Estudio numérico del comportamiento dinámico de las inclusiones rígidas

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

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

Geosintético (opcional)
Capiteles (opcional)
Inclusiones rígidas

Cargas superficiales
Plataforma de transferencia
Suelo blando Estrato duro

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

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

 Acciones dinámicas

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

 ANÁLISIS NUMÉRICOS

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

Modelo numérico del depósito de suelo

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

Elementos estructurales

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

CONCLUSIONES

Referencias

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

Alcanzar un desarrollo basado en los anhelos colectivos de justicia

            Javier Barros Sierra

En México, acceder a la educación superior es un privilegio que nos obliga a realizar las tareas que emprendamos con dedicación, honestidad y sentido social. Javier Barros Sie- rra lo creía así; su trayectoria muestra la con- gruencia entre su pensamiento y su quehacer.

PRIMEROS AÑOS

Su padre fue José Barros Olmedo, quien creció dentro de una familia acomodada con una formación rígida; su madre, María de Jesús Sierra Mayora, fue hija de Justo Sierra Mén- dez, una de las mentes más claras del siglo XIX mexicano, a cuyo hogar acudían escritores, artistas y pensadores de diversas generaciones. Si bien el matrimonio Barros Sierra tuvo una posición desahogada durante los primeros años, por varias razones ligadas a la época en la que le tocó vivir perdió buena parte de sus bienes, de suerte que a Javier Ba- rros le tocaron años de estrechez económica y esto contribu- yó a templar su carácter y a conocer mejor a su país.

Su vida escolar

Se formó en instituciones públicas: cursó la primaria en la es- cuela “Alberto Correa”, la educación media en la Secundaria núm. 3 y la media superior en la Preparatoria Nacional. Tenía 19 años cuando comenzó el periodo cardenista; seguramente lo marcó como a muchos de sus contemporáneos, pues a lo largo de su vida mantuvo su admiración por Lázaro Cárdenas del Río.

SU LABOR COMO CONSTRUCTOR

A finales de 1946, Javier Barros fundó, junto con un grupo de jóvenes ingenieros (Bernardo Quintana, Raúl Sandoval, Fernando Hiriart y Raúl Marsal) la empresa constructora In- genieros Civiles Asociados (ICA). Su labor estuvo dirigida sobre todo al diseño estructural.

EL FUNCIONARIO PÚBLICO

Javier Barros dejó la gerencia y en general su trabajo como constructor cuando fue nombrado por la Junta de Gobierno de la UNAM director de la Escuela de Ingenieros en 1955; en 1957 tuvo que renunciar para cumplir una nueva enco- mienda: la reestructuración que le solicitó Adolfo López Mateos (1958-1964) de la Secretaría de Comunicaciones y obras Públicas; ésta se desdobló para formar la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y la de Obras Públicas (SOP), de la que fue secretario durante ese periodo presidencial. En- tonces vendió sus acciones de ICA y dejó su colaboración con ECSA, pues consideraba que tener vínculos de interés con es- tas empresas era éticamente incompatible con su nuevo cargo.

Durante la gestión de Barros Sierra se construyeron, por ejemplo, las carreteras México-Puebla, Querétaro-Celaya y la primera parte de la México-Pachuca; además se hicieron importantes trabajos de conservación en la red caminera del país, al reconstruirse 1,614 kilómetros de carreteras federales muy deteriorados o cuyos trazos hubo que adaptar a las nuevas condiciones de circulación de vehículos.

El trabajo en la secretaría se realizó con un sentido integral, buscando que “existiera un trato personal para que desde los funcionarios hasta el último empleado comprendiera que forman un equipo que labora en beneficio de México

Un año después de terminada su labor al frente de la SOP, Barros Sierra fue invitado por Jesús Reyes Heroles, director de Pemex, a dirigir el recién fundado Instituto Mexicano del Petróleo (IMP). Al tomar posesión, el 1 de enero de 1966, estableció las líneas de actividad del instituto: la investiga- ción en geología, geofísica, ingeniería petrolera, transporte, distribución de hidrocarburos, economía petrolera, química, refinación, petroquímica, diseño de equipo mecánico y electrónico, maquinaria y electrónica aplicada.

EL RECTOR

Barros Sierra se fue del IMP para hacerse cargo de la rectoría de la UNAM, dejando un grato recuerdo entre sus colabo- radores. Fue rector de 1966 a 1970; durante ese tiempo se realizaron muchas y muy profundas reformas. En palabras de Emilio Rosenblueth: “La universidad dejó de tener por objeto que los profesores enseñaran; en adelante lo fue que los alumnos aprendieran. La docencia cesaría de ser infor- mativa para tornarse formativa. Se estructuró un sistema administrativo que hacía una enorme falta. El rector delegó autoridad entre sus colaboradores, compartiendo con ellos las responsabilidades” (E. Rosenblueth, “J. B. S. y las re- formas universitarias”, en Ingeniería, p. 270). Para esto se creó la Comisión Técnica de Planeación Universitaria y se reformó la Comisión de Estudios Administrativos.

Él entendía las cualidades de la juventud y deseaba in- tensamente que los padres, los educadores, los gobernantes, estuvieran a la altura de la misión que implica acompañar a los jóvenes en su formación. No sobra repetir, escribió, “que quienes renuncian a entender a la juventud de hoy, a sus inquietudes, muy fácilmente caen en la creencia de que los únicos tratamientos que a ella pueden dársele son la represión y la corrupción, sea para neutralizarlos o para utilizarla como instrumento. Se les escapa que la única posibilidad eficaz y válida para no hablar de lo puramente moral, es educarla”.

Y enfatizaba: “Se puede corromper a algunos jóvenes en un minuto, reprimir a muchos en un día; pero el proceso educativo no se completa en un mes ni en un año. Nosotros, por supuesto, hemos escogido el camino difícil.” La clave era el diálogo como “el único camino digno de los hombres: la razón y no la violencia; la discusión y no la injuria o la condena, la educación y no la represión”.

Javier Barros Sierra murió a los 56 años de edad, el 15 de agosto de 1971. En momentos difíciles como los que atra- viesa nuestro país, es importante recordar que contamos con hombres y mujeres ejemplares que, como él, nos guían en el camino.