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Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com
Cimentación Profunda
Aspectos Teóricos y de Calculo
Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico
Lima, Agosto, 2017
Estudio Geotécnico para Edificaciones
Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil
Centro de Educación Continua
• Aspectos Generales
• Pilotes
• Estudios Geotécnicos
• Resistencia al esfuerzo de corte
• Método de Ejecución
• Capacidad Portante
3Cimentación ProfundaCEC - 2017
Contenido del Curso – Cimentación Profunda
4Cimentación ProfundaCEC - 2017
• Aspectos Generales
– Problemática
– Definiciones
Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Niigata, 1964)
Problemática
Grandes Asentamientos - Edificaciones
5Cimentación ProfundaCEC - 2017
Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Kobe, 1995)
Problemática
Grandes Asentamientos - Puentes
6Cimentación ProfundaCEC - 2017
Fenómeno de Consolidación en Suelos Arcillosos. (Torre de Pisa, Italia)
Problemática
Grandes Asentamientos - Edificaciones
7Cimentación ProfundaCEC - 2017
El suelo de fundación debe garantizar que la estructura no presente problemas de capacidad de soporte y asentamientos que puedan alterar la estatura proyectada sobre esta.
Esta condición debe ser tanto en condiciones estáticas y dinámica
Definiciones
El Suelo de Fundación
8Cimentación ProfundaCEC - 2017
Se utilizan cuando el suelo de fundación superficial (estrato) no presenta capacidad de soportar cargas (estáticas o dinámicas) elevadas o están sujetos a procesos erosivos.
En tal sentido, la cimentación profunda trasmitirá las cargas al estrato mas resistente (suelo de fundación).
Definiciones
Aplicación de Cimentaciones Profundas
9Cimentación ProfundaCEC - 2017
Definiciones
Muro pantallaPilotes
Tipos de Cimentaciones Profundas
Caisson
10Cimentación ProfundaCEC - 2017
Definiciones
Tipos de Cimentaciones Profundas - Pilotes
Fuste
Punta
EncepadoVigas riostre
11Cimentación ProfundaCEC - 2017
Definiciones
Tipos de Cimentaciones Profundas - Caisson
12Cimentación ProfundaCEC - 2017
Definiciones
Tipos de Cimentaciones Profundas – Muro pantalla
13Cimentación ProfundaCEC - 2017
14Cimentación ProfundaCEC - 2017
• Pilotes
– Aspectos generales
– Mecanismo de transferencia de carga
– Uso de Pilotes en cimentaciones
– Tipos
• Los pilotes son elementos
estructurales utilizados para
cimentación de estructuras y que
permite trasladar las cargas actuantes
hasta un estrato resistente del suelo.
• Este tipo de cimentación se utiliza
cuando la opción de cimentación
superficial se hace inviable, técnica o
económicamente.
Aspectos Generales
15Cimentación ProfundaCEC - 2017
Las cargas actuantes pueden ser soportadas por la fricción lateral y/o por la base.
Aspectos Generales
16Cimentación ProfundaCEC - 2017
Mecanismo de Transferencia de Carga
Distribución de cargas
17Cimentación ProfundaCEC - 2017
Mecanismo de Transferencia de Carga
Resistencia por fuste y punta
18Cimentación ProfundaCEC - 2017
Cimentación en suelos en suelos potencialmente licuables.
(Oficinas en Talara, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
19Cimentación ProfundaCEC - 2017
Construcción de muros pantalla con pilotes.
(Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
20Cimentación ProfundaCEC - 2017
Construcción de muros pantalla con pilotes.
(Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
21Cimentación ProfundaCEC - 2017
Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo.
(Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
22Cimentación ProfundaCEC - 2017
Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo.
(Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
23Cimentación ProfundaCEC - 2017
Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar.
(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
24Cimentación ProfundaCEC - 2017
Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar.
(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
25Cimentación ProfundaCEC - 2017
Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar.
(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
26Cimentación ProfundaCEC - 2017
Tipos
27Cimentación ProfundaCEC - 2017
Tipos
28Cimentación ProfundaCEC - 2017
Tipos
29Cimentación ProfundaCEC - 2017
Tipos
30Cimentación ProfundaCEC - 2017
Tipos
31Cimentación ProfundaCEC - 2017
Tipos
32Cimentación ProfundaCEC - 2017
e) Según el diámetro:Los Pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos:
• Pilote• Micropilotes.
pilotesmicropilotes
Tipos
33Cimentación ProfundaCEC - 2017
e) Según la disposición:Los pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos:
Aislado Grupo de Pilotes
• Pilote aislado• Grupo de pilotes
Tipos
34Cimentación ProfundaCEC - 2017
35Cimentación ProfundaCEC - 2017
• Estudio Geotécnicos
– Metodología de la Investigación Geotécnica
– Exploración de campo directa
– Exploración de campo indirecta
Recopilación de Información
Reconocimiento Geológico
Planificación de la Exploración y de Muestreo
Exploración de Campo (in-situ)
Selección de Muestras
Ensayos de Laboratorio
Interpretación de la Investigación
Caracterización Geotécnica
36Cimentación ProfundaCEC - 2017
Metodología de la Investigación Geotécnica
Directa Indirecta
In-situ
• Excavación a Cielo Abierto
• Perforación (rotativas)
• Ensayos de Penetración
• Ensayos de Resistencia in-situ
• Ensayos de Densidad in-situ
• Refracción Sísmica
• Resistividad Eléctrica
• Ensayos Nucleares
37Cimentación ProfundaCEC - 2017
Exploración de Campo
Excavación a Cielo Abierto (Calicatas y/o Trincheras)
Perforación (rotativas)
Ensayos de Penetración (SPT, LPT, DPL, CPT, etc.)
Ensayos de Resistencia in-situ (Veleta, Presurómetro, Dilatómetro, Corte
Directo, etc.)
Ensayos de Densidad in-situ
Tipos
38Cimentación ProfundaCEC - 2017
Exploración directa
Calicatas y Trincheras
• Equipo:
⁻ Manual y Mecánico
• Ventajas
⁻ Extracción de muestras: alteradas e inalteradas
⁻ Observación directa de las muestras y de la
sensibilidad de la resistencia a la excavación.
⁻ Ejecución de Ensayos in-situ: Corte Directo,
Permeabilidad, Densidad Natural.
• Desventajas
⁻ Limite de profundidad de excavación.
⁻ Inestabilidad de las paredes (presencia de agua,
material suelto).
⁻ Modificación del terreno (modificación de la
superficie).
Trincheras
Calicata
39Cimentación ProfundaCEC - 2017
Excavación a cielo abierto
• Equipo
⁻ Mecánico
• Ventajas
⁻ Rapidez
• Desventaja⁻ Extracción de muestras alteradas⁻ Dificultad en materiales arenosos secos y
saturados Equipo de perforación rotativo
Muestras extraídas
40Cimentación ProfundaCEC - 2017
Perforaciones
Tipos
• SPT (Ensayo Estándar de Penetración)
• CPT (Cono Dinámico)
• VST (Ensayo de Veleta)
• DMT (Ensayo de Dilatómetro)
41Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Penetración
Ensayo Estándar de Penetración
Aspectos Básicos
• Norma ASTM D 1586
• Muestreador cilíndrico
partido
• Martillo (140-lbs cae 30
pulgadas) (63.5-kg cae
0.76 m)
42Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Penetración
Ensayo Estándar de Penetración
Valores típicos en suelos granulares:
Valores típicos en suelos finos:
43Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Penetración
Cono Dinámico
Aspectos Básicos
• Norma ASTM D 5778
• Cono metálico electrónico -
punta de aprox. 60°
• Empuje hidráulico a 20 mm/s
• No se obtienen muestras
• Medición continua de
esfuerzos
44Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Penetración
Cono Dinámico (Cont.)
Equipo Resultados
45Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Penetración
Ensayo de Veleta
Aspectos Básicos:
• Norma ASTM D 2573
• Ejecutado dentro de un
sondeo o en superficie
• Cuchillo de 4 lados se
entierra en limos y arcillas
para medir
46Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Resistencia in-situ
Ensayo de Veleta
47Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Resistencia in-situ
Ensayo de Dilatómetro
48Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Resistencia in-situ
Ensayo de Presurómetro
49Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Resistencia in-situ
Ensayo de Cono de Arena
• Este método de ensayo se usa
para determinar el peso unitario
(densidad) de los suelos en el
terreno.
• Norma ASTM D1556-64
50Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Densidad in-situ
Ensayo Lugeon
Aspectos Básicos
• Se realiza con sondeos, únicamente en
rocas consolidadas, para medir la
permeabilidad.
• Consiste en medir el volumen de agua (V)
que se inyecta durante un tiempo (t), en
un tramo de sondeo de longitud (L) a una
presión (Ht).
51Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ
Ensayo Lugeon
Ensayos en superficie Ensayos en túneles
52Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ
Ensayo Lefranc
Aspectos básicos
• Se utiliza en suelos permeables o
semipermeables, de tipo granular, situados
por debajo del nivel freático, y en rocas muy
fracturadas.
Esquema del ensayo
53Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ
Ensayos:
• Refracción Sísmica
• Resistividad Eléctrica
• Ensayos Nucleares (densidad in-situ)
54Cimentación ProfundaCEC - 2017
Exploración indirecta
Aspectos básicos
• La Sísmica de Refracción está
basada en la observación de los
tiempos de llegada de los
primeros movimientos del
terreno en diversos sitios,
generados por una fuente de
energía específica en un sitio
determinado.
Esquema de medición de la ondas
55Cimentación ProfundaCEC - 2017
Refracción sísmica
• El conjunto de datos obtenido en la
adquisición de datos consiste de
registros de tiempo versus distancia.
• Estas series son interpretadas en
términos de la profundidad a
interfaces entre capas de suelo y de
las velocidades de propagación de la
onda P (o S) en cada capa.
• Estas velocidades están controladas
por los parámetros elásticos que
describen el material.
Esquema de medición de la ondas
Resultados típicos
56Cimentación ProfundaCEC - 2017
Refracción sísmica
Aspectos Básicos
• Detectar y localizar cuerpos y
estructuras geológicas
basándose en su contraste
resistivo.
• Consiste en la inyección de
corriente continua, o de baja
frecuencia, en el terreno
mediante un par de electrodos
y la determinación, mediante
otro par de electrodos, de la
diferencia de potencial.
Esquema del ensayo
Resultados típicos
57Cimentación ProfundaCEC - 2017
Resistividad Eléctrica
Aspectos básicos
• Determinar la Humedad y la Densidad
Seca de los suelos en el campo mediante
métodos nucleares, sin tener que
recurrir a métodos de intervención física.
• Se determina la Densidad mediante la
trasmisión, directa o retrodispersada, de
los rayos gamma, cuantificando el
número de fotones emitidos por una
fuente de Cesio-137.
• Los detectores ubicados en la base del
medidor detectan los rayos gamma y un
microprocesador convierte los conteos
en una medida de Densidad. Equipo
58Cimentación ProfundaCEC - 2017
Ensayos Nucleares – Densímetro nuclear
Estimación de Parámetros mediante correlación con ensayos de campo y laboratorio• Lectura recomendada:
59Cimentación ProfundaCEC - 2017
Comentarios
60Cimentación ProfundaCEC - 2017
• Resistencia al Esfuerzo de Corte
– Formas de Fallas por Corte
– Metodología de la Investigación Geotécnica
– Exploración de campo directa
– Exploración de campo indirecta
Muros Pantalla Excavaciones Zapatas
Talud sumergido Presas de tierra Muros de gravedad
Formas de Fallas por Corte
61Cimentación ProfundaCEC - 2017
Resistencia al esfuerzo cortante actuante que ofrece el material (suelo) en lasuperficie de falla.
Esquema de superficie de falla y zona de
corte.
Esfuerzo Actuante
Esfuerzo Resistente
Efecto combinado
de cohesión y
fricción
Tensiones
actuantes en el
plano de falla.
Tensiones actuantes en el plano de
falla.
Concepto de Resistencia Cortante
62Cimentación ProfundaCEC - 2017
63Cimentación ProfundaCEC - 2017
Estados de esfuerzos
Criterio de Falla – Mohr-Coulomb
La resistencia al corte puede serestimada de acuerdo al criteriode falla “Mohr-Coulomb”.
La ecuación de la envolvente de falla representa la “ecuación de resistencia del suelo”:
Donde (parámetros de resistencia):
tan nc
c
: Parámetro de cohesión
: Parámetro de fricción
n
¿Siempre lineal?
Estado de esfuerzo de corte actuante en suelos
Curva empírica!!!
Línea recta
Estimación de parámetros de Resistencia al Corte
Envolvente de falla
• Corte Directo• Triaxial• Compresión Simple
Corte Directo TriaxialCompresión Confinada
Compresión Simple Compresión no-Confinada
Ensayos de Laboratorio - Tipos
Estimación de parámetros de Resistencia al Corte
MÉTODO CONSTRUCTIVO
66Cimentación ProfundaCEC - 2017
Pilote Barrenado Sin Sostenimiento
MÉTODO CONSTRUCTIVO
67Cimentación ProfundaCEC - 2017
Pilote Barrenado Sin Sostenimiento
MÉTODO CONSTRUCTIVO
68Cimentación ProfundaCEC - 2017
Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos
MÉTODO CONSTRUCTIVO
69Cimentación ProfundaCEC - 2017
Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos
MÉTODO CONSTRUCTIVO
70Cimentación ProfundaCEC - 2017
Pilote Excavado con camisa recuperable
MÉTODO CONSTRUCTIVO
Pilote Excavado con camisa recuperable
MÉTODO CONSTRUCTIVO
Pilote Perforado con hélice
MÉTODO CONSTRUCTIVO
73Dinámica de Suelos – Cimentación Profunda - Pilotes2017 - I
Pilote Perforado con hélice
MÉTODO CONSTRUCTIVO
74Dinámica de Suelos – Cimentación Profunda - Pilotes2017 - I
Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable
MÉTODO CONSTRUCTIVO
75Dinámica de Suelos – Cimentación Profunda - Pilotes2017 - I
Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable
MÉTODO CONSTRUCTIVO
76Dinámica de Suelos – Cimentación Profunda - Pilotes2017 - I
Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com
Cimentación Profunda
Aspectos Teóricos y de Calculo
Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico
Lima, Agosto, 2017
Estudio Geotécnico para Edificaciones
Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil
Centro de Educación Continua
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