Pasos inferiores sobrecompensados en la Ciudad de México

La Conferencia Nabor Carrillo fue instituida en 1972 por la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, actualmente Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica, para honrar la memoria de este distinguido investigador y precursor de la especialidad en nuestro país.

A partir de entonces se ha invitado a conferencistas internacionales y nacionales de destacado prestigio y reconocida trayectoria, que han establecido una tradición de excelencia como parte imprescindible de las reuniones nacionales de la SMIG.

Un magnífico ejemplo de ello lo constituye el fragmento que reproducimos aquí de la Decimotercera Conferencia Nabor Carrillo titulada “Los métodos de la geotecnia”, dictada en 1996 por el Dr. Daniel Reséndiz Núñez.

2.1 Caso histórico 1: pasos inferiores sobrecompensados en la ciudad de México

Al final de la década de 1950 se construyeron, para aliviar el tránsito en ciertos cruces de la calzada de San Antonio Abad-Tlalpan, pasos a desnivel inferiores que requirieron excavaciones de aproximadamente 6 m de profundidad, en las que se construyeron cajones de concreto sobrecompensados, esto es, con descarga del terreno mayor que el peso de las estructuras respectivas.

La geometría simplificada de estas obras se muestra en la figura 1a. El perfil de suelos era el característico de la Zona del Lago de la Ciudad de México y a toda la profundidad afectada los suelos estaban normalmente consolidados. Una vez constituidas las obras, la descarga neta del terreno al nivel de desplante del cajón fue de aproximadamente 5 t/m2. Hasta esas fechas no se tenía en la ciudad experiencia amplia sobre el comportamiento de construcciones fuertemente sobrecompensadas. La sobrecompensación relativamente alta de los pasos a desnivel se decidió tanto por motivos económicos (es decir, para no hacer más pesada y por tanto más costosa la estructura del cajón) como porque el cálculo de los movimientos verticales de las estructuras con respecto a sus alrededores daba resultados aceptables.

Para las condiciones descritas, los movimientos verticales se pueden calcular después de haber determinado a todas las profundidades afectadas el decremento neto de esfuerzos verticales resultante de una descarga de 5 t/m2 en la superficie de desplante del cajón; este decremento neto de esfuerzos ∆p1 pasa de 5 t/m2 en dicho desplante a casi cero más allá de 45 m de profundidad. Así pues, en cualquier elemento del suelo bajo vertical del punto A, la trayectoria de esfuerzos verticales netos es la que va de la 1 a 2 en la figura 1b.

Integrando los incrementos de relación de vacíos ∆e1–2 correspondientes a dicha trayectoria para todas las profundidades de 6 m a 45 m en un perfil de suelos representativo se obtiene la expansión total en el punto A. Esta resulta de aproximadamente 13 cm, y tal sería el movimiento diferencial entre un punto A’ de la superficie de rodamiento sobre el cajón y un punto B cualquiera a distancia suficientemente grande del paso a desnivel. La magnitud de dicho movimiento diferencial parece aceptable en condiciones como las del subsuelo de nuestra capital.

Sin embargo, todos sabemos que los pasos a desnivel referidos no se comportaron como se describe en el párrafo anterior, sino que su movimiento con respecto a los alrededores ha sido en realidad un orden de magnitud mayor, es decir, más de un metro en todos los casos. ¿Qué falló en su diseño? Sabemos que no fue la exploración y caracterización de los suelos, ni la medición de sus propiedades, ni el procedimiento de cálculo de las expansiones, ni la teoría en que este cálculo se basó. Lo que hizo que los movimientos verticales se subestimaran tan grandemente fue la ocurrencia de una eventualidad ahora muy familiar pero en ese tiempo sólo identificable mediante la imaginación: que los estratos entre 6 y 45 m de profundidad fueran alcanzados años después por abatimientos piezométricos de magnitud desconocida, cuyo efecto sería producir hundimientos mucho menores bajo los cajones que en sus alrededores.

En efecto. Si, después de que un elemento de suelo bajo el punto A se expandió de 1 a 2 en la figura 1b, sufre un abatimiento piezométrico, el esfuerzo vertical efectivo en él aumenta en ∆p2 y sigue la trayectoria de 2 a 3, lo que produce un  asentamiento proporcional a ∆e2–3. Por su parte, bajo el punto B, no afectado por  la obra, un abatimiento piezométrico de la misma magnitud que bajo A produce la  trayectoria de esfuerzos de 1 a 4 y asentamientos proporcionales a ∆e1–4, una vez que los abatimientos piezométricos alcanzan, con cualquier distribución, los estratos a profundidades entre 6 y 45 m, el punto B siempre se hundirá mucho más que el A y el A’ y, en consecuencia, el cajón parecerá emerger con respecto a sus alrededores, que es lo que sucedió y cualquier observador puede atestiguar. En la tabla 1 se muestran los movimientos verticales de A’ y B con el supuesto imaginario de que el abatimiento piezométrico consistiese en un descenso del nivel freático de diversa magnitud.

Obsérvese que considerar los abatimientos piezométricos en el subsuelo permite inmediatamente prever que los asentamientos diferenciales podrían ser un orden de magnitud mayores que los calculados sin ese supuesto, como en realidad ha ocurrido.

Cada nuevo metro de abatimiento piezométrico seguirá produciendo en el futuro mayor movimiento diferencial, por lo que ya urge tomar alguna medida correctiva.

El fenómeno no es exclusivo de los pasos a desnivel descritos, sino de toda obra con sobrecompensación significativa en el subsuelo compresible de la Ciudad de México sujeto a cambios piezométricos. Cabe preguntarse si hay remedio. Para el caso específico de los pasos a desnivel se ha propuesto lastrar de alguna manera los cajones a fin de reponer las 5 t/m2 de peso que les falta para estar compensados. Esto habría sido buena decisión inicial, pero como correctivo sería más costoso de lo que es necesario. Lo deseable ahora no es revertir los movimientos diferenciales ya ocurridos, sino asegurar que éstos no crezcan. Con este fin basta aplicar un lastre de magnitud tal que a toda profundidad a lo largo de la vertical del punto A el suelo pase de un punto como el 3 de la curva e-log p (figura 1b), en que actualmente se encuentra, al punto 1. El lastre necesario para este propósito puede ser significativamente menor de 5 t/m2, y por tanto el costo de la reparación será también menor