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Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

Generalidades

Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico

Lima, diciembre, 2017

Cimentación Profunda

Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil

Centro de Educación Continua

3Cimentación ProfundaCEC - 2017

Contenido del Curso

• Generalidades

– Problemática

– Pilotes

– Estudios Geotécnicos

– Resistencia al esfuerzo de corte

– Método de Ejecución

Cimentaciones Profundas

• Problemática

– Fallas en Estructuras

– Definiciones

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

Fallas en Estructuras

Grandes Asentamientos - Edificaciones

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

Grandes Asentamientos - Puentes

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

Grandes Asentamientos - Edificaciones

8Diseño Geométrico de Cimentaciones Superficiales

Superficie de falla generada

Asentamiento

Definiciones

Criterios de Diseño en Cimentaciones

Las cimentaciones deben cumplir las siguientes condiciones:

• Evitar desplazamiento por fallas por corte.

• Evitar asentamientos por reducción de volumen.

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

Cajones

Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas - Pilotes

EncepadoViga

riostre

Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas - Cajones

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

Propuesta de mecanismo de distribución de esfuerzos por punta y fuste.

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 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 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)

Pilote Flotante Pilote Columna

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

• Pilote• Micropilotes.

pilotesmicropilotes

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

Aislado Grupo de Pilotes

• Pilote aislado• Grupo de pilotes

• Estudio Geotécnicos aplicados a cimentaciones Profundas

– 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

Exploración directa

• 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.

Trincheras

Calicata

Excavación a cielo abierto – Calicatas y trincheras

• Equipo

⁻ Mecánico

• Ventajas

⁻ Rapidez

• Desventaja

⁻ Extracción de muestras alteradas⁻ Dificultad en materiales arenosos

secos y saturadosEquipo de perforación rotativo

Muestras extraídas

Perforaciones

• 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

Ensayos de Resistencia in-situ

Ensayo de Dilatómetro

Ensayos de Rigidez

Ensayo de Presurómetro

Ensayos de Rigidez

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

Método Reemplazo de agua

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

Exploración indirecta

• Ensayos

– Refracción Sísmica

– Resistividad Eléctrica

– Ensayos Nucleares (densidad in-situ)

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

– Resistencia al Corte

– Estimación de Parámetros

Muros Pantalla Excavaciones Zapatas

Talud sumergido Presas de tierra Muros de gravedad

Formas de Fallas por Corte

Resistencia al esfuerzo cortante que moviliza 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.

Resistencia Cortante

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

: Parámetro de cohesión

: Parámetro de fricción

¿Siempre lineal?

Estado de esfuerzo de corte actuante en suelos

Curva empírica!!!

Línea recta

Estimación de Parámetros de Resistencia al Corte

Envolvente de fallaEstado de

esfuerzo de corte en la falla

Criterio de Resistencia de FallaCirculo de Mohr

Plano de falla

En suelo sin cohesión:

Esfuerzo desviador

Esfuerzo principal menor

Esfuerzo principal mayor

• Corte Directo• Triaxial• Compresión Simple

Corte Directo TriaxialCompresión Confinada

Compresión Simple Compresión no-Confinada

Ensayos de Laboratorio - Tipos

• La muestra esta sujeta a únicamente a un esfuerzo normal.• El ensayo es realizado en condiciones drenadas.

Esquema del Ensayo

Generalidades

Corte Directo

CEC - 2017 Cimentación Profunda

• El esfuerzo es aplicado en el plano de falla, “esfuerzo tangencial”.• Las deformaciones generadas se denominan “deformaciones de

corte”.

Antes del ensayo Después del ensayo

Generalidades

• Consiste en mantener constante el esfuerzo normal y aumentar el esfuerzo tangencial hasta la falla.

Corte Directo

Equipo de Corte Directo (CISMID, UNI)

Generalidades - Equipo

Corte Directo

Ensayo in-situ

Esquema del Ensayo

Preparación de muestras

Ejecución del ensayo

Corte Directo

Generalidades - Ensayos a Gran escala

Corte Directo

Generalidades - Ensayos a Gran escala

Corte Directo

• Control del esfuerzo de confinamiento• Control de la presión de poros.

Generalidades

Ensayo Triaxial

Equipo Triaxial (CISMID, UNI)

Generalidades - Equipo

CEC - 2017

Ensayo Triaxial

Cimentación Profunda

• Ensayo No Consolidado - No drenado (UU) Construcción rápida en arcillas blandas Análisis al final de la construcción de presas de tierra

• Ensayo Consolidado - Drenado (CD) Construcción en arenas. Construcción lenta en arcillas. Análisis en el estado de infiltración constante de presas de tierra.

• Ensayo Consolidado - No Drenado (CU) Construcción rápida sobre arcillas sobreconsolidadas. Análisis de desembalse rápido de presas de tierra.

Generalidades - Tipos

Ensayo Triaxial

Preparación de la muestra

Generalidades - Procedimiento

Instalación en la cámara de triaxial

Ensayo Triaxial

• El plano de falla es generado durante el ensayo.

Ensayo Triaxial

• Sin confinamiento lateral• Requiere muestras inalteradas.

Generalidades

Compresión simple

Preparación de la muestra

Compresión simple

• Método Constructivo

Pilote Barrenado Sin Sostenimiento

Método Constructivo

Pilote Barrenado Sin Sostenimiento

Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos

Pilote Excavado con camisa recuperable

Pilote Perforado con hélice

Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable

Bibliografía Básica

• Murthy, V., Geotechnical Engineering: Principles and Practices of Soil Mechanicsand Foundation Engineering , 2002.

• Bowles, J., Foundation Analysis and Design, 2001.

GRACIAS POR LA ATENCIÓN

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Cimentacion profundas

EXCAVACIONES PROFUNDAS

• Zapatas Profundas

Ex Situ / In Situ Moravia

MICOSIS PROFUNDAS

Cimentaciones profundas