Inf Puente Coatzacoalcos Freyssinet

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS

PUENTE COATZACOALCOS I

EN COATZACOALCOS

VERACRUZ

Informe preparado para

EURO ESTUDIOS

S A DE C V

México D F enero del 2012

2

RESUMEN

Se presentan los resultados del estudio de Mecánica de Suelos con

la descripción de los trabajos de campo, ensayes de laboratorio y

análisis de gabinete que se efectuaron para revisar la cimentación

del puente Coatzacoalcos I, que se localiza en el km 2 de la

carretera Coatzacoalcos – Puerto Juárez, en el estado de Veracruz.

El puente se localiza al poniente de la ciudad de Coatzacoalcos y

cruza el río del mismo nombre.

Las características del subsuelo se investigaron mediante la

ejecución de ocho sondeos de penetración estándar y cuatro

sondeos selectivos. La profundidad máxima a la que se llevaron fue

de 51.44 m respecto a su brocal. Se hace notar que los sondeos se

efectuaron desde la superficie de rodamiento del puente.

La estratigrafía del subsuelo corresponde con series de depósitos de

origen aluvial característicos de un río estable cercano a su

desembocadura.

Los depósitos más superficiales están constituidos por una serie de

lechos de arena de compacidad variable, mezclados con arcilla,

grava y conchas combinados en proporciones variables. A mayor

profundidad se encontraron depósitos de arcilla color gris claro, de

alta plasticidad y consistencia media a muy blanda, con muy poca

arena y conchas, así como depósitos de arena y arcilla también

combinados en proporciones variables.

Hacia el final de los sondeos se encontraron depósitos formados

por arena compacta a muy compacta, que son adecuados para

apoyar la nueva cimentación que se propone para algunas de las

pilas.

En el Capítulo 5 se presentan los resultados de los análisis

efectuados para estimar el factor de seguridad de los apoyos

estudiados contra una falla por capacidad de carga del suelo,

considerando que su cimentación está resuelta con cilindros huecos

de concreto reforzado.

3

Teniendo en cuenta que en algunos casos la punta de los cilindros

quedó apoyada sobre suelos de mala calidad, se propone re –

cimentar algunos ejes del puente mediante pilas coladas en el lugar

apoyadas en los depósitos competentes descritos. En el Capítulo 5

se presentan los resultados de los análisis de capacidad de carga y

de asentamientos, el módulo de reacción vertical y la variación del

módulo de reacción horizontal con la profundidad, así como la

clasificación sísmica del lugar.

Finalmente se incluyen las conclusiones del estudio y se dan las

recomendaciones que deberán seguir para re – cimentar los ejes

que lo requieren.

4

CONTENIDO

PAGINA

RESUMEN 2

CONTENIDO 4

NOMENCLATURA 7

1 INTRODUCCION 10

1.1 Descripción del sitio 10

1.2 Descripción del puente 10

1.3 Alcance 11

2 CAMPO 12

2.1 Inspección de la zona 12

2.2 Exploración del subsuelo 12

3 LABORATORIO 12

3.1 Pruebas índice 12

3.2 Pruebas mecánicas 13

3.2.1 Resistencia al esfuerzo cortante 13

3.2.2 Deformabilidad 14

4 ESTRATIGRAFIA 14

4.1 Perfil estratigráfico 14

4.2 Propiedades mecánicas 21

5

CONTENIDO

PAGINA

4.2.1 Resistencia al esfuerzo cortante 21

4.2.2 Deformabilidad 21

4.3 Condiciones hidráulicas 22

5 ESTUDIO GEOTECNICO 23

5.1 Cimentación actual 23

5.2 Re – cimentación 24

5.3 Capacidad de carga 24

5.4 Asentamientos 25

5.5 Módulo de reacción vertical 26

5.6 Módulos de reacción horizontal 26

5.7 Zonificación sísmica 26

6 RECOMENDACIONES DE CONSTRUCCION 26

6.1 Generales 26

6.2 Perforación y colado de pilas 27

7 CONCLUSIONES 27

8 REFERENCIAS 29

9 TABLAS 30

10 FIGURAS 39

6

CONTENIDO

11 REPORTE FOTOGRAFICO

12 ANEXOS

- Procedimientos de exploración y muestreo

- Pruebas de laboratorio, resultados e interpretación

- Procedimiento constructivo de las pilas.

7

NOMENCLATURA

A contenido de arena

Ap área de la punta de la pila

ABD avance con broca drag

ABT avance con broca tricónica

c parámetro de cohesión

Cc coeficiente de curvatura

Cu coeficiente de uniformidad

CU prueba de consolidación

d diámetro de la punta de la pila, brazo de palanca de la fuerza resistente

D brazo de palanca de la fuerza actuante

D10 diámetro tal que el 10 % de las partículas son menores que él



Dr densidad relativa

e relación de vacíos

F contenido de finos

FA fuerza actuante

FR fuerza resistente

FS factor de seguridad

G contenido de grava

Gw grado de saturación

IP índice de plasticidad

8

kh módulo de reacción horizontal

kv módulo de reacción vertical

li longitud del arco i

LL límite liquido

LP límite plástico

MA momento actuante

Me módulo de deformación elástico

Mep

módulo de deformación unitaria elasto – plástico

MR momento resistente

N número de golpes en la prueba de penetración estándar

NA nivel del agua

Nc , Nq

factor de capacidad de carga

poz presión total

Ph presión hidráulica

PPH peso propio de la herramienta

Qpa capacidad de carga neta admisible por punta

qu resistencia en compresión no confinada

s resistencia al esfuerzo cortante

SS sondeo selectivo

SPE sondeo de penetración estándar

SUCS Sistema Unificado de Clasificación de Suelos

Ss densidad de sólidos

TC 40 tubo cédula 40

9

TSP tubo Shelby hincado a presión

TSR tubo Shelby hincado a presión y a rotación

Txr prueba triaxial de resistencia

uoz presión hidrodinámica actual a la profundidad z

factor de rigidez

asentamiento total

asentamiento diferencial

incremento de esfuerzo

deformación unitaria

ángulo de fricción interna

peso volumétrico natural

vp relación entre la deformación diferida y la elasto – plástica inmediata

σ esfuerzo efectivo

σc esfuerzo de confinamiento

σm esfuerzo efectivo medio

σod esfuerzo efectivo al nivel de apoyo de la pila

1

esfuerzo principal mayor

3

esfuerzo principal menor

b esfuerzo crítico

d

esfuerzo desviador

oz

esfuerzo efectivo original a la profundidad z

contenido de agua .

10

1 INTRODUCCION

Se presentan los resultados del estudio de Mecánica de Suelos con la revisión geotécnica de

la cimentación del puente Coatzacoalcos I, que se ubica en el km 2 de la carretera

Coatzacoalcos – Puerto Juárez, en el estado de Veracruz.

El puente se localiza al poniente de la ciudad de Coatzacoalcos y cruza el río del mismo

nombre. En la figura 1 del Capítulo 10 se presenta la localización de la zona, y en la figura

2 se consigna su ubicación en detalle. En la fotografía 1 del Capítulo 11 se consigna una

vista aérea del puente.

Para hacer la revisión indicada, la empresa EURO ESTUDIOS S A de C V ( EE ) solicitó

al suscrito la ejecución del estudio de Mecánica de Suelos correspondiente. Para ello fue

necesario conocer la estratigrafía del subsuelo y las propiedades mecánicas de sus

principales depósitos, y con base en ellas hacer el estudio correspondiente de estabilidad.

1.1 Descripción del sitio

El puente se encuentra 4.5 km aguas arriba de la desembocadura del río Coatzacoalcos en el

Golfo de México. Como la zona es casi plana, seguramente su fondo está sometido tanto a

la erosión que causa el agua que el río descarga en el mar durante cada época de lluvias,

como al flujo inverso que produce el mar por el aumento de su nivel cuando hay marea alta.

Esta condición, seguramente entre otras, influye en la forma que tiene el fondo del cauce.

La vegetación de las márgenes está formada por árboles y matorrales de mediana altura, así

como abundantes pastizales.

En el reporte fotográfico que se presenta en el Capítulo 11 se pueden observar varias vistas

del sitio, del puente y de los trabajos efectuados.

1.2 Descripción del puente

Tiene una longitud aproximada de 984 m y su estructura está resuelta mediante trabes y

columnas de concreto reforzado dispuestos en claros que varían entre 20 y 33 m de

longitud.

Entre los ejes 20 y 28 cruza la Isla Pajaritos, y entre los ejes 12 y 13 tiene una armadura de

acero elevable para permitir la navegación.

11

En la figura 3 se presenta el perfil de la rasante del puente con sus elevaciones, en la figura

4 se consigna la planta y un corte del mismo, y la figura 5 contiene la sección transversal de

las trabes y las losas.

La cimentación del puente se resolvió mediante cilindros huecos de concreto. Debido al

mal comportamiento del eje 29 fue necesario revisarla, por el asentamiento que tiene y que

ocasionó que sus trabes longitudinales se tocaran al desaparecer la holgura que

originalmente tenían ( ver la referencia 1 del Capítulo 8 ).

En el reporte fotográfico que se consigna en el Capítulo 11 se presentan varias vistas del

puente, incluyendo las condiciones actuales del eje 29. En ellas se puede notar el

desplazamiento de la junta.

1.3 Alcance

De acuerdo con las indicaciones de EE, para el estudio del subsuelo se efectuaron ocho

sondeos de penetración estándar y cuatro sondeos selectivos. La profundidad máxima a la

que se llevaron fue de 51.44 m respecto a su brocal. En el Capítulo 2 se describen

brevemente los trabajos de campo efectuados.

El Capítulo 3 contiene la descripción de los ensayes de laboratorio que se hicieron para

determinar las principales características índice y las principales propiedades mecánicas de

los depósitos que constituyen el subsuelo.

La estratigrafía, características índice y propiedades mecánicas de cada uno de los

depósitos encontrados se presentan en el Capítulo 4, así como las condiciones hidráulicas

en que se encuentra el subsuelo.

El Capítulo 5 contiene un resumen de los análisis de capacidad de carga de la cimentación

actual del puente en los ejes en que se conoce la profundidad de apoyo de los cilindros de

cimentación, así como los resultados obtenidos de los análisis efectuados para la re –

cimentación propuesta en los casos en que se requiere. En los análisis se incluye la

capacidad de carga, los asentamientos, el módulo de reacción vertical, la variación del

módulo de reacción horizontal con la profundidad y la clasificación sísmica del lugar.

Las recomendaciones para construir la re – cimentación propuesta se presentan en el

Capítulo 6. Las conclusiones del estudio se encuentran en el Capítulo 7.

Los Capítulos 8 a 11 contienen las referencias, tablas, figuras y el reporte fotográfico que se

mencionan en el cuerpo del informe.

Finalmente en el Capítulo 12 se presentan tres anexos donde se describen los

procedimientos de exploración y muestreo usados, los resultados de los ensayes de

laboratorio y las recomendaciones para la construcción de la nueva cimentación.

12

2 CAMPO

2.1 Inspección de la zona

Se realizaron recorridos por la superficie del puente, por su parte inferior usando una lancha

y por sus alrededores para identificar los principales problemas geotécnicos de la

estructura, incluyendo el eje 29 que tiene sus trabes longitudinales a tope por el

asentamiento que sufrió su cimentación.

2.2 Exploración del subsuelo

De acuerdo con las instrucciones de EE, para conocer la estratigrafía y las propiedades de

los materiales del subsuelo se realizaron los siguientes trabajos de campo

a Ocho sondeos de penetración estándar ( SPE – 1 a 8 ) llevados entre 35.14 y

51.44 m de profundidad respecto a su brocal. Con ellos se obtuvo el número

de golpes necesario para avanzar 60 cm en el subsuelo, así como muestras

representativas en forma continua con la profundidad. En los depósitos muy

densos donde el número de golpes fue superior a 50 se avanzó utilizando una

broca tricónica o drag.

b Cuatro sondeos de muestreo inalterado selectivo ( SS – 2, 4, 6 y 8 ) llevados

entre 32.20 y 42.90 m de profundidad respecto a su brocal. Con ellos se

extrajeron muestras inalteradas de los principales depósitos del subsuelo.

En la figura 6 se consigna la localización de los sondeos, y en las figuras 7 a 14 se presenta

su perfil estratigráfico, indicando el tipo de muestreo efectuado y la descripción de los

materiales encontrados.

En las tablas 1 y 2 del Capítulo 9 se presentan sus principales características.

Se hace notar que los sondeos se efectuaron desde la losa del puente para trabajar de

manera segura y estable, sin los efectos nocivos de la variación del nivel del agua en el

cauce.

En el Capítulo 11 se presentan varias vistas de los trabajos de campo. Finalmente en el

Capítulo 12 se describe con detalle la forma como se efectuaron los sondeos.

3 LABORATORIO

3.1 Pruebas índice

Las muestras se clasificaron en forma visual y manual en húmedo y en seco, y se determinó

su contenido natural de agua.

13

Adicionalmente se realizaron los siguientes ensayes en muestras seleccionadas

a límites de consistencia líquido y plástico en los suelos finos

b lavado por la malla 200 en las mezclas de suelos finos con arena

c granulometría por mallas en los suelos granulares.

Sus resultados se presentan en el perfil de cada sondeo a la profundidad correspondiente.

Con esta información se formó el perfil estratigráfico de cada uno, como se indica en las

figuras 7 a 14.

Con estos resultados se identificaron los principales depósitos que constituyen el subsuelo,

clasificándolos conforme al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos ( SUCS ).

Todos los ensayes de laboratorio se efectuaron como se indica en la referencia 2 del

Capítulo 8.

3.2 Pruebas mecánicas

Una vez definida la estratigrafía del subsuelo se realizaron las pruebas mecánicas

necesarias para determinar las propiedades de resistencia al esfuerzo cortante y

deformabilidad de sus principales depósitos.

Los ensayes de laboratorio se realizaron en las mejores muestras inalteradas representativas

de los estratos investigados.

3.2.1 Resistencia al esfuerzo cortante

Para conocer la variación con la profundidad de los parámetros de resistencia al esfuerzo

cortante de los estratos arcillosos, se realizaron 15 pruebas de compresión simple ensayadas

hasta la falla.

En las pruebas de compresión simple el esfuerzo máximo alcanzado es representativo de la

consistencia natural del material ensayado.

Adicionalmente se efectuaron 17 pruebas triaxiales en los principales depósitos del suelo.

Las pruebas se efectuaron con tres ó cuatro probetas cada una ensayadas a diferentes

confinamientos.

Todas las pruebas fueron del tipo consolidada – no drenada.

14

3.2.2 Deformabilidad

A partir de las pruebas triaxiales se calculó la variación de los módulos de deformación

elástica y elasto – plástica contra el esfuerzo de confinamiento. Además, para investigar los

parámetros que definen el comportamiento esfuerzo – deformación – tiempo de los

depósitos más blandos del subsuelo, se efectuaron 15 ensayes de consolidación

unidimensional en muestras inalteradas seleccionadas.

Estas pruebas se programaron y realizaron conforme al criterio recomendado en la

referencia 3.

4 ESTRATIGRAFIA

4.1 Perfil estratigráfico

Utilizando los resultados de campo y laboratorio se formó la columna estratigráfica del

subsuelo en cada sondeo, según se consigna en las figuras 7 a 14. Con base en ellas se

elaboró el corte estratigráfico que se presenta en la figura 15. Utilizando esta información y

los resultados de los sondeos SPE – 1, 4 y 8 se hará la descripción estratigráfica que sigue

SPE – 1

Elevación + 94.98 m

DEPOSITO

PROFUNDIDAD

(m)

DESCRIPCION

I De 0.00 a 2.40 Arena color café oscuro, semicompacta a compacta, con

poca arcilla. El número de golpes obtenido en la prueba

de penetración estándar varió entre 13 y 30.

II De 2.40 a 5.40 Arena color café oscuro, compacta, con poca arcilla. El

número de golpes obtenido en la prueba de penetración

estándar varió entre 11 y 45.

III De 5.40 a 8.00 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y

consistencia blanda, con arena. El número de golpes

obtenido en la prueba de penetración estándar varió

entre 2 y 4.

IV De 8.00 a 9.60 Arena color gris oscuro, muy suelta, con arcilla. El



15

V De 9.60 a 12.00 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y

consistencia blanda a muy blanda, con muy poca arena.

El número de golpes obtenido en la prueba de

penetración estándar varió entre cero y 3.

VI De 12.00 a 13.80 Arcilla color gris oscuro, de alta plasticidad y

consistencia blanda a media, con muy poca arena. El



VII De 13.80 a 15.00 Arcilla color café gris, de alta plasticidad y consistencia

muy blanda, con muy poca arena. El número de golpes

obtenido en la prueba de penetración estándar resultó

nulo.

VIII De 15.00 a 17.40 Arcilla color gris verde, de alta plasticidad y

consistencia muy blanda, con muy poca arena. El


estándar resultó nulo.

IX De 17.40 a 18.00 Arcilla color café gris, de alta plasticidad y consistencia

blanda, con muy poca arena. El número de golpes

obtenido en la prueba de penetración estándar resultó de

3.

X De 18.00 a 19.20 Arena color gris oscuro, suelta, con arcilla. El número

de golpes obtenido en la prueba de penetración estándar

varió entre 7 y 8.

XI De 19.20 a 20.40 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y



entre 2 y 3.

XII De 20.40 a 22.80 Arcilla color gris verde, de alta plasticidad y

consistencia media a rígida, con muy poca arena. El



XIII De 22.80 a 24.60 Arcilla color gris claro, de baja plasticidad y

consistencia muy rígida, con muy poca arena. El



XIV De 24.60 a 27.00 Arcilla color gris claro, de alta plasticidad y consistencia

rígida a muy rígida, con poca arena. El número de

golpes obtenido en la prueba de penetración estándar

varió entre 11 y 16.

XV De 27.00 a 27.60 Arena color gris claro, semicompacta, con poca arcilla.


penetración estándar resultó de 12.

16

XVI De 27.60 a 30.00 Arcilla color gris claro, de alta plasticidad y consistencia

rígida, con arena. El número de golpes obtenido en la

prueba de penetración estándar varió entre 11 y 13.

XVII De 30.00 a 31.20 Arcilla color gris claro, de alta plasticidad y consistencia

muy rígida, con arena. El número de golpes obtenido en

la prueba de penetración estándar varió entre 17 y 18.

XVIII De 31.20 a 31.60 Arcilla color gris claro, de alta plasticidad y consistencia

dura, con arena. El número de golpes obtenido en la

prueba de penetración estándar resultó de 47.

XIX De 31.60 a 36.98 Arena color café gris, muy compacta, con poca arcilla.


penetración estándar resultó superior a 50.

La elevación del brocal del sondeo se midió respecto al nivel de la losa del puente con base

en la figura 3.

SPE – 4


DEPOSITO

PROFUNDIDAD

(m)

DESCRIPCION

I De 0.00 a 0.25 Losa de concreto.

II De 0.25 a 9.80 Gálibo.

III De 9.80 a 20.40 Tirante de agua.

IV De 20.40 a 24.00 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y

consistencia muy blanda, con muy poca arena y grava.



V De 24.00 a 25.20 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y

consistencia muy blanda a media, con arena. El número


varió entre cero y 7.

VI De 25.20 a 26.40 Arcilla color gris oscuro, de alta plasticidad y

consistencia muy blanda a media, con muy poca arena.



17

VII De 26.40 a 28.80 Arcilla color gris claro, de baja plasticidad y

consistencia media a rígida, con poca arena. El número



VIII De 28.80 a 30.60 Arcilla color gris claro, de baja plasticidad y

consistencia rígida, con muy poca arena. El número de



IX De 30.60 a 31.80 Arcilla color café amarillo, de baja plasticidad y

consistencia muy rígida, con arena. El número de golpes


entre 18 y 22.

X De 31.80 a 33.00 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y

consistencia muy rígida, con muy poca arena. El







XII De 33.60 a 34.80 Arena color café amarillo, semicompacta, con arcilla. El



XIII De 34.80 a 36.00 Arcilla color café gris, de baja plasticidad y consistencia

muy rígida, con arena. El número de golpes obtenido en

la prueba de penetración estándar varió entre 17 y 32.

XIV De 36.00 a 37.20 Arcilla color café gris, de baja plasticidad y consistencia

media a rígida, con arena. El número de golpes obtenido

en la prueba de penetración estándar varió entre 7 y 13.

XV De 37.20 a 39.00 Arena color café gris, semicompacta a compacta, con

arcilla. El número de golpes obtenido en la prueba de

penetración estándar varió entre 19 y 45.

XVI De 39.00 a 40.80 Arena color café gris, muy compacta, con poca arcilla.



XVII De 40.80 a 44.25 Arcilla color gris claro, compacta a muy compacta, con

poca arcilla. El número de golpes obtenido en la prueba

de penetración estándar varió entre 43 y más de 50.


en la figura 3.

18

SPE – 8


DEPOSITO

PROFUNDIDAD

(m)

DESCRIPCION

I De 0.00 a 0.20 Losa de concreto.

II De 0.20 a 2.80 Gálibo.

III De 2.80 a 4.00 Grava empacada en arena color café, suelta a

semicompacta, con arcilla. El número de golpes


entre 8 y 16.

IV De 4.00 a 5.20 Arcilla color café amarillo, de baja plasticidad y



entre 2 y 3.

V De 5.20 a 6.40 Arcilla color café gris, de baja plasticidad y consistencia

media a rígida, con arena. El número de golpes obtenido

en la prueba de penetración estándar varió entre 5 y 10.

VI De 6.40 a 7.50 Arena color gris oscuro, suelta, con arcilla. El número


varió entre 4 y 7.

VII De 7.50 a 8.80 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y



3.

VIII De 8.80 a 10.00 Arena color gris oscuro, muy suelta a suelta, con arcilla.



IX De 10.00 a 11.20 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y



3.

X De 11.20 a 13.60 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y

consistencia muy blanda, con arena. El número de


varió entre cero y 2.

19




varió entre 2 y 3.

XII De 14.80 a 16.30 Arena color gris claro, suelta a semicompacta, con poca



XIII De 16.30 a 20.80 Arcilla color gris claro, de alta plasticidad y consistencia



nulo.

XIV De 20.80 a 22.00 Arcilla color gris verde, de alta plasticidad y




XV De 22.00 a 23.20 Arcilla color café gris, de alta plasticidad y consistencia



nulo.

XVI De 23.20 a 25.60 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y



estándar varió entre cero y 1.

XVII De 25.60 a 27.30 Arena color gris claro, semicompacta a compacta, con

poca arcilla y grava. El número de golpes obtenido en la


XVIII De 27.30 a 30.40 Arcilla color gris oscuro, de baja plasticidad y



resultó nulo.

XIX De 30.40 a 31.60 Arcilla color café gris, de alta plasticidad y consistencia

media, con muy poca arena. El número de golpes


5.

XX De 31.60 a 33.40 Arcilla color gris claro, de alta plasticidad y consistencia

blanda a muy blanda, con arena. El número de golpes


entre cero y 2.

XXI De 33.40 a 35.80 Arcilla color café gris, de alta plasticidad y consistencia

rígida, con muy poca arena. El número de golpes


entre 9 y 12.

20

XXII De 35.80 a 36.40 Arena color gris claro, semicompacta, con arcilla. El


estándar resultó de 10.

XXIII De 36.40 a 37.60 Arena color gris claro, semicompacta a compacta, con

arcilla y grava. El número de golpes obtenido en la


XXIV De 37.60 a 38.80 Arena color café claro, semicompacta a compacta, con



XXV De 38.80 a 40.00 Arena color gris claro, muy compacta, con arcilla. El


estándar resultó superior a 50.

XXVI De 40.00 a 41.20 Arena color café gris, muy compacta, con poca arcilla.



XXVII De 41.20 a 43.97 Arcilla color café gris, de baja plasticidad y consistencia

muy dura, con muy poca arena. El número de golpes


superior a 50.


en la figura 3.

La interpretación estratigráfica descrita es fundamental para el diagnóstico del

comportamiento de la cimentación del puente y de su recimentación, ya que estará

determinado por el espesor, deformabilidad y resistencia al esfuerzo cortante de los

depósitos que constituyen el subsuelo, como se describe en el Capítulo 5 de este informe.

De la descripción estratigráfica anterior se pueden extraer las siguientes conclusiones

a La estratigrafía del subsuelo esta formada por depósitos de origen aluvial

característicos de un río estable cercano a su desembocadura. Esto propicia

que los depósitos del suelo sean razonablemente concordantes por grupos de

ellos, como se puede observar en la figura 15.

b La estratigrafía encontrada en el sitio se puede resumir como sigue

21

Los depósitos más superficiales están formados por capas de arena de

compacidad variable desde suelta hasta compacta, mezclados con

arcilla de baja a alta plasticidad, grava y conchas en proporciones

variables. Ninguno de estos depósitos es adecuado para apoyar la

cimentación del puente.

A continuación hay una serie de depósitos de arcilla color café y gris

claro, mezclada con arena en proporciones variables. Estos materiales

son los de menor resistencia al esfuerzo cortante y de mayor

deformabilidad que se encontraron en todo el perfil del subsuelo.

A mayor profundidad hay depósitos de arena color gris claro y café

claro, compacta a muy compacta. Estos materiales son adecuados para

apoyar en ellos una cimentación profunda.

4.2 Propiedades mecánicas

Para conocer el comportamiento mecánico de los principales depósitos del subsuelo se

investigaron los siguientes parámetros mediante pruebas de laboratorio

a resistencia al esfuerzo cortante

b deformabilidad.

4.2.1 Resistencia al esfuerzo cortante

En el perfil de los sondeos selectivos SS – 2, 4, 6 y 8 se consigna la variación de los

parámetros de resistencia al esfuerzo cortante con la profundidad, obtenidos de las pruebas

de compresión simple y compresión triaxial.

En el Capítulo 12 se presentan los resultados de cada una de las pruebas de resistencia

mencionadas, incluyendo la curva esfuerzo – deformación de cada probeta y sus principales

características índice.

4.2.2 Deformabilidad

En los depósitos más deformables del subsuelo se efectuaron 15 pruebas de consolidación

unidimensional. Los resultados de cada prueba se presentan mediante su curva de

compresibilidad en el Capítulo 12.

22

En las figuras 16 a 19 se comparan las curvas de compresibilidad obtenidas para identificar

los depósitos más deformables. De acuerdo con ellas se pueden obtener las siguientes

conclusiones

a Los depósitos más deformables se encuentran en el Grupo A, y sus curvas de

compresibilidad tienen un rango de relación de vacíos que varía entre 0.9 y

2.

b La mayoría de las curvas de compresibilidad pertenecen al Grupo B, y están

comprendidas en un rango de relación de vacíos que varía entre 0.7 y 0.9.

c Los depósitos menos deformables se encuentran en el Grupo C, y sus curvas

de compresibilidad tiene un rango de relación de vacíos menor que 0.5.

4.3 Condiciones hidráulicas

Tomando en cuenta que los sondeos se hicieron en el cauce del río, la presión del agua en el

subsuelo está determinada por el nivel del tirante de agua, y su variación con la profundidad

corresponde con condiciones hidrostáticas.

De acuerdo con lo anterior se calculó el perfil de esfuerzos efectivos en el subsuelo

empleando la expresión 1 ( Ref 4 )

ozozoz upσ ( 1 )

en donde

oz esfuerzo efectivo inicial a la profundidad z, en t/m2

poz presión total inicial a la profundidad z obtenida a partir del peso volumétrico

del material, en t/m2

uoz presión hidrostática actual a la profundidad z considerando hidrostática su

distribución, en t/m2.

Los diagramas de esfuerzos para cada sondeo selectivo se consigan en las figuras 20 a 23,

indicando la variación con la profundidad de la presión total, la presión hidráulica y los

esfuerzos efectivos.

23

5 ESTUDIO GEOTECNICO

5.1 Cimentación actual

La cimentación de cada eje está resuelta con un cilindro hueco de concreto reforzado de 4

m de diámetro exterior, con un tapón de concreto en su extremo inferior, apoyado a las

profundidades que se indican en la tabla 3. Esta información se obtuvo de un estudio

geofísico que EE realizó para este fin. En la figura 24 se consigna el modelo suelo –

estructura con la cimentación del puente y la estratigrafía encontrada.

En la tabla 4 se presenta un resumen de la información que se presenta en la tabla 3,

indicando los ejes que no requieren recimentarse así como los ejes que si lo requieren.

Como procedimiento de re – cimentación se valuaron un número importante de soluciones,

concluyendo que la más eficiente será utilizando pilas de concreto reforzado apoyadas en

los depósitos compactos profundos.

Para revisar el comportamiento de las pilas en estudio, se calculó el factor de seguridad que

tienen ante una falla por capacidad de carga. Para hacer el análisis se planteó un modelo

donde participan las fuerzas actuantes y las fuerzas resistentes que actúan en el cilindro,

tomando en cuenta adecuadamente la estratificación del subsuelo, como se indica en la

figura 25. El factor de seguridad se obtiene como la relación entre los momentos resistentes

y los actuantes mediante la expresión 2 ( Ref 4 )

A

R

M

MFS ( 2 )

en donde

FS factor de seguridad, adimensional

MR momento resistente, en tn m

MA momento actuante, en tn m.

El momento resistente está dado por la fuerza que representa a la resistencia al esfuerzo

cortante de cada depósito a lo largo de la superficie de falla del cilindro, multiplicada por su

brazo de palanca correspondiente.

El momento actuante es el debido a la acción de las cargas vivas más las cargas muertas

considerando el peso del cilindro. Este momento se obtuvo considerando que la resultante de

las cargas pasa por el centroide del cilindro.

24

Todos los ejes del puente en los cuales EE nos proporcionó la profundidad de la punta de

los cilindros de cimentación se pueden reducir a los tres casos de análisis, que se consignan

en la figura 25.

El factor de seguridad obtenido para cada uno de los casos analizados se consigna en la

tabla 5 sin tomar en cuenta la socavación. Si ésta se considera de 6 m ( Ref 1 ), que

corresponde con el espesor del depósito de arena superficial, el factor de seguridad se

reduce como se indica en la tabla 5.

Se debe observar que aunque los factores de seguridad resultaron grandes para los tres

casos estudiados, consideramos que únicamente los cilindros que se encuentran en el caso 2

no requieren re – cimentarse pues están apoyados de punta en un depósito competente.

5.2 Re – cimentación

Con base en los resultados de los sondeos efectuados se llegó a la conclusión de que la

re – cimentación de los apoyos que la requieran se hará con pilas de concreto reforzado,

apoyadas por punta en el depósito de arena muy compacta cuya superficie se encuentra a la

profundidad que se indica en la tabla 6 respecto al brocal de los sondeos.

5.3 Capacidad de carga

Se calculó la capacidad de carga neta admisible de las pilas usando la expresión 3 ( Ref 4 )

prqodcpa AD1NσNcFS

1.2Q ( 3 )

en donde

Qpa capacidad de carga neta admisible por punta, en t

FS factor de seguridad, adimensional

c parámetro de cohesión, en t/m2

Nc , Nq factor de capacidad de carga, adimensional

od esfuerzo efectivo al nivel de apoyo de la pila, en t/m2

Dr densidad relativa del depósito de apoyo, adimensional

Ap área de la punta de la pila, en m2.

25

Sustituyendo los parámetros correspondientes en la expresión 3 se obtuvieron las expresiones

4 y 5

Qpa = 142 d 2 ( para pilas 3 m centro a centro ) ( 4 )

Qpa = 155 d 2 ( para pilas 3.6 m centro a centro ) ( 5 )

en donde d es el diámetro de la punta de la pila y se sustituye en metros.

Para desarrollar la capacidad de carga anterior, las pilas deberán empotrarse 2 m en el depósito

de apoyo que se encontró con los sondeos efectuados.

Para la combinación más desfavorable de cargas permanentes y accidentales los esfuerzos

indicados podrán incrementarse hasta en un 25 %.

5.4 Asentamientos

Los asentamientos que se producirán en las pilas se calcularon utilizando la expresión 6

( Ref 4 )

dΔσvpk1MepνΣδ C ( 6 )

en donde

asentamiento total, en cm

factor de rigidez, adimensional

c factor de confinamiento, adimensional

Mep módulo de deformación elasto – plástico, en cm2/kg

kvp factor que relaciona la deformación elástica inmediata con la viscosa,

adimensional

incremento de esfuerzo que transmite la punta de la pila al suelo, en kg/cm2

d diámetro de la punta de la pila, en cm.

Sustituyendo los valores correspondientes en la expresión 5 se obtuvo que el asentamiento

máximo que se producirá en las pilas será del orden de 0.8 m.

26

5.5 Módulo de reacción vertical

Se calculó utilizando la expresión 7 ( Ref 5 )

kv =

( 7 )

en donde

kv módulo de reacción vertical, en kg/cm3

incremento de esfuerzo, kg/cm2

asentamiento diferencial entre dos pilas vecinas, en cm.

Sustituyendo los valores correspondientes se obtuvo kv = 26.6 kg/cm3.

5.6 Módulos de reacción horizontal

En las figuras 26 a 33 se presenta la variación con la profundidad del módulo de reacción

horizontal de cada uno de los depósitos del subsuelo.

5.7 Zonificación sísmica

El sitio donde se localiza el puente está localizado en la zona B de la Carta de

Regionalización Sísmica de la República Mexicana ( Ref 6 ), como se indica en la figura

34. Los depósitos del subsuelo son de mediana a alta deformabilidad y mediana a baja

resistencia al esfuerzo cortante.

6 RECOMENDACIONES DE CONSTRUCCION

6.1 Generales

a Previamente a cualquier trabajo de recimentación deberán colocar suficientes

puntos de control en la estructura existente. Adicionalmente deberán instalar

un banco de nivel superficial y un banco de nivel profundo en un sitio

cercano a la margen derecha del río, que usarán para referir las nivelaciones.

La ubicación de los puntos de control y de los bancos de nivel deberán

acordarla los Ingenieros Topógrafo, Estructurista y de Mecánica de Suelos

durante una visita al puente.

27

b Todos los puntos de control serán a base de clavos con cabeza de gota

hincados en taquetes de plomo para evitar que puedan destruirlos o retirarlos.

c Una vez instalados todos los puntos de control y los bancos de nivel, se

correrá una nivelación base antes de iniciar la obra.

d Durante toda la etapa de recimentación deberán efectuar nivelaciones

semanales en todos los puntos de control.

e Todas las nivelaciones se deberán referir al banco de nivel profundo y al

superficial para llevar su control topográfico de manera confiable.

6.2 Perforación y colado de las pilas

Las recomendaciones para la perforación y el colado de las pilas se detallan en el Capítulo

12.

Es importante señalar la necesidad de la instrumentación indicada y de una supervisión

del Ingeniero de Mecánica de Suelos, desde el inicio y hasta la terminación de la

re – cimentación. Esta supervisión incluirá el registro e interpretación de las nivelaciones de

los puntos de control.

7 CONCLUSIONES

Con base en los resultados de los trabajos de campo, laboratorio y gabinete se llegó a las

siguientes conclusiones

a La estratigrafía del sitio es propia de los depósitos de origen aluvial

transportados por el río Coatzacoalcos cerca de su desembocadura.

b El subsuelo en el sitio en estudio está constituido principalmente por series

de depósitos de arcilla de baja a alta plasticidad y depósitos de arena de

compacidad variable, intercalados de manera casi concordante.

A continuación se encontraron depósitos constituídos por series de capas de

arcilla de baja plasticidad y de arena.

Hacia el final de los sondeos se encontró un depósito de arena color gris

oscuro y café – amarillo muy compacta, que es adecuado para recibir la

carga que le transmitirán las pilas que se propone construír para recimentar

los apoyos que lo requieran.

28

c La cimentación actual de cada apoyo del puente está resuelta mediante un

cilindro hueco de concreto reforzado de 4 m de diámetro exterior con un

tapón en su punta, apoyado a las profundidades que se indican en la tabla 3,

según el estudio de geofísica realizado por EE.

d Los análisis de capacidad de carga correspondientes se presentan en el

Capítulo 5 y arrojaron los factores de seguridad ante una falla por capacidad

de carga que se indican en la tabla 3.

e Para garantizar el correcto comportamiento de los ejes del puente, es

necesario re – cimentar algunos de ellos. La solución más viable será usando

pilas de concreto reforzado apoyadas en los depósitos profundos de alta

resistencia al esfuerzo cortante.

f En el Capítulo 5 se presentan los resultados de los análisis de capacidad de

carga, asentamientos, módulos de reacción vertical y horizontales para la

solución propuesta. También se indica la clasificación sísmica del sitio.

g En el Capítulo 6 se presentan las recomendaciones que deberán seguir para

construir las pilas adecuadamente.

h Para detectar cualquier efecto de la re – cimentación en la estructura

existente, será necesario llevar un control topográfico permanente de sus

ejes. Se utilizará un banco de nivel profundo y confiable para ello.

i Teniendo en cuenta que el número de sondeos fue limitado, es conveniente

hacer algunos más para identificar correctamente la profundidad a la que se

encuentra el horizonte superior del depósito de arena compacta que se usará

para apoyar las pilas de la re – cimentación. También es necesario medir en

más cilindros su profundidad, para no hacer extrapolaciones que pueden

resultar inseguras.

México D F enero del 2012

A T E N T A M E N T E

ING ROBERTO POUCELL PADRON

M EN I MECANICA DE SUELOS

29

8 REFERENCIAS

1 R Poucell Estudio de Mecánica de Suelos Puente Coatzacoalcos I en

Coatzacoalcos Veracruz México D F mayo del 2011

2 SRH Dirección de Proyectos Departamento de Ingeniería Experimental

Manual de Mecánica de Suelos Quinta Edición México 1970

3 Zeevaert L Consolidation in the Intergranular Viscosity of Highly

Compressible Soils Symposium on Consolidation Behaviour of Soils

ASTM STP 892 Philadelphia 1986

4 Zeevaert L Foundation Engineering for Difficult Subsoil Conditions

2nd Edition Van Nostrand Reinhold Co New York 1982

5 Terzaghi K and Peck R B Soil Mechanics in Engineering Practice John

Wiley and Sons 1969

6 Comisión Federal de Electricidad Instituto de Investigaciones de la

Industria Eléctrica Manual de Diseño de Obras Civiles México 2004.

30

9 TABLAS

1 Localización de los sondeos

2 Características de los sondeos

3 Observaciones de geotecnia

4 Resumen

5 Factores de seguridad

6 Profundidad del depósito de apoyo para las pilas coladas en el lugar.

31

TABLA 1

Localización de los sondeos

Sondeo

Pila

del

puente ( 1 )

Eje del

puente ( 1 )

SPE – 1 3 3

SPE – 2 y SS – 2 6 6

SPE – 3 Torre 2 13

SPE – 4 y SS – 4 20 16

SPE – 5 23 19

SPE – 6 y SS – 6 26 22

SPE – 7 29 25

SPE – 8 y SS – 8 Estribo 37 33

( 1 ) Ver figura 6

32

TABLA 2

Características de los sondeos

SONDEO

DESCRIPCIÓN

TIPO DE

MUESTREO

PROFUNDIDAD

(m)

ELEVACIÓN

( m )

SPE – 1

Sondeo de penetración

estándar combinado con

avance con broca tricónica

ó drag

Alterado mediante la

ejecución de la prueba

de penetración estándar

36.98 + 94.98

SPE – 2




ó drag




35.14 + 95.02

SPE – 3




ó drag




51.44 + 102.73

SPE – 4




ó drag




44.25 + 102.07

SPE – 5




ó drag




39.90 + 101.16

SPE – 6




ó drag




34.20 + 94.01

SPE – 7




ó drag




37.60 + 92.25

SPE – 8




ó drag




43.97 + 97.03

33

TABLA 2

Características de los sondeos

( continuación )

SONDEO

DESCRIPCIÓN

TIPO DE

MUESTREO

PROFUNDIDAD

(m)

ELEVACIÓN

( m )

SS – 2

Sondeo de muestreo

inalterado selectivo

Inalterado con tubos de

acero de 10 cm de

diámetro

33.30 + 95.02

SS – 4

Sondeo de muestreo



acero de 10 cm de

diámetro

42.90 + 102.07

SS – 6

Sondeo de muestreo



acero de 10 cm de

diámetro

32.20 + 94.01

SS – 8

Sondeo de muestreo



acero de 10 cm de

diámetro

40.70 + 97.03

La elevación del brocal de los sondeos se midió respecto al nivel de la rasante del puente,

con base en la figura 3.

34

TABLA 3

Observaciones de geotecnia

Pila

( 1 )

Eje

( 1 )

Profundidad

de las pilas según el

estudio geofísico

( m )

Ubicación de los

sondeos

Observaciones

de

geotecnia

Estribo I 1

2 2

3 3 34.41 SPE – 1 Este apoyo no requiere re – cimentarse

4 4

5

5 33.64

Extrapolando la información de los

sondeos SPE – 1 y 2, este apoyo no

requiere re – cimentarse, aunque debe

observarse que el sondeo SPE – 2

quedó corto

6 6 SPE – 2

7 7

8 8

9

9 37.83

Extrapolando la información del sondeo

SPE – 2 este apoyo posiblemente no

requiere recimentarse, aunque debe

observarse que el sondeo quedó corto.


SPE – 3 este apoyo no requiere

re – cimentarse

10 10

11 11

( 2 )

12 40.36


SPE – 3 , este apoyo no requiere

re – cimentarse

( 3 ) 13 SPE – 3

18 14

19 15

20 16 33.50 SPE – 4 Este apoyo requiere recimentarse

21 17

22 18

23 19 33.68 SPE – 5 Este apoyo requiere recimentarse

24

20

31.08 Extrapolando la información del sondeo

SPE – 5 este apoyo requiere

re – cimentarse

( 1 ) Ver figura 6

( 2 ) Montante 1 de Torre 1


35

TABLA 3

Observaciones de geotecnia

( continuación )

Pila

( 1 )

Eje

( 1 )

Profundidad

de las pilas según el

estudio geofísico

( m )

Ubicación de los

sondeos

Observaciones

de

geotecnia

25

21

29.77


SPE – 6, este apoyo no requiere

re – cimentarse

26 22 SPE – 6

27

23

41.13

No se puede extrapolar la información de

los sondeos SPE – 6 y 7 ya que

quedaron cortos

28 24

29

25 37.49 SPE – 7

No se puede extrapolar la información de

los sondeos SPE – 6 y 7 ya que

quedaron cortos

30 26

31

27 34.56


SPE – 7, este apoyo no requiere

recimentarse.

Extrapolando la información de los

sondeos de la referencia 1, este apoyo

requiere re – cimentarse

32

28 35.57 Extrapolando la información de los

sondeos de la referencia 1, este apoyo

requiere re – cimentarse

33 29

Ver el resultado

de los sondeos

que se presentan

en la referencia 1

34 30

35 31

36 32 36.32


SPE – 8, este apoyo requiere re –

cimentarse.

Estribo 37 33 SPE – 8

( 1 ) Ver figura 6

36

Tabla 4

Resumen

Pila

( 1 )

Eje

( 1 )

Requiere

re – cimentarse

3 3 No

5 5 No

9 9 No

( 2 ) 12 No

25 21 No

20 16 Si

23 19 Si

24 20 Si

31 27 Si

32 28 Si

36 32 Si

( 1 ) Ver figura 6


37

Tabla 5

Factores de seguridad

Caso

Factor de seguridad

sin tomar en cuenta la

socavación

Factor de seguridad

tomando en cuenta

la socavación

1 5.2 3.7

2 7.6 6.0

3 6.0 4.4

38

Tabla 6

Profundidad del depósito de apoyo para las pilas coladas en el lugar

Pila

( 1 )

Eje

( 1 )

Sondeo

SPE

Profundidad ( 2 )

( m )

3 3 1 31.60

6 6 2 29.40

Torre 2 13 3 37.80

20 16 4 39.00

23 19 5 34.30

26 22 6 26.40

29 25 7 32.40

33 29 ( 3 ) 41.90

Estribo 37 33 8 38.80

( 1 ) Ver figura 6

( 2 ) Respecto al brocal de los sondeos

( 3 ) Usando los sondeos de la referencia 1.

39

10 FIGURAS

1 Localización de la zona

2 Localización del puente

3 Perfil topográfico

4 Planta y corte

5 Secciones transversales

6 Localización de los sondeos

7 Perfil estratigráfico del sondeo de penetración estándar SPE – 1

8 Perfil estratigráfico del sondeo de penetración estándar SPE – 2 y del sondeo

selectivo SS – 2



selectivo SS – 4



selectivo SS – 6



selectivo SS – 8

15 Corte estratigráfico

16 Resumen de las curvas de compresibilidad del sondeo selectivo SS – 2




40

20 Perfil de presiones totales, hidráulicas y esfuerzos efectivos en el sondeo de

penetración estándar SPE – 2 y en el sondeo selectivo SS – 2







24 Modelo suelo – estructura

25 Modelo de capacidad de carga

26 Módulos de reacción horizontal del perfil estratigráfico del sondeo de

penetración estándar SPE – 1















34 Regionalización sísmica.

41

11 REPORTE FOTOGRAFICO

1 Vista aérea

2 Vista del puente Coatzacoalcos I hacia la Isla Pajaritos

3 Otra vista del puente Coatzacoalcos I hacia la Isla Pajaritos

4 Vista del estribo poniente

5 Verificación de la ubicación de cada perforación desde la parte baja del

puente

6 Ubicación del sondeo de penetración estándar SPE – 1 junto a la pila 3

7 Vista de la ejecución del sondeo de penetración estándar SPE – 1


9 Ejecución del sondeo de penetración estándar SPE – 2

10 Ubicación del sondeo de penetración estándar SPE – 3 en la zona de la torre 2

11 Otra vista de la ubicación del sondeo de penetración estándar SPE – 3

12 Ademe usado para guiar las barras de perforación durante la ejecución del

sondeo de penetración estándar SPE – 3


14 Ubicación de los sondeos de penetración estándar SPE – 3 y SPE – 4 junto a

la pila 20

15 Ejecución del sondeo de penetración estándar SPE – 4 junto a la pila 20



18 Transporte del equipo de perforación a la Isla Pajaritos

19 Otra vista del transporte de la maquinaria a la Isla Pajaritos

42

20 Equipo de perforación en la balsa

21 Arribo a la Isla Pajaritos

22 Ejecución del sondeo de penetración estándar SPE – 6 junto a la pila 26



25 Perforación de la losa para efectuar el sondeo de penetración estándar

SPE – 8 junto a la pila 37

26 Ubicación del sondeo de penetración estándar SPE – 8

27 Ejecución del sondeo selectivo SS – 2 junto a la pila 6

28 Habilitación del tubo para el ademe del sondeo selectivo SS – 4 junto a la

pila 20

29 Ademe instalado para la ejecución del sondeo selectivo SS – 4

30 Ejecución del sondeo selectivo SS – 6 junto a la pila 26

31 Instalación del ademe para la ejecución del sondeo selectivo SS – 8 junto a

la pila 37

32 Ejecución del sondeo selectivo SS – 8

33 Vista de la junta del eje 29

34 Otra vista de la junta del eje 29

35 Asentamiento en el eje 29.

43

12 ANEXOS

- Procedimientos de exploración y muestreo

- Pruebas de laboratorio, resultados e interpretación

- Procedimiento constructivo de las pilas.

44

PROCEDIMIENTOS DE EXPLORACION

Y MUESTREO

1 Penetración estándar

2 Tubo Shelby

3 Tubo cédula 40

4 Referencias.

45

1 Penetración estándar

La prueba de penetración estándar se efectúa de acuerdo con la norma ASTM D 1586

que indica que debe hacerse hincando en el suelo un tubo estándar de 3.5 cm de diámetro

interior, 5.08 cm de diámetro exterior y 60 cm de longitud, por medio de la energía que le

transmite la caída libre de un martinete de 63.5 kg de peso al dejarlo caer desde una altura

de 76 cm.

El muestreador tiene en su parte inferior una zapata con filo para cortar el suelo en el que se

hinca y en la parte superior un cople para enroscarlo a las barras de perforación.

Durante la ejecución de la prueba se cuenta el número de golpes ( N ) necesario para hincar

la herramienta estándar en el suelo.

Para efectuar la prueba se limpia de caídos el fondo de la perforación con una cuchara o

inyectando agua en ocasiones mezclada con bentonita, se coloca el muestreador en el

fondo de la perforación y se hinca 15 cm en el suelo contando el número de golpes

necesario para hacerlo penetrar. Este procedimiento se repite en los 30 cm siguientes y

finalmente se hincan los 15 cm restantes.

Si por la dureza de los materiales encontrados no es posible realizar la penetración de

cualquiera de los tramos indicados, se retira el penetrómetro y se completa el avance de 60

cm utilizando una broca tricónica o una broca drag. En estos casos el resultado obtenido de

la prueba de penetración estándar se indica mediante un quebrado, en el cual el numerador

es el número N y el denominador es el avance logrado.

El avance con broca tricónica y con broca drag se indica en el perfil estratigráfico

correspondiente mediante las letras ABT o ABD, respectivamente.

Con este procedimiento de exploración y muestreo se logran dos finalidades de gran

importancia que son

a obtener muestras alteradas representativas de los materiales del subsuelo, y

b el resultado de la prueba de penetración estándar.

Con las muestras que se obtienen de la ejecución de esta prueba de campo se determinan las

características índice del subsuelo.

Las muestras se identifican en campo, se protegen de la evaporación y se envían al

laboratorio para obtener sus características índice y su clasificación detallada.

46

La descripción de las herramientas que se utilizan en la prueba, el modo de realizarla y la

interpretación de sus resultados se han estudiado ampliamente en Mecánica de Suelos y

están descritos en cualquier publicación de la especialidad por lo que no se repetirán aquí.

La variación del número de golpes con la profundidad se presenta en forma gráfica en el

perfil estratigráfico correspondiente.

2 Tubo Shelby

La obtención de muestras inalteradas con tubos tipo Shelby se efectuó hincando en el suelo

un tubo de acero de pared delgada a presión y velocidad constantes en los materiales del

subsuelo que permitieron su hincado.

El tubo es de 10 cm de diámetro interno, un metro de longitud y está biselado en su parte

inferior para facilitar el corte del suelo. La penetración del tubo se logra mediante un

cabezal de unión ubicado en su parte superior, que sirve para acoplarlo con las barras que

transmiten la presión.

Para extraer una muestra de suelo se limpia de caídos el fondo de la perforación con una

cuchara o inyectando agua en ocasiones mezclada con bentonita, se coloca el muestreador

en el fondo de la perforación hincándolo a presión y velocidad constantes hasta que penetre

80 cm en el suelo; se deja reposar y se gira para cortar el suelo en el extremo inferior del

tubo y se retira el muestreador.

Las muestras obtenidas con este procedimiento se identificaron en el perfil del sondeo con

las iniciales TSP.

En los depósitos densos se emplearon tubos similares pero dentados en su perímetro de

corte, hincados a presión y aplicando una rotación a muy baja velocidad. Las muestras así

obtenidas se identificaron en el perfil del sondeo con las iniciales TSR.

La descripción de las herramientas que se utilizan y el modo de usarlas se han estudiado

ampliamente en Mecánica de Suelos y están descritos en cualquier publicación de la

especialidad por lo que no se repetirán aquí.

Todas las muestras se identifican en campo, se protegen de la evaporación y se envían al

laboratorio para obtener sus características índice y su clasificación detallada.

3 Tubo cédula 40

La obtención de muestras inalteradas se realizó hincando a golpes un tubo cédula 40 en los

materiales densos del subsuelo.

47

El tubo es de 10 cm de diámetro interno, 30 cm de longitud y está biselado en su parte

inferior para facilitar el corte del suelo. La penetración del tubo se logra mediante un

cabezal de unión ubicado en su parte superior, que sirve para acoplarlo con las barras que

transmiten la energía de hincado.

Para extraer una muestra de suelo se limpia de caídos el fondo de la perforación con una

cuchara o inyectando agua en ocasiones mezclada con bentonita, se coloca el muestreador y

se hinca hasta que penetre 20 cm en el suelo, posteriormente se gira para cortar el suelo en

el extremo inferior del tubo y se retira el muestreador.

Las muestras obtenidas con este procedimiento se identificaron en el perfil del sondeo con

las iniciales TC 40.

Las muestras se identifican en campo, se protegen de la evaporación y se envían al

laboratorio para obtener sus características índice y propiedades mecánicas.

4 Referencias

1 Secretaría General de Obras del Departamento del Distrito Federal

Manual de Exploración Geotécnica México D F 1988

2 ASTM American Society for Testing and Materials 1988

3 Terzaghi K and Peck R B Soil Mechanics in Engineering Practice John

Wiley and Sons 1969.

48

PRUEBAS DE LABORATORIO, RESULTADOS

E INTERPRETACION

1 Pruebas índice

2 Pruebas mecánicas

2.1 Resistencia al esfuerzo cortante

2.2 Deformabilidad

3 Referencias

4 Figuras.

49

1 Pruebas índice

Todas las muestras se clasificaron en forma visual y manual en húmedo y en seco, y se

determinó su contenido natural de agua.

Adicionalmente se efectuaron los siguientes ensayes en muestras seleccionadas

a límites de consistencia líquido y plástico en los suelos finos

b lavado por la malla 200 en las mezclas de suelos finos con arena

c granulometría por mallas en los suelos granulares.

Estas pruebas se efectuaron en forma sistemática y sus resultados se consignan en forma

gráfica en cada perfil, dibujando los resultados obtenidos a la profundidad a la que

corresponde cada muestra ensayada.

Deben observar que los resultados de las pruebas de granulometría por mallas se presentan

en forma condensada en cada perfil, indicando el porcentaje de grava ( G ), arena ( A ) y

suelos finos ( F ) que tuvo cada muestra analizada. En las figuras 1 a 7 se presentan las

curvas de distribución granulométrica obtenidas.

Con base en sus resultados se identificaron los principales depósitos que constituyen

el subsuelo, clasificándolos conforme al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos

( SUCS ).

2 Pruebas mecánicas

Una vez conocida la estratigrafía del subsuelo se efectuaron las pruebas mecánicas

necesarias para determinar las propiedades de resistencia al esfuerzo cortante y

deformabilidad de los principales depósitos del subsuelo. Para ello se utilizaron las mejores

muestras inalteradas que se obtuvieron.

Todas las pruebas mecánicas se realizaron de acuerdo con las referencias 1 y 2.

2.1 Resistencia al esfuerzo cortante

Se realizaron 15 pruebas de compresión simple para conocer el parámetro de cohesión de

los depósitos arcillosos. Cada prueba se efectuó con una probeta. De este resultado se

obtuvo su consistencia natural.

50

En la figuras 8 a 22 se consigna el esfuerzo máximo alcanzado en las pruebas de

compresión simple, así como su curva esfuerzo – deformación unitaria y las principales

características índice de los materiales ensayados.

Además se hicieron 17 pruebas triaxiales de resistencia en los depósitos más importantes

del subsuelo, para conocer su ley de resistencia al esfuerzo cortante mediante sus

parámetros de cohesión y ángulo de fricción interna. En las figuras 23 a 39 se presentan las

curvas esfuerzo – deformación unitaria de cada probeta, el parámetro de cohesión y el

ángulo de fricción interna obtenidos, así como sus principales características índice.

2.2 Deformabilidad

A partir de las pruebas triaxiales se calculó la variación de los módulos de deformación

elástica y elasto – plástica contra el esfuerzo de confinamiento, según se consignan en las

figuras 40 a 56. Estos parámetros se calcularon como se indica en la referencia 2.

También se investigaron las características esfuerzo – deformación – tiempo de los

depósitos arcillosos de alta deformabilidad del subsuelo con 15 pruebas de consolidación

unidimensional. Los resultados de estos ensayes se presentan mediante su curva de

compresibilidad e - log de cada prueba en las figuras 57 a 71.

3 Referencias

1 SRH Dirección de Proyectos Departamento de Ingeniería Experimental

Manual de Mecánica de Suelos Quinta Edición México 1970

2 Zeevaert L Foundation Engineering for Difficult Subsoil Conditions

Van Nostrand Reinhold New York 1982.

4 Figuras

1 Curvas de distribución granulométrica del sondeo de penetración estándar

SPE – 2


SPE – 3

3 Curva de distribución granulométrica del sondeo de penetración estándar

SPE – 4

51


SPE – 5

5 Curva de distribución granulométrica del sondeo de penetración estándar

SPE – 6


SPE – 7


SPE – 8

8 Prueba de compresión no confinada del sondeo SS – 2















23 Prueba triaxial de resistencia ( Txr ) 1 del sondeo SS – 2

52

















40 Variación de los módulos Me y Mep contra el esfuerzo de confinamiento en

la prueba triaxial ( Txr ) 1 del sondeo SS – 2







53



























57 Curva de compresibilidad CU1 del sondeo SS – 2


54













71 Curva de compresibilidad CU4 del sondeo SS – 8.

55

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE LAS PILAS

1 Recomendaciones generales

2 Referencias.

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PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE LAS PILAS

1 Recomendaciones generales

1 Es indispensable que la construcción de las pilas la realice una empresa

especializada, que tenga la experiencia y el equipo de construcción

adecuados.

2 Para garantizar que su construcción se realice en forma contínua, sin

interrupciones y en el menor tiempo posible, previamente a la autorización

del inicio de los trabajos la supervisión deberá verificar que la empresa

contratista cuente en obra con todo el equipo, herramientas y personal que

necesite para la ejecución de su trabajo.

3 Durante la perforación, ademado y colado de las pilas se deberá contar con

una supervisión especializada que sea capaz de garantizar que el desarrollo

del trabajo se lleve a cabo con limpieza y seguridad.

4 La excentricidad máxima permitida durante la construcción de las pilas

será de 5 cm. Adicionalmente el desplome máximo permisible será de 0.5%

de la longitud total de la pila. En caso de excederse estas especificaciones

deberá consultarse con los Ingenieros Estructurista y de Mecánica de Suelos

para tomar las decisiones que procedan.

5 Se preparará una superficie de trabajo con dimensiones tales que permitan la

disposición adecuada de los equipos y la ejecución de las maniobras

necesarias para la perforación, armado y colado de las pilas.

6 Las pilas se harán coladas en el lugar con perforación previa. Pueden

requerir el uso de un ademe metálico recuperable a todo lo largo de la

perforación, para evitar caídos durante el desarrollo de los trabajos. El

ademe metálico recuperable se puede combinar con el uso de un ademe

definitivo, según sea más atractivo en tiempo y economía para la obra. Así

mismo para evitar una falla de fondo de la perforación el constructor y la

supervisión decidirán sobre la necesidad de inundar las perforaciones con

agua; si a pesar de ello ocurre este tipo de falla, se utilizará lodo bentonítico.

Para decidir la necesidad de usar agua, lodo o ademes metálicos se harán dos

pruebas de perforación en campo distribuidas en toda la zona en que se

construirán.

57

7 La perforación se realizará en tantas etapas como sea necesario. Después de

efectuado el primer tramo de perforación se bajará el ademe metálico

recuperable, continuando con la excavación y ademándola para contener los

suelos superficiales, en su caso.

8 Durante la excavación deberán verificar continuamente la verticalidad de las

paredes. Se pueden efectuar comprobaciones rápidas colocando un nivel

sobre la barra Kelly.

9 Previamente a la colocación del armado deberán limpiar perfectamente el

fondo de la base de cada pila, retirando todos los materiales sueltos que se

encuentren.

10 El contratista deberá garantizar que todas las pilas queden desplantadas

sobre material sano, perfectamente libre de azolve.

11 Una vez concluída la perforación de cada pila y colocado el ademe metálico,

se extraerá el agua y/o lodo bentonítico de su interior, porque será

responsabilidad de la supervisión efectuar una inspección visual directa del

apoyo de cada pila, verificando que la perforación quede empotrada la

longitud especificada dentro del depósito de apoyo, y que su desplante se

encuentre libre de azolve.

12 En caso de duda se evitará el colado de cualquier pila y se solicitará al

suscrito las aclaraciones pertinentes y las recomendaciones de construcción

que procedan.

13 A continuación se bajará en cada perforación el armado de la pila, dejando

un recubrimiento mínimo de 10 cm entre las barras de acero principal y las

paredes de la perforación.

14 El armado de cada pila debe ser estable, plomeándolo y centrándolo desde la

superficie.

15 Es importante que el armado quede separado unos 20 cm del fondo de la

perforación, soportándolo desde la superficie.

16 A continuación iniciarán el colado de cada pila por el procedimiento Tremie,

garantizando en todo momento que la trompa de colado esté sumergida en

el concreto fresco un metro como mínimo.

17 Se revisará la tubería antes de colocarla dentro de las perforaciones,

asegurándose del buen estado de las cuerdas y comprobando que no tenga

desajustes entre las uniones de sus tramos que puedan provocar la entrada

del agua en su interior.

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18 Una vez instalada la tubería dentro de la perforación y antes de empezar el

colado, es necesario colocarle en su extremo superior un tapón deslizante

( diablo ) que puede ser una cámara de balón inflada o una esfera de

polipropileno, que tiene como función primordial evitar la segregación del

concreto al iniciar el colado.

19 Al iniciar el colado el extremo inferior de la tubería debe estar ligeramente

arriba del fondo de la perforación ( no más de un diámetro de la tubería )

para que permita la salida del tapón y del primer volúmen de concreto.

Después durante todo el colado, el extremo inferior de la tubería debe

permanecer siempre embebido en el concreto fresco, para lo cual es

indispensable llevar un registro contínuo de los niveles reales del concreto

alcanzados durante su colocación, para que en el momento que se juzgue

conveniente se puedan retirar tramos de la tubería sin el riesgo de que ésta

quede fuera del concreto.

20 El colado deben realizarlo en forma contínua para evitar el peligro de que

durante los lapsos de espera el concreto inicie su fraguado y se provoquen

juntas frías y taponamientos.

21 Conforme progrese el colado de las pilas se retirará la tubería Tremie, hasta

que la cota superior del colado quede cuando menos 0.5 m arriba de su nivel

de proyecto.

22 Para retirar la trompa de cada perforación será necesario que el concreto

salga totalmente limpio.

23 Antes de ligar el acero de refuerzo de las pilas a la cimentación, se deberá

demoler los 0.5 m de la cabeza de la pila que se coló en exceso, ya que en

esta parte el concreto comúnmente está contaminado o segregado.

24 Construyendo correctamente las pilas los hundimientos que sufrirán estarán

dentro de la magnitud indicada en el cuerpo principal de este informe.

2 Referencias

1 Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos Manual de Diseño y

Construcción de Pilas y Pilotes SMMS México 1983

2 D’ Appolonia E D’ Appolonia D J and Ellison R D Drilled Piers

Foundation Engineering Handbook Edited by Winterkorn H F and

Fang H Y New York 1975.

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