Esfuerzos laterales en cimentaciones pilotadas, ¿merece la pena mejorar el terreno?

– ¿Qué problema tienen los pilotes?
– ¿Los pilotes?, ninguno, si funcionan muy bien.
– Vale, pero si buscamos fallos, ¿qué problemas pueden tener los pilotes?
– Hombre, si nos ponemos así, a ver, deja que piense…

– El izado de la armadura, si es hormigonado.
– El izado de todo el pilote, si es prefabricado.
– Que se hormigone mal, o haya derrumbes o lavados durante el hormigonado.
– Que la armadura no entre y se quede a medias.
– Romper la punta al hincarlo, si no lleva una punta de Oslo o no se ha protegido bien.
– Que no entre porque el estudio geotécnico se curó en salud y el terreno no es tan malo.
– Que se hunda hasta el fondo porque el terreno es mucho peor de lo que se pensaba.
– Que se queden cortos.
– Que sufra rozamientos negativos no previstos.
– Que pilles una ruina romana justo debajo… a un amigo le pasó.
– Que rompas una conducción de agua, también le paso a un amigo.

– ¿El mismo de antes?
– Si, es un gafe que no veas.
– Vale, pero dejando a un lado el izado, el hormigonado, los derrumbes, la punta, los estudios geotécnicos mal hechos, el rozamiento negativo, las ruinas romanas, las conducciones de agua y los amigos gafes… ¿qué otro problema podemos tener con los pilotes… especialmente a nivel estructural?

– Pues, no sé, a nivel estructural, dices… ¿los esfuerzos laterales, quizás?

– ¡¡ Correcto !!

Bien, con esta referencia nada velada a los clásicos, presento una nueva comunicación del National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) con el título de “Design Guidelines for Increasing the Lateral Resistance of Highway-Bridge Pile Foundations by Improving Weak Soils”, que podría traducirse -grosso modo- por «Guía para incrementar la resistencia lateral de cimentaciones pilotadas de puentes mejorando el suelo».

El texto plantea una cuestión interesante. Cuando se cimenta un puente mediante pilotes, los esfuerzos laterales (por empujes, impactos, sismos, tráfico, viento, etc), suelen resolverse aumentando el diámetro de los pilotes pero, ¿es el único método?

– ¿sería más efectivo mejorar el suelo?

– ¿sería más económico?

– ¿cuándo debería hacerse, antes o después de cimentar?

– ¿qué tipo de mejora daría el resultado óptimo, compactación dinámica, columnas de grava…?

– ¿qué dimensiones debería tener esa zona mejorada?

– ¿hasta qué profundidad debería mejorarse el terreno?

– ¿se ha probado ya, existen datos?

– ¿cómo se estudiaría el comportamiento del terreno, como un empuje pasivo?

– ¿se puede calcular de forma analítica o hay que usar modelos de elementos finitos?

Como ya habréis imaginado por el título, el texto está en inglés y en unidades americanas, pero estoy seguro de que el interesado sabrá entresacar lo más importante. Es un archivo pdf de 118 páginas y 6,70 MB al que podéis acceder pulsando en la portada superior, en este enlace, o en el icono inferior, lo que más os guste.

Design Guidelines for Increasing the Lateral Resistance of Highway-Bridge Pile Foundations by Improving Weak Soils - Guía para incrementar la resistencia lateral de cimentaciones pilotadas en puentes mediante la mejora de suelos blandos - geotecnia

Humor de Ingenieros – Navidad

El proyecto es del 2010, pero sigue siendo válido. Se trata de un detallado belén navideño, rebautizado como “Proyecto de concesión para la construcción, conservación y explotación de pesebre, accesos y estación depuradora de aguas residuales”, obra de ápiceXXII.

Pulsa sobre la imagen para comprobar hasta qué punto han cuidado todos los detalles y no te pierdas los “Pasos a seguir para la optimización de belén”… reales como la vida misma.

Actualización Navidad 2012: En el último libro del Papa Benedicto XVI se afirma que no había animales en el portal, pero no hay problema, el autor ya lo tuvo en cuenta, la nota 10 especifica que:

«La única función de estos animales (la mula y el buey) es dar calor por lo que se sustituyen por una hoguera. Realizaremos un «assessment center» con los dos animales, y el que lo supere trabajará como animal de carga en el servicio de logística«.

¡¡ Feliz cumpleaños, montmorillonita y bentonita !!

El bosque de Skund […] era el único bosque en todo el universo que se llamaba, en el idioma local, «Tu Dedo, Idiota», pues tal es el significado literal de la palabra Skund.

El motivo de esto es, por desgracia, de lo más vulgar. Cuando los primeros exploradores procedentes de las tierras cálidas alrededor del Mar Circular se adentraron en las gélidas llanuras interiores, rellenaron los huecos de sus mapas por el sistema de agarrar al nativo más cercano, señalar hacia algún punto geográfico distante, hablar en voz muy alta y clara, y escribir cualquier cosa que les dijera el risueño interrogado. Así, generaciones de atlas inmortalizaron rarezas geográficas como «Pues Una Montaña», «No Lo Sé», «¿Cómo Dices?» y, por supuesto, «Tu Dedo, Idiota».

Nubes ominosas se arremolinaron en torno a la cumbre pelada del monte Oolskunrahod («¿Este Imbécil Nunca Ha Visto Una Montaña o Qué?»)

Terry Pratchett, La Luz Fantástica (1986)

Es vox populi que vox populi significa «la voz del pueblo», que canguro significa, en realidad, «no lo sé» y que Yucatán quiere decir, en el idioma local, «no le entiendo», siendo estos dos ejemplos una prueba fehaciente de que la ficción de Sir Terence Pratchett, por cómica que resulte, tiene muy poco que hacer ante la cruda realidad. Los nombres de las cosas se ponen preguntándole al nativo, y si no hay nativo, se dedican o se inventan.

Pues bien, ya que hablamos de nombres, comunico a la peculiar audiencia de este no menos peculiar blog que, justamente hoy, 16 de noviembre de 2011, se celebra el cumpleaños nominal de un mineral, la montmorillonita, que cumple 164 años, y con una probabilidad de acierto del 0,274% (más o menos), el cumpleaños también nominal de la arcilla compuesta por ese mineral, la bentonita, que ya tiene 113 añitos.

¿No te lo crees?, sigue leyendo, alma descreída.

En el caso de la montmorillonita se sabe incluso el día exacto de su bautizo no oficial, fue el 16 de noviembre de 1846, en una sesión de la Societé Géologique de France en la que Lubin Mauduyt (1782-1870), director del Instituto de Ciencias Naturales de Poitiers (Museo, según otras fuentes), comunicó el descubrimiento en Maison-Dieu, cerca de Montmorillon (Francia), «de una sustancia que, aún sin asegurar que fuese inédita, no había podido relacionar con las descritas en los tratados de mineralogía consultados» y que, en contacto con el agua «se convierte en una especie de pasta que al cabo de cierto tiempo se hace en parte gelatinosa«.

El artículo lleva por título «Un mot sur un morceau de quartz d´une variété particulière, ainsi que sur une substance minérale trouvée dans le department de la Vienne», así que es muy probable que todo lo anterior lo dijera en un perfecto y gutural francés del s. XIX.

Mauduyt propuso llamar a esta sustancia montmorillonniste, aunque tuvo que esperar tres años para ver reconocido su descubrimiento, porque primero fue clasificada como confolensita, más tarde como haloysita, y hasta 1850 no se denominó oficialmente, montmorillonita, término propuesto por Damour y Salvetat, encargados de estudiar la nueva sustancia.

Estrictamente deberían ser 165 años, pero como el artículo se publicó en el boletín de 1847 y lo escrito es lo que cuenta, lo dejaremos en 164 años.

Retrato de Lubin Mauduyt

Por su parte, la bentonita también cambió de nombre un par de veces. En 1830, un trampero franco-canadiense llamado Emile Pascal comprobó que los indios la usaban como jabón, grasa, impermeabilizante e incluso comida, así que decidió explotarla con el original nombre de pascalita (como trampero sería buenísimo, pero escogiendo nombres era de lo más típico).

Unos años después, en 1888, el mayor productor de pascalita de la zona era un tal William Taylor, de Rock Creek, que la vendía con fines cosméticos con el nombre de… ¿lo adivináis?, ¡¡ correcto !!, taylorita. Otras fuentes dicen que recibió el nombre por encontrarse en grandes cantidades en el Rancho Taylor, pero teniendo en cuenta que Rock Creek tenía 91 habitantes por aquel entonces, es muy probable que el rancho fuera del propio Taylor, así que todo queda en casa.

Sin embargo, este nombre no iba a ser tampoco el definitivo, porque cuando Wilbur Clitont Knight (1858-1903), profesor de geología en Wyoming, se dispuso a estudiar la taylorita, comprobó que el nombre ya estaba en uso. ¿Qué hacer entonces?, pues como en esto de poner nombres interesa que la aplicación sea biyectiva, que si no es un jaleo, Knight fue expeditivo. En Fort Benton (Montana, EEUU) había grandes depósitos de ese “material” y la población se llamaba así desde hacía poco tiempo (hasta 1850 se llamó Fort Lewis) así que no había posibilidad de error, escogió el nombre de bentonita y lo comunicó por escrito en un artículo del Engineering and Mining Journal de 1898 titulado “Description of Bentonite, a new variety of clay”.

O sea, que la bentonita como tal cumple 113 años.

Ah, por cierto, Rock Creek tenía dos comercios en 1888, uno era el de William Taylor, el otro pertenecía a Charles… Clay (arcilla), vamos, que todo queda en casa.

Wilbur Clitont Knight en 1898, quizá pensando en el asunto

Todo el que quiera ampliar la información queda remitido a este artículo de la Revista de Obras Públicas de junio de 1997 escrito por Leopoldo Bisbal -al que aprovecho para saludar-, y a este otro de 2006, “Mythique montmorillonite” que, como su nombre ya permite sospechar, está en francés, aunque no añade nada novedoso.

Una lástima que estas cosas no se pregunten en el Trivial, ¿verdad?

Fernando Carneiro y el Ensayo Brasileño, 68 años de Tracción Indirecta

Hoy, 15 de noviembre de 2011, se cumplen diez años de la muerte de Fernando Luiz Lobo Barboza Carneiro (1913-2001), ingeniero brasileño que, entre otros muchos méritos y realizaciones, desarrolló el “Ensayo de Tracción Indirecta”, conocido internacionalmente como “Ensayo Brasileño”.

El ensayo brasileño tiene el mismo punto de partida que los ensayos de plasticidad de Casagrande, la construcción de aeropuertos durante la Segunda Guerra Mundial. Para Casagrande el problema eran los campos de aterrizaje de tierra de las islas del Pacífico, para Carneiro los pavimentos de hormigón en Brasil, complicados de ensayar.

La inspiración existe, pero debe pillarte trabajando, y así es como cogió a Carneiro. En 1943, Rio de Janeiro se encontraba en plena remodelación urbanística, y como siempre pasa en estos casos, algunas cosas no encajaban en la nueva ordenación. Por ejemplo, la pequeña iglesia de San Pedro, de 1732, que ahora estaba justo en medio de lo que debía ser la Avenida Presidente Vargas. Como dijo Don Quijote la noche que entró a tientas en El Toboso, “con la iglesia hemos dado, Sancho”.

La iglesia, en medio de la Avenida, fastidiando los planes… urbanísticos

Trasladar una iglesia no es algo tan descabellado, ya se había hecho otras veces, así que encargaron el trabajo a una empresa especializada que ya ha aparecido en este blog, Pilotes Franki. El problema es que estos traslados se realizan sobre rodillos de acero, y en tiempo de guerra (recuerdo, 1943, en plena 2ª Guerra Mundial) toda la producción de acero estaba destinada a la industria bélica… vale, no había acero, la cuestión era ¿podía hacerse sobre rodillos de hormigón de 60 cm de diámetro?

Esto es lo que tenían pensado hacer, pero con rodillos de hormigón

Los rodillos de acero se calculaban mediante la fórmula de Hertz, pero el hormigón no es igual que el acero, así que encargaron a Carneiro que lo verificara… y lo que Carneiro verificó es que los rodillos cargados a compresión se rompían a tracción a través de fisuras verticales, de ahí la acertada denominación de “tracción indirecta”, sometidos a compresión, rompían a tracción.

Al final, entre el problema de los rodillos, el lamentable estado de la estructura, el elevado precio de la operación, el cachondeo generalizado (hasta una samba hicieron sobre el tema) y que Pilotes Franki tampoco se comprometía al 100% con el éxito de la operación, se decidió demoler la iglesia y zanjar el problema de raíz… pero Carneiro no se había olvidado de las probetas a tracción.

El planteamiento teórico puro del problema era conocido, era una variación del problema de carga lineal sobre un semiespacio elástico infinito, resuelto por Flamant en 1892 a partir de las ecuaciones de Boussinesq [ver más abajo]. Lo que había que comprobar era si el resultado era válido en la práctica, porque si, vale, las cargas “puntuales y lineales” se dibujan muy bien sobre el papel pero, a la hora de la verdad, la cosa se complica.

Los resultados no eran del todo exactos, pero era un ensayo fácil de realizar y con probetas de 15 cm de diámetro por 30 cm de longitud el error era tolerable, así que en septiembre de 1943 lo presentó en el 5ª Congreso de la «Associaçao Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)” (curiosamente, diez años más tarde se supo que sólo dos meses después se había presentado en Japón -país enemigo en aquel momento- un procedimiento de ensayo muy parecido).

En 1947 el método se presentó formalmente en el “International Meeting of Materials Testing Laboratories” de París, donde ya empezaron a llamarlo ”essai brésilien”. Ese mismo año se fundaría la RILEM o “Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des Matériaux, systèmes de construction et ouvrages”, organismo que el propio Carneiro presidiría en 1979 (como curiosidad, decir que Eduardo Torroja fue uno de los fundadores y su cuarto presidente, en 1951). El ensayo fue admitido por la American Society for Testing Material (ASTM) en 1962, por la International Society for Rock Mechanics (ISRM) en 1978, y por la International Organization for Standardization (ISO) en 1980.

En España el ensayo tiene varias “versiones”. Para hormigones la norma vigente es la UNE EN 12390-6:2001, en la que ya ha desaparecido el subtítulo de “ensayo brasileño” que todavía mantenía la derogada UNE 83-306-1985, para mecánica de rocas hay una UNE 22-950-90 [2] y una NLT 253-91. En EEUU corresponde a la ASTM C496-11.

En lo que respecta a la geotecnia, en el campo de la mecánica de rocas el ensayo brasileño todavía tiene mucho que decir. Si tienes ganas de leer sobre el tema puedes seguir con este artículo del International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences [pdf] o con este otro del International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics [pdf] en el que se propone determinar las propiedades elásticas de probetas de roca mediante ensayos brasileños y una serie de iteraciones, tipo “back analysis“. El tema queda fuera de mis posibilidades (no me planteo tener una prensa de ensayo en casa, no sabría dónde ponerla y, además, no me pega con los muebles) pero quizá pueda servir de inspiración, sería un trabajo interesante.

La mayor parte de esta entrada se ha sacado de este artículo del RILEM Bulletin con motivo del fallecimiento de Fernando Carneiro en 2001, el blog Coisas da Arquitetura, y estas notas de clase del Prof. Eduardo C. S. Thomaz, del Instituto Militar de Engenharia.

——————— Peligro, teoría de aquí en adelante ——————–

La solución real del problema tiene en cuenta las dimensiones de la zona de apoyo de la carga y no es lo que se dice intuitiva, precisamente (puedes comprobarlo en este artículo del International Journal of Mechanical Sciences [pdf]), pero la solución teórica del problema con carga puntual no es tan complicada, simplemente hay que resolver el problema de Flamant dos veces, en tensión plana (la segunda con un cambio de ejes), aplicar después el principio de superposición entre los dos estados y, por último, un tercer estado que elimine las fuerzas exteriores. Mis compañeros de la ETSICCP de Valencia quizá lo recuerden, fue el problema de la parte de Elasticidad del examen final de junio de 1996 de Resistencia de Materiales, Elasticidad y Plasticidad.

Si quieres ver la solución paso a paso puedes consultar, por ejemplo, las páginas 185 a 189 de la primera edición del Elasticity Theory, de Martin H. Saad. La distribución de tensiones tangenciales del problema es, casualmente, la imagen de portada del libro.

PD: Parece que voy aprendiendo, he sido capaz de escribir sobre el ensayo brasileño sin caer en el chiste fácil de nombrar las ingles autóctonas, el vóley playa, las mulatas, Copacabana, Ipanema, los tangas, el carnaval, la Bossa nova…

Distribuciones estadísticas, un mapa conceptual

Hoy en día, y gracias a la informática, buscar la distribución estadística que mejor se ajusta a nuestros datos de campo/laboratorio es cada día más fácil, por no decir automático, pero esta facilidad no debe hacernos olvidar que todas estas distribuciones están relacionadas entre sí.

Una forma de comprobarlo y tenerlo presente es este impresionante (y terrorífico) mapa conceptual con 76 distribuciones estadísticas de una variable, entre ellas la curiosa distribución (o ley de números anómalos) de Benford o la distribución de palabras de Zipf. Los cuadros de bordes rectos corresponden a distribuciones discretas mientras que los cuadros de bordes redondeados corresponden a distribuciones continuas.

Pulsa en la imagen para verla mejor… si te atreves, claro.

Para el que tenga más interés, el esquema pertenece a este artículo [pdf – 565 KB] publicado en febrero de 2008 en The American Statiscian.

[Si, ya lo sé, en geotecnia pocas veces se usa algo más complicado que una media aritmética “corregida”, pero el día que entren en vigor los Eurocódigos nos vamos a reír mucho con los coeficientes de variación y las desviaciones típicas, tiempo al tiempo]