Analytical model for friction piles in consolidating soft soils

Modelo analítico para pilotes de fricción en suelos blandos en proceso de consolidación

En este trabajo se presenta un modelo analítico simplificado para el diseño de cimentaciones a base de pilotes de fricción en un entorno propenso a hundimiento regional. El modelo se basa en las ecuaciones de Mindlin y fue propuesto originalmente por Reséndiz y Auvinet. Se realizaron algunas modificaciones importantes a la versión original, basadas en los resultados obtenidos de análisis numéricos. En esta nueva versión, la magnitud de la fricción negativa se evalúa considerando, tanto las condiciones iniciales y futuras de los esfuerzos efectivos, como la resistencia al corte límite del suelo en contacto con el sistema de pilotes. El modelo fue validado con resultados obtenidos previamente por los autores mediante el Método de Elementos Finitos Axisimétricos. A pesar de las diferencias obtenidas durante dicha validación, fue posible concluir que existe una concordancia razonable entre los resultados arrojados por ambos modelos.

INTRODUCCIÓN

En los suelos blandos de la Ciudad de México, los pilotes de fricción se han utilizado para reducir los asentamientos (diseño en términos de deformación), más comúnmente como parte de una cimentación tipo caja. Con menor frecuencia, se han utilizado para soportar la carga total de la estructura y asegurar la estabilidad de la cimentación (diseño en términos de capacidad portante). En todos los casos, se produce una compleja interacción entre el subsuelo, los pilotes y la estructura. El subsuelo está sometido a un doble proceso de consolidación: uno de ellos inducido por el peso de la estructura y el otro por la disminución de la presión del agua de los poros causada por el intenso bombeo de las aguas subterráneas de la ciudad que induce el hundimiento regional.

Debido a la complejidad del problema y al número considerablemente elevado de parámetros implicados, se han desarrollado pocos métodos analíticos para el análisis y diseño de cimentaciones de pilotes de fricción sometidos a cargas externas y a la consolidación del suelo debido a variaciones en las condiciones piezométricas. La mayoría de ellos son simplificaciones destinadas a evaluar la magnitud de la fricción superficial negativa (1,4,7-8, algunos de ellos tienen en cuenta la interacción entre los dos procesos de consolidación 13,21, y unos pocos consideran el conocimiento actual del problema obtenido a partir de la modelización numérica 3,15-16, y/o ensayos de laboratorio o de campo 4,9.

Este trabajo es la continuación de la investigación desarrollada por los autores presentada en 16, donde se estudió mediante análisis numéricos el comportamiento de cimentaciones de pilotes de fricción en arcillas blandas típicas de la Ciudad de México, sometidas a cargas externas y a la consolidación del suelo por variaciones en las condiciones piezométricas.