismael Martínez Gómez condujo la ceremonia, en la cual los nuevos miembros, incluyendo a Arlim Danitza López Torres como Presidenta, Denise Alejandra Díaz Orozco como Vicepresidenta, Abril Solís Robledo como Tesorera y Verónica Audelina Soto Juárez como Secretaria, juraron cumplir y hacer cumplir los estatutos de la SMIG. Este acto oficializó la conformación del capítulo estudiantil, marcando el inicio de un nuevo ciclo de trabajo y compromiso.
Posteriormente, se presentó el informe de la Presidenta saliente, Christina Garrido Carrión, seguido del discurso y presentación del plan de trabajo del CE por parte de Arlim Danitza López Torres, la nueva Presidenta del Capítulo.
Asistentes a la toma de protesta del Capítulo Estudiantil del Instituto Tecnológico de Tijuana.
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Capítulos Estudiantiles
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Capítulo Estudiantil de la Licenciatura de la Universidad Autónoma de Chihuahua
El pasado 3 de mayo se llevó a cabo la toma de protesta del Capítulo Estudiantil ante la SMIG, en un evento híbrido realizado de forma presencial y a través de Zoom, en el auditorio Fernando Aguilera Beca.
La ceremonia comenzó a las 12 del día, hora de la Ciudad de México, y fue conducida por la M.A. María de Lourdes Portilla. El Director de la Facultad de Ingeniería, el maestro Fabián Hernández Martínez, dio las palabras de inauguración, expresando su entusiasmo por la formación de este nuevo capítulo. El doctor Ricardo Ortiz Hermosillo, actual Presidente de la SMIG, también dio la bienvenida a los presentes y a los asistentes virtuales.
Una de las actividades más destacadas fue la conferencia magistral “Generalidades del diseño y métodos de construcción en depósitos de jales”, impartida por los maestros en ingeniería Jorge Guillén Guillén y Carlos Omar Vargas Moreno. Su presentación fue excelente y generó varias preguntas interesantes por parte de los asistentes.
Posteriormente, el alumno Luis Felipe Ruiz González, Presidente del Capítulo Estudiantil, presentó su plan de traba-
jo. Los integrantes del Capítulo y su tutor, el maestro Jorge Mendoza, recibieron los reconocimientos por la conformación del Capítulo Estudiantil ante la SMIG, marcando un momento significativo para todos los presentes.
Toma de protesta de la octava Mesa Directiva del Capítulo Estudiantil de la Universidad Autónoma de Chihuahua; Tutor: maestro Jorge Mendoza; Presidente: Luis Felipe Ruiz González; Secretario: Marino Pérez Tarín; Tesorera: Paulina Márquez Valenzuela; Vocales: Lucero Gándara Gandarilla y Alejandro Cárdenas Corrales; Dirección de Secretaría: Ricardo Barba Reyes; Dirección de Tesorería: Aranza Híjar Vallejo; Dirección de Vocal: Marco Gómez Chaires y Daniel Hernández Armendáriz.
Capítulo Estudiantil de la Licenciatura del Tecnológico Nacional de México, Instituto Tecnológico de Iztapalapa III
El pasado 21 de mayo de 2024 se llevó a cabo la toma de protesta del Capítulo Estudiantil del Instituto Tecnológico de Iztapalapa III.
La inauguración estuvo a cargo de la arquitecta Sandra Gil Ramírez. Entre las autoridades presentes se encontraban el maestro Giovanni Quintos Lima, representante de la SMIG; la maestra Yoleida Suárez Arellano, vocal y Coordinadora de los Capítulos Estudiantiles de la SMIG; el maestro Armando Montes Rivera, Director del Instituto Tecnológico de Iztapa-
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lapa III; el doctor David Ortiz Soto, Jefe de la Academia de la Carrera de Ingeniería Civil; el maestro Pedro Ancheyta Bringas, Tutor del Capítulo Estudiantil (CE); y el maestro Prócoro Barrera Nabor, conferencista magistral.
Las palabras de bienvenida fueron pronunciadas por el Director del Instituto, el maestro Armando Montes Rivera. En la toma de protesta de la nueva Mesa Directiva, los nuevos miembros juraron cumplir los estatutos de la SMIG.
Capítulos Estudiantiles
Después de la toma de protesta, la arquitecta Sandra Elidet Gil Ramírez presentó la semblanza del maestro Prócoro Barrera Nabor, quien impartió la conferencia “Geofísica y geotecnia marina para instalación de estructuras marinas”. Para cerrar el evento, el maestro Pedro Ancheyta Bringas dirigió unas palabras a los presentes.
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Capítulo Estudiantil ante la SMIG y autoridades presentes en la toma de protesta.
Entrega de presentes por parte del Capítulo Estudiantil.
Capítulo Estudiantil de la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Zacatenco, del Instituto Politécnico Nacional
Toma de protesta de la octava Mesa Directiva. Tutor: ingeniero Carlo García Romero; Presidenta: Fernanda Macedonio Álvarez; Vicepresidente: Jerf Gómez Arango; Secretario: Juan Hernández Cabrera; Tesorero: Arístides Cortés Salazar; Vocales: Yair Arriaga Castillo, Monserrat Endoqui Heredia, Ximena Rojas López.
El pasado 2 de mayo se celebró la toma de protesta de la octava Mesa Directiva del Capítulo Estudiantil de la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura (ESIA), Unidad Zacatenco, del Instituto Politécnico Nacional (IPN).
El M.A. Sergio César Arroyo Trejo, Director de la ESIA Zacatenco, dio la bienvenida a los asistentes destacando la im-
portancia del Capítulo Estudiantil y su aporte al crecimiento y prestigio de la institución.
Tras la conferencia, la maestra Yoleida Suárez Arellano invitó al escenario a los integrantes del Capítulo Estudiantil, presidido por Fernanda Macedonio Álvarez, junto a su Tutor, el ingeniero Carlos García Romero. Los estudiantes juraron cumplir y hacer cumplir los estatutos de la SMIG, reafirmando su compromiso con la ética profesional y el desarrollo de la ingeniería geotécnica en México.
La conferencia magistral estuvo a cargo del maestro Francisco Flores López, quien presentó “Modelación numérica de la estabilidad en la tercera extensión del depósito de jales secos en una zona altamente sísmica”.
La toma de protesta concluyó con la intervención de la nueva Presidenta del Capítulo Estudiantil, Fernanda Macedonio Álvarez, quien habló sobre las actividades realizadas y las futuras iniciativas del capítulo. Su discurso reflejó el entusiasmo y la dedicación de los estudiantes de la ESIA Zacatenco.
Ing. José A. Cuevas
La cimentación flotante del nuevo edificio de la
Lotería Nacional de México:
Estudio a escala real de las deformaciones de un suelo profundo de estructura floculenta
Artículo publicado originalmente en las memorias del Primer Congreso Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Harvard University, EUA, junio de 1936, artículo N-5; traducido del inglés por el ingeniero Raúl Esquivel Díaz.
El último predio en el que se ubicó La Lotería perteneció a Ignacio Torre y Mier, esposo de Amada Díaz, hija de Porfirio Díaz; en Reforma 1.
Foto: Acervo Frontón México.
I. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SUELO Y DEL SUBSUELO DE LA CIUDAD DE MÉXICO
El subsuelo del valle de México, como antiguo fondo de lago, está constituido por una estructura floculenta ligera, de origen eólico, que alcanza una profundidad de cientos de metros.
En esta masa se intercalan a diferentes profundidades capas de un material más denso y resistente de origen volcánico o aluvial. El espesor de estos depósitos varía desde unos cuantos centímetros hasta varios metros.
El subsuelo de la Ciudad está cubierto por depósitos aluviales y por rellenos artificiales con los que se le ha ganado terreno al lago. El espesor de esta “costra” artificial va de cerca de un metro hasta tres o cuatro, e incluso más en algunos lugares.
II. EL ASENTAMIENTO DE LOS EDIFICIOS DE LA CIUDAD DE MÉXICO Y DEL VALLE EN GENERAL
Con muy pocas excepciones, casi todos los edificios de la ciudad, así como el suelo alrededor de ellos, han ido disminuyendo su nivel, desde unos cuantos centímetros hasta varios metros, a lo largo de los años.
Anexo 1. Ciudad de México. Las cinco redes de drenaje más antiguas y el Gran Canal.
La suma de estos movimientos alrededor de los edificios explica –en parte– el hundimiento general del valle, dentro de la Ciudad y en su periferia. Los siguientes datos dan una idea de la relevancia de esta condición.
La pendiente del Gran Canal a lo largo de sus primeros 20 kilómetros (véase A-B en el anexo 1) ha disminuido de 0.000187 a 0.000167 en 33 años; por el contrario, la pendiente media de la antigua red de drenaje principal ha aumentado de 0.00060 a 0.00075, e incluso más, en 25 años (véanse C-D, E-F y G-H en el anexo 1). El punto más bajo se encuentra cerca de la intersección de estos sistemas de alcantarillado con el Gran Canal.
Otra de las causas del hundimiento general podría ser la contracción de la costra seca del valle; esto, como resultado de la operación del sistema de drenaje constituido por el Gran Canal y las redes de alcantarillado de la ciudad, a lo largo de los años que han estado en funcionamiento (35 años hasta la fecha [1936] para el Gran Canal y las redes de alcantarillado más antiguas).
Una tercera causa podría encontrarse en el bombeo, cada vez más intenso, del agua artesiana, desde profundidades de entre los 30 y los 600 metros.
III. LA CIMENTACIÓN DEL NUEVO EDIFICIO PARA LA LOTERÍA NACIONAL EN PLAZA DE LA REFORMA NO. 1, CIUDAD DE MÉXICO
Para junio de 1934 el diseño final estaba aprobado. Los planos presentados en los anexos 2 al 13 (aquí sólo se muestra el anexo 13) son reducciones de las plantas principales, alzados y secciones transversales del edificio [conocido como El Moro, por su parecido con una tienda morisca].
Debido a que los sistemas tradicionales habían resultado un fracaso en la Ciudad de México, a finales de 1933 se decidió llevar a cabo lo que podría llamarse, de algún modo, una cimentación “flotante”.
También se decidió comenzar los trabajos e ir determinando las propiedades necesarias precisas y el comportamiento del subsuelo in situ. Esta investigación, la parte final del proyecto arquitectónico y el diseño y planos de trabajo para la cimentación se hicieron a la par de ello.
A una profundidad de un metro, se encontró que el peso volumétrico era de 1420 kilogramos por metro cúbico; a 7 metros de profundidad, de sólo 1135 kg/m3.
Se encontró que el nivel freático está a una profundidad de 1.80 m y que el contenido de agua aumenta junto con la profundidad y alcanza valores tan altos como 321% a 10 m de profundidad. En la figura 1 del anexo 14 se da una idea de la permeabilidad del suelo: bastó un bombeo de unos 20 m3 cada veinticuatro horas, con una bomba de 2” a una altura de 10 metros, trabajando 1/6 del tiempo, durante la época seca, para tener la excavación libre de agua.
Durante el proceso se tuvo el cuidado de mantener inalterado el suelo debajo del fondo de la excavación, con su contenido de agua normal.
Tal y como se expresa en la palabra “flotante”, la idea era remover un volumen de tierra equivalente al peso total del nuevo edificio (véase la nota 2).
Aunque se sabía de la reacción elástica y plástica del subsuelo bajo diferentes esfuerzos, se carecía de fórmulas y coeficientes. No se contaba con un laboratorio local adecuado y no se pudo obtener la asistencia necesaria de otros en el extranjero. No hubo tiempo de esperar la información y no se confió en la utilidad de los resultados debido a las diferencias de escala (laboratorio y campo) y a la falta de fidelidad de los resultados de muestras exportadas.
Se determinó entonces medir las deformaciones reales del subsuelo producidas por la remoción del peso de las antiguas edificaciones y por la extracción de la tierra excavada.
Doce “testigos” [bancos de nivel flotante] de tres metros de largo fueron introducidos en el suelo y colocados con sus bases a tres metros bajo tierra, en los puntos marcados de la A a la L en el anexo 15. El área sombreada muestra la superficie cubierta por las antiguas casas de dos pisos que fueron demolidas para dejar espacio al nuevo edificio. Los números encerrados en pequeños triángulos representan la expansión total en centímetros del subsuelo desde que comenzó la demolición hasta tres meses después de que se completó la remoción de todos los escombros. La gráfica de la parte superior del anexo 15 demuestra que la expansión promedio fue disminuyendo después de la remoción del cascajo.
Anexo 13. Proyecto para el nuevo edificio de la Loteria Nacional para la Beneficiencia Pública.
Después de elaborar cálculos complejos, se logró diseñar la subestructura de la cimentación; el anexo 16 proporciona una idea clara de esta estructura realizada en concreto reforzado.
Conscientes de los movimientos del subsuelo generados por la remoción de las cargas, se decidió colocar una buena cantidad de testigos con sus bases a una profundidad mayor a la alcanzada por la excavación.
La excavación se inició el 30 de julio de 1934. Para el 25 de agosto de 1934 se habían extraído más de 10,000 m3 con una velocidad máxima de 900 m3 en 24 horas, siendo el promedio de 390 m3 por día de 24 horas. La elevación máxima observada fue de 5 centímetros en 24 horas; la mínima resultó de 0.5 cm y el promedio de 1.55 centímetros. En el anexo 17 se ilustra gráficamente la elevación de uno de los testigos entre el 30 de julio y el 31 de agosto de 1934.
Anexo 14.
La expansión total máxima registrada hasta la fecha [1936] es de 127 centímetros.
Debido al riesgo que representan movimientos de esta magnitud fue necesario avanzar poco a poco después de haber realizado obras de emergencia durante la última parte de 1934 y hasta el 7 de marzo de 1935.
El registro de los levantamientos de los testigos se mantuvo. En el anexo 18 se muestra un perfil del fondo de la excavación para el nuevo edificio, al 30 de marzo de 1936, a escala 1:100 y se ilustra el movimiento de dicha superficie a partir del 1 de enero de 1936. Las distancias verticales entre las líneas corresponden a las magnitudes reales de los desplazamientos correspondientes.
La irregularidad de los movimientos ilustrados se debe a la imposibilidad de avanzar con la excavación en capas horizontales, así como al efecto del peso de la cimbra de madera y del concreto colado, durante el periodo de observación.
El fondo de la excavación consiste en una membrana impermeable soportada por un piso flexible de madera; esta membrana envolverá toda la cimentación.
Sobre esta plantilla se colocaron vigas “T” invertidas, construidas independientemente, en concreto reforzado y conectadas, luego, para darles la flexibilidad suficiente para responder a los movimientos inversos necesarios para colocar la plantilla en la posición que su superficie hubiese tenido antes del inicio de la excavación (véase el anexo 19).
Para colocar esta plantilla flexible en posición, la subestructura rígida A-B-C-D se cargó con su propio peso y con la cantidad de grava necesaria para duplicar tanto el peso final del edificio entero como los empujes preexistentes de la tierra excavada del subsuelo remanente.
Se espera que en unos meses la cimentación lastrada quede estabilizada y pueda procederse con la construcción del edificio mismo.
15.
16.
Anexo
Anexo
El lastre será removido en la medida que se avance con la superestructura; esto con el fin de mantener el peso final completo y los esfuerzos normales en el subsuelo, a lo largo de toda la construcción y para siempre.
A la fecha [1936], la excavación está prácticamente terminada; cerca del 80% de la plantilla flexible está instalada; se ha colado el 70% de las vigas “T” invertidas y se ha comenzado con el proceso de construcción de la subestructura.
NOTAS:
1. Se han tomado precauciones en el diseño para evitar cualquier riesgo de inclinación.
2. De hecho, se ha excavado más tierra de la estrictamente necesaria para compensar todo el peso del edificio. La diferencia será un lastre adicional que se usará para resolver ajustes finales por cambios imprevistos y riesgos.
3. Los testigos se instalaron casi en la misma vertical, con sus bases a diferentes profundidades, con el fin de detectar el avance de las expansiones y asentamientos, a profundidades cada vez mayores, bajo ciertas cargas o niveles de excavación.
18.
4. Obstáculos técnicos, económicos y políticos han retrasado el avance de esta importante obra experimental cuya audacia ha sido discutida durante mucho tiempo.
5. Al mismo tiempo que estamos experimentando y tratando de resolver un problema de cimentaciones específico; estamos buscando los procedimientos prácticos y económicos más convenientes de construcción de cimentaciones, para casos generales.
6. La Ciudad de México, con su larga experiencia en experimentos en cimentaciones a escala real, junto con su subsuelo profundo “hiperreactivo”, ofrece un campo excepcional para estudiar a fondo la mecánica de suelos y la ingeniería de cimentaciones.
7. Es nuestra intención llamar la atención de los técnicos especializados en el país y en el extranjero hacia esta prometedora fuente de conocimientos, así como cooperar en la organización del estudio sistemático de la mecánica de suelos y de la ingeniería de cimentaciones, aplicadas a este campo.
Nota de la presente publicación:
Arquitectos Manuel Ortiz Monasterio, Bernardo Calderón y Luis Ávila, proyectistas; ingeniero Guillermo Marín Plata, diseño estructural.
El documento original, en inglés, fue proporcionado por el doctor Walter Paniagua Zavala.
Anexo17.
Anexo
IR A TEXTO CORRIDO
Primeras aplicaciones de cimentaciones compensadas
Fotos: Acervo Frontón México.
José Antonio Cuevas es pionero de la mecánica de suelos. Diseñó la cimentación del edificio de la Lotería Nacional con el concepto básico de un cajón de concreto que aprovecha el efecto de compensación de cargas.
El principio es sencillo: buscar que el peso de suelo excavado sea igual al del edificio que se construye, para evitar esfuerzos y deformaciones de importancia en el suelo de cimentación. En dicha obra, inaugurada el 28 de noviembre de 1946, se pusieron en evidencia algunas de las propiedades más asombrosas de las arcillas del Valle de México. Entre ellas, la importancia de las deformaciones elásticas inmediatas que presentan estos suelos por efecto de la descarga del terreno durante una excavación (hasta 1 m en este proyecto). Esta experiencia llamó la atención y mereció la felicitación de Karl Terzaghi, fundador de esta rama de la Ingeniería Civil.
Gabriel Auvinet
El Siglo de la Mecánica de Suelos Cap. 3 Obras son amores... (Sinopsis)
Sorteo conmemorativo de nuestro 60 aniversario, celebrado en el edificio de la Lotería Nacional
En 2017 se celebró la cancelación de Sorteo de la Lotería Nacional dentro del marco de los Festejos del 60 Aniversario de la Sociedad Mexicana, realizado en el edificio de la Lotería Nacional.
El evento se celebró con la presentación de la conferencia “Aspectos geotécnicos de la cimentación del edificio de la Lotería Nacional” dictada por el doctor Gabriel Auvinet Guichard, miembro del Consejo de Honor de la SMIG e investigador del Instituto de Ingeniería.
El acto protocolario estuvo encabezado por representantes de la SMIG, el M. C. Carlos Roberto Torres Álvarez, presidente de la SMIG; el doctor Gabriel Auvinet Guichard, miembro del Consejo de Honor; el doctor Walter Iván Paniagua Zavala, miembro del Consejo Consultivo; el M. I. Carlos Omar Moreno Vargas Moreno y M. I. Francisco Alonso Flores López, vocales de la Mesa Directiva. Por parte de la Lotería Nacional, la licenciada Mitzi Molina, gerente de Sorteos; Iván Hernández García, representante de Comercialización y Servicios; licenciada Samantha Hernández Martínez, representante de la Subdirección General Jurídica; Alberto Javier Castillo Cruz, representante del Órgano Interno de Control, y, por parte de la Secretaría de Gobernación, la licenciada Karina Zenón Carrizal.
Representantes de la SMIG durante el acto protocolario.
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