UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

GEOTECNIA

CONCEPTOS GENERALES

DOCENTE: Ing. DIONICIO MILLA SIMÓN

SEMESTRE ACADÉMICO: 2012 - II

Huancayo - Junín

MECÁNICA DE SUELOS • Estudio de las propiedades del suelo: identificación, clasificación, resistencia al corte, deformación. • Interacción suelo-estructura. • Conduce a soluciones numéricas. • Formulación de modelos matemáticos.

GEOLOGÍA APLICADA • Tipos de depósitos. • Ubicación de fallas y discontinuidades de las rocas. • Calidad de la roca para cimentación.

MECÁNICA DE ROCAS. • Obras de excavación en rocas. • Túneles. • Antes se aplicaba solo en minería y petróleo.

CIMENTACIONES

CONCEPTOS GENERALES

Ing. José Luis Carrasco

Se pretende brindar los criterios y conceptos que deben ser tomados en cuenta en el diseño de cimentaciones.

El objetivo de una cimentación es proporcionar el medio para que las cargas de servicio se transmitan al terreno produciendo en este, esfuerzos que puedan ser resistidos con seguridad sin generar asentamientos o con asentamientos tolerables.

1. INTRODUCCIÓN

• Tomar conciencia de la importancia de la geotecnia durante las etapas de diseño, construcción y supervisión (control).

• Conocer los criterios para la definición del tipo de cimentación.

• Conocer y aplicar la normativa actual que rige en nuestro país (Norma E.050).

2. OBJETIVOS GENERALES

• Conocer las diferentes técnicas de exploración del subsuelo y elegir el más adecuado para un proyecto específico.

• Estimar y limitar los asentamientos de las estructuras.

• Calcular adecuadamente la capacidad de carga admisible del terreno (entender el comportamiento del terreno).

• Tener el criterio suficiente para recomendar un tipo de cimentación.

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• CIMENTACIONES SUPERFICIALES

• ZAPATAS AISLADAS

• ZAPATAS CORRIDAS

• LOSAS DE CIMENTACIÓN

• CIMENTACIONES PROFUNDAS

• PILOTES

• PILAS

4. TIPOS DE CIMENTACIONES

• LAS CONDICIONES DEL SUBSUELO (Comportamiento)

• EL ASENTAMIENTO TOLERABLE DESEADO Y

• LA CARGA DE LA SUPERESTRUCTURA (Carga de servicio)

5. CRITERIOS DE ELECCIÓN DEL TIPO DE CIMENTACIÓN

Para determinar que tipo de cimentación es técnica y económicamente viable se debe tener conocimiento de:

6.1. Definir el programa de exploración

6.2. Interpretar los resultados de los ensayos

de campo y laboratorio

6.3. Elegir y diseñar el tipo de cimentación

6.4. Elaborar el informe

6. ESTUDIO GEOTÉCNICO (Exploración del subsuelo)

6.1.1.- Recolección de información existente.

6.1.2.- Reconocimiento del lugar.

6.1.3.- Hipótesis del terreno

6.1.4.- Técnicas de prospección.

6.1. PROGRAMA DE EXPLORACIÓN

Deberá estar orientado a la obtención de los parámetros necesarios para la determinación de la capacidad de carga del terreno.

6.1.1.- Recolección de información existente.

• Identificar el tipo de estructura a construir y su uso general (importancia).

• Cargas de servicio a transmitir al terreno.

• Espaciamiento de columnas, distribución de cargas.

• Estudios previos, geología, topografía, fotos aéreas, sismicidad, etc.

6.1. PROGRAMA DE EXPLORACIÓN

6.1.2.- Reconocimiento de lugar.

• Topografía.- Evaluación de evidencias de deslizamientos ocurridos, grietas, derrumbes, rellenos, filtraciones de agua, tipos de edificaciones vecinas y sus estados, etc.)

• Observación de los perfiles del subsuelo en trincheras naturales o excavaciones adyacentes, usual en obras lineales como carreteras.

• Evaluación de los procesos geodinámicos externos en el sector.

6.1. PROGRAMA DE EXPLORACIÓN

6.1.3.- Hipótesis del sub suelo.

Una vez recolectada toda la información preliminar y habiéndose reconocido el lugar, se debe plantear una hipótesis razonable sobre el perfil del terreno a encontrar.

Esta hipótesis será la base para la elección del método de exploración y de muestreo, orientados a la obtención de los parámetros necesarios para la estimación de la capacidad de carga del terreno.

6.1. PROGRAMA DE EXPLORACIÓN

6.1.4.- Técnicas de prospección.

• Calicatas y/o trincheras a cielo abierto.

• Exploración con barra posteadora.

• Ensayos in situ en sondeos (SPT, DPL y otros.)

• Perforaciones profundas con recuperación muestras.

• Estaciones geomecánicas (en macizos rocosos)

• Ensayos geofísicos (Refracción sísmica, Masw, otros)

6.1. PROGRAMA DE EXPLORACIÓN

6.1.4.- Técnicas de prospección.

CALICATAS Y/O TRINCHERAS Constituye una de las técnicas más eficaces para la exploración directa del subsuelo y permite la obtención de muestras con fines de investigación. Pueden ser ejecutadas manualmente o con maquinaria. En caso sea necesario, se deberán entibar las paredes.

6.1. PROGRAMA DE EXPLORACIÓN

Calicatas y/o trincheras

OJO: Es importante hacer un buen

registro de calicatas

Calicatas y/o trincheras

AUSCULTACIONES CON BARRA POSTEADORA (NTP 339.161 / ASTM D1452) Este equipo consiste en una cuchara de 10” de longitud por 2” de diámetro, unido a una tubería de F°G° de 1” de diámetro y 40” de longitud, que van añadiéndose según necesidad; en la parte superior lleva una manivela con la finalidad de cortar y extraer muestra del suelo. Este método reemplaza a la calicata en suelos donde el nivel de agua es alto sin alterar el medio donde se realiza el ensayo.

La profundidad alcanzada será la que se permita o sea indicada en campo y dependerá de los tipos de suelo (por lo general se aplica sólo para suelos cohesivos normalmente consolidados).

6.1.4.- Técnicas de prospección.

Auscultaciones con barra posteadora

Es importante realizar un buen muestreo

6.1.4.- Técnicas de prospección.

ENSAYO DE SPT • Método de ensayo dinámico común en el Perú y Sudamérica.

• Consiste en introducir un toma muestras en el interior de un sondeo realizado previamente, determinando la resistencia del suelo a la penetración, al tiempo que permite obtener una muestra para su identificación.

6.1. PROGRAMA DE EXPLORACIÓN

Muestreador del SPT

Ensayo estándar de SPT

ENSAYO DE SPT

6.1.4.- Técnicas de prospección.

Muchos países han establecido sus propias correlaciones empíricas para sus suelos

CORRELACIONES A PARTIR DEL ENSAYO DE N SPT

6.1.4.- Técnicas de prospección.

Terzaghi Peck, (1948)

Arenas Arcillas

6.1.4.- Técnicas de prospección.

Consiste en el hincado continuo en tramos de 10 cm de una punta cónica de 60º utilizando la energía de un martillo de 10 kg de peso, que cae libremente desde una altura de 50 cm. Este ensayo nos permite obtener un registro continuo de la resistencia del terreno a la penetración, existiendo correlaciones para encontrar el valor “n” de resistencia a la penetración estándar en función del tipo de suelo, para cada 10 cm de hincado. (ver gráfico adjunto).

ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA LIGERA (DPL) – (NTP 339.159 / DIN 4094)

6.1.4.- Técnicas de prospección.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

0 10 20 30 40 50

1.00

1.40

2.00

3.00

3.40

4.00

4.50

ML

CH

SC

ENSAYO DE DPL

6.1.4.- Técnicas de prospección.

Cuando se requieren, pueden obtenerse muestras continuas a lo largo de la perforación. Normalmente, las perforaciones se acompañan con ensayos de SPT, cono de Peck, veleta.

Existen diversas técnicas de perforación cuya elección depende del diámetro, de la profundidad de exploración y tipo de terreno.

PERFORACIONES PROFUNDAS

ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA

6.1.4.- Técnicas de prospección – métodos indirectos

Método indirecto más usual para estimar el perfil estratigráfico del subsuelo. Permiten cubrir grandes extensiones siendo relativamente económicos.

DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE TENDIDO

L

h L > 4h - 3h

Ubicación del ensayo de refracción sísmica

ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA

6.1.4.- Técnicas de prospección

ENSAYO DE RESISTIVIDAD ELÉCTRICA VERTICAL - SEV

6.1.4.- Técnicas de prospección – métodos indirectos

Valores representativos de la resistividad (Tomado de Braja Das, quinta edición 2006)

6.1. Definir el programa de exploración

6.2. Interpretación de los resultados

6.3. Elección y diseño de l tipo de cimentación

6.4. Elaboración del informe

6. ESTUDIO GEOTÉCNICO (Exploración del subsuelo)

• Evaluar e interpretar los resultados de los ensayos de laboratorio

• Evaluar e interpretar los resultados de los ensayos de campo

• Evaluar las condiciones geodinámicas del entorno al sitio del proyecto

6.2. Interpretación de los resultados

6.1. Definir el programa de exploración

6.2. Interpretación de los resultados

6.3. Diseño del tipo de cimentación

6.4. Elaboración del informe

6. ESTUDIO GEOTÉCNICO (Exploración del subsuelo)

• Cimentaciones superficiales

• ZAPATAS AISLADAS

• ZAPATAS CORRIDAS

• LOSAS DE CIMENTACIÓN

• Cimentaciones profundas

• PILOTES

• PILAS

6.3 Elección y diseño de tipos de cimentación

6.1. Definir el programa de exploración

6.2. Interpretación de los resultados

6.3. Elección y diseño de l tipo de cimentación

6.4. Elaboración del informe

6. ESTUDIO GEOTÉCNICO (Exploración del subsuelo)

• Definir el alcance del estudio • Identificar las condiciones geodinámicas del sector . • Detallar las exploraciones de campo y ensayos de laboratorio efectuados. (presentar hojas, registros, resultados). •Describir las condiciones del subsuelo (planos, ubicación de las exploraciones geotécnicas) . •Definición de la capacidad de carga admisible del terreno y los asentamientos permitidos (diferenciales y/o totales). Memorias de cálculo. •Conclusiones y limitaciones de la investigación.

6.4. Elaboración del informe (memoria descriptiva)

Una adecuada investigación geotécnica permitirá además:

• Identificar la presencia de agua subterránea y/o de sustancias nocivas en el terreno como sales, sulfatos, etc.

• Identificar y evaluar la presencia de suelos difíciles. (colapsables, expansivos, licuables, rellenos, etc.)

• Recomendar el tipo de cimentación y protegerla frente a ataques químicos.

Consideraciones adicionales

NORMA PERUANA E.050

SUELOS Y CIMENTACIONES

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

Aplicación y limitación de ensayos de auscultación

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

Profundidad de los sondeos

Profundidad de los sondeos

Otros autores:

Profundidad de los sondeos según el ancho del edificio y el número

de pisos. Braja Das 2005

Para hospitales y edificios de oficinas. Sowers Sowers 1970

Espaciamiento de los sondeos

Espaciamientos aproximados. Sowers Sowers 1970

• En carreteras cada 250 a 500m, según el tipo de estudio (factibilidad, detalle). •En puentes, presas dependerá del criterio del ingeniero geotécnico en coordinación con el ingeniero estructural.

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

Cargas a utilizar

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

Asentamientos tolerables

• En todo estudio de suelos se deberá indicar el asentamiento tolerable que se ha considerado para la edificación o estructura motivo del estudio. El asentamiento diferencial (Figura N°5) no debe ocasionar distorsión angular mayor que la indicada en la tabla N° 8. • En caso de suelos granulares el asentamiento diferencial, se puede estimar como el 75% del asentamiento total. •En caso de tanques elevados y similares y/o estructuras especiales el asentamiento tolerable no deberá superar el requerido para la correcta operación de la estructura

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

Asentamientos tolerables

Tabla 8: Distorsión angular a

Figura 5: Asentamiento diferencial

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

Presión de carga admisible

La determinación de la presión admisible, se efectuará tomando en cuenta los siguientes factores:

7. NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES

Adopción de la presión admisible

Será la menor de la que se obtenga mediante: a) La aplicación de las ecuaciones de capacidad de

carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente (Ver artículo 16 de la norma E.050)

FS=3 (Para condiciones estáticas) FS=2.5 (Para solic. Máx sismo o viento)

a) La presión que cause el asentamiento tolerable.

NORMA PERUANA E.050

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

Relación profundidad versus Ancho de base

qult

g1

g2 Ancho B

qult = cNCSC + g1DfNq + 0.5Bg2NgSg

Df

Df / B < 5

Cimentación superficial

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

Profundidad de cimentación

La profundidad de cimentación quedará definida por el profesional responsable y estará condicionada a cambios de volumen por humedecimiento-secado, hielo deshielo, o condiciones particulares de uso de la estructura no debiendo ser menor de 0.80m en el caso de zapatas y cimientos corridos. Las losas de cimentación deben ser losas rígidas de concreto armado cimentado a una profundidad de 0.40m, medida desde la superficie del terreno o desde el piso terminado, la que sea menor.

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

RESTRICCIONES

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES (NORMA E.050)

NORMA PERUANA E.050

CIMENTACIONES PROFUNDAS

CAPÍTULO 5: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

PILOTES HINCADOS

Hincado de pilote Franki Pilote metálico

SITUACIONES DONDE SE REQUIEREN DE PILOTES

ESTIMACIÓN DE LA LONGITUD DEL PILOTE

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

Consideraciones en el cálculo de la capacidad de carga Dentro de los cálculos de capacidad de carga de los pilotes no se deben considerar los estratos licuables, aquellos de muy baja resistencia , suelos orgánicos ni turbas.

ECUACIONES PARA ESTIMAR LA CAPACIDAD DE CARGA DE UN PILOTE

Resistencia por fricción Resistencia por punta

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

Factores de seguridad

MÉTODOS ESTÁTICOS RECOMENDADOS POR LA FHWA

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

Espaciamiento de pilotes

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

Espaciamiento de pilotes

FRICCIÓN NEGATIVA

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

ASENTAMIENTOS

En el cálculo del asentamiento del pilote aislado se considerarán: • El asentamiento debido a la deformación axial del pilote. • El asentamiento generado por la acción de punta y • El asentamiento generado por la carga transmitida por fricción. En el caso de suelos granulares, el asentamiento del grupo está en función del asentamiento del pilote aislado.

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

ASENTAMIENTOS – Suelos cohesivos

En el caso de pilotes en suelo cohesivo, el principal componente del asentamiento, en este caso, puede reemplazarse al grupo de pilotes por una zapata imaginaria ubicada a 2/3 de la profundidad del grupo de pilotes, de dimensiones iguales a la sección del grupo, y que aplica la

carga transmitida por la estructura.

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

CIMENTACIÓN POR PILAS

Las pilas excavadas son elementos estructurales de concreto vaciados in-situ, con diámetro mayor a 1m con o sin refuerzo de acero y con o sin fondo ampliado.

La capacidad e carga de un pilar deberá ser calculado de acuerdo a los mismos métodos estáticos utilizados en el cálculo de pilotes . Se tomarán en cuenta los efectos por punta y fricción

VENTAJAS DE LAS PILAS

• Fácil construcción en arenas que hincar pilotes.

• Ausencia de martillos de hincado que provocan ruidos y dañan estructuras vecinas. • En arcillas, no existe levantamiento de pilas o movimiento lateral como en pilotes hincados. • Se puede inspeccionar la base del pozo. • Se emplea equipo ligero para su construcción. •La campana proporciona mayor resistencia a la tracción e incrementa su resistencia por punta.

CAPÍTULO 4: CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)

Acampanamiento en la base circular de la pila

Aflojamiento del suelo circundante

Se podrá acampanar el pilar en el ensanchamiento de la base a fin de incrementar la capacidad de carga de la pila, siempre y cuando no exista peligro de derrumbes.

El aflojamiento del suelo circundante deberá controlarse por: a) Rápida excavación del fuste y vaciado de concreto b) Mediante el uso de un forro en la excavación del fuste c) Por aplicación del método del lodo de bentonítico

PILAS

Fuente: