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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


• Aspectos Generales

– Problemática

– Definiciones

Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Niigata, 1964)

Problemática

Grandes Asentamientos - Edificaciones


Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Kobe, 1995)

Problemática

Grandes Asentamientos - Puentes


Fenómeno de Consolidación en Suelos Arcillosos. (Torre de Pisa, Italia)

Problemática

Grandes Asentamientos - Edificaciones


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


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


Definiciones

Muro pantallaPilotes

Tipos de Cimentaciones Profundas

Caisson


Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas - Pilotes

Fuste

Punta

EncepadoVigas riostre


Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas - Caisson


Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas – Muro pantalla



• 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


Las cargas actuantes pueden ser soportadas por la fricción lateral y/o por la base.

Aspectos Generales


Mecanismo de Transferencia de Carga

Distribución de cargas


Mecanismo de Transferencia de Carga

Resistencia por fuste y punta


Cimentación en suelos en suelos potencialmente licuables.

(Oficinas en Talara, 2015)

Uso de Pilotes en cimentaciones


Construcción de muros pantalla con pilotes.

(Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015)



Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo.

(Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015)



Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar.

(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)



Tipos


e) Según el diámetro:Los Pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos:

• Pilote• Micropilotes.

pilotesmicropilotes

Tipos


e) Según la disposición:Los pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos:

Aislado Grupo de Pilotes

• Pilote aislado• Grupo de pilotes

Tipos



• 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


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


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


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


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


Perforaciones

Tipos

• SPT (Ensayo Estándar de Penetración)

• CPT (Cono Dinámico)

• VST (Ensayo de Veleta)

• DMT (Ensayo de Dilatómetro)


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)



Ensayo Estándar de Penetración

Valores típicos en suelos granulares:

Valores típicos en suelos finos:



Cono Dinámico

Aspectos Básicos


• Cono metálico electrónico -

punta de aprox. 60°

• Empuje hidráulico a 20 mm/s

• No se obtienen muestras

• Medición continua de

esfuerzos



Cono Dinámico (Cont.)

Equipo Resultados



Ensayo de Veleta

Aspectos Básicos:


• Ejecutado dentro de un

sondeo o en superficie

• Cuchillo de 4 lados se

entierra en limos y arcillas

para medir


Ensayos de Resistencia in-situ

Ensayo de Veleta



Ensayo de Dilatómetro



Ensayo de Presurómetro



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


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).


Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ

Ensayo Lugeon

Ensayos en superficie Ensayos en túneles



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



Ensayos:

• Refracción Sísmica

• Resistividad Eléctrica

• Ensayos Nucleares (densidad in-situ)


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


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


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


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


Ensayos Nucleares – Densímetro nuclear

Estimación de Parámetros mediante correlación con ensayos de campo y laboratorio• Lectura recomendada:


Comentarios


• 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


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



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


Pilote Barrenado Sin Sostenimiento



Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos



Pilote Excavado con camisa recuperable


Pilote Perforado con hélice


73Dinámica de Suelos – Cimentación Profunda - Pilotes2017 - I

Pilote Perforado con hélice



Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable



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