Manual de Cimentaciones Profundas

MANUAL DE CIMENTACIONES

PROFUNDAS

Copyright, México, 2001 Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C. Valle de Bravo No. 19, Col. Vergel de Coyoacán, 14340 México, D.F., MEXICO Tel. 5677-3730; Fax 5679-3676 Página Web: www.smms.org.mx; Correo electrónico: [email protected]

ISBN 968-5350-05-1

Prohibida la reproducción parcial o total de esta publicación, por cualquier medio, sin la previa autorización escrita de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C. ,Total or partial reproduction of this book by any medium, requires prior written consent of the Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C.

Las opiniones expresadas en cada capítulo de este Manual son responsabilidad exdusiva de sus autores. Opinions expressed in each chapter of this Manual are the sole responsibility of their authors.

SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE SUELOS, A.C.

CONSEJO DE HONOR

Leonardo Zeevaert Wiechers Alfonso Rico Rodríguez ( t ) Enrique Tamez González Guillermo Springall Cáram Edmundo Moreno Gómez Carlos Jesús Orozco y Orozco Luis Vieitez Utesa Gabriel Moreno Pecero Raúl López Roldán Raúl Flores Berrones

CONSEJO CONSULTNO

Luis Miguel Aguirre Menchaca Gabriel Auvinet Guichard Luis Bernardo Rodríguez González Raúl Vicente Orozco Santoyo Alberto Jaime Paredes

MESA DIRECTNA 1999-2000

Presidente Mario Jorge Orozco Cruz

Vicepresidente \

Luis Enrique Montañez Cartaxo

Secretario Martin Ramirez Reynaga

Tesorero Antonio Sifuentes Valles

Vocales Felipe Cancino Ltípez Óscar Raúl Couttolenc Echeverria Luis Efrén Chávez Ramirez Víctor Manuel Taboada Urtuzuástegui

Es, en la década de los años 70 cuando los ingenieros geotecnistas involucrados en el diseño y -, Y . construcción de cimentaciones profundas, percibieron la ausencia de un "manual" en el que

convergieran los principales lineamientos para la óptima ejecución de proyectos de esta 1 p: . *- . . . - +- especialidad, y que a su vez posibilitara un elemento de enlace entre diseñadores y ' b * ,- -.s.. ' G t ,-,:+,:, constructores.

( ( f'. - r . 9 -

1. i . %

.+:O * - ' . - ia l . ), . - ..-*AL -. eon una perspectiva orientada a llenar este vacío, un grupo de investigadores geotecnistas del

1: 3 , - - , y , hstituto de Ingeniería de la UNAM, sumando esfuerzos con expertos cimentadores de la .z-; .r - ,

, , - : empresa Solum, perteneciente a ICA, se abocaron a compendiar la experiencia local e -: , .- ,;. - internacional en la materia, con el propósito de materializar el Manual d e Diseño y . CL,. - . r <.

. ' Construcción d e Pilas y Pilotes, cuya primera edición se remonta a 1983 y difundida a . . .; - . 2, -través de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos. . . P i " . , , ... <>'2.-' b, .,,..# . - ,'" ,

. > > : . . . . " >,,&:; .l. :.?<:' I ,' * * .

:.,Dicha publicación rápidamente se hizo merecedora de una amplia aceptación entre diseñadores . .: [ ~; "-: - . : . - r t ,, .? .O. : - , ..% ;-, .,, . . . y constructores de cimentaciones en México y Latinoamérica, convirtiéndose en una referencia

;'.'''?:2;:. : . ..obligada para los profesionales de esta disciplina. En aquel entonces, .el patrocinio del Manual ! g$:{j,; :;:y:. .' .

. . :estuvo. a cargo de ICA, de la Cámara Nacional de la Industria de la Construcción, del Colegio ,.,>t , . , .. : <. ,. . . . y! ;; ;;. :.;.-, , . , . ,.< , '.<.&y.;$,, ..

de Ingenieros Civiles de México y de la .Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos. C.,' . . .. . E , ;< .;.. - .. & :,. .> .:,::*.: ' , ,.

, , I;. :. . Sin embargo, con el transcurso de los años han surgido nuevas teorías, se han renovado los >t., ..;>.,..:: , .

. C ' , - . ' : . , . . ' ,, métodos exploratorios y se ha generalizado la innovación en los procedimientos constructivos .!;l. ..+;<:..? . ' , .en cimentaciones profundas, por lo que era indispensable efectuar una revisión del Manual, de :,y./ .y;;::; , 1 ..: .P., .. .-:U. . acuerdo a las circunstancias del entorno actual en que se desarrolla esta actividad. -.. en di . . ' . , , - . -2 ;, , . _ _.- . < I

,..> & ? . , ...~.' <'. , , . . , Por ello, es muy satisfactorio presentar la nueva versión a la que se ha denominado Manual

.L. .;',. .. ' . , . -de Cimentaciones Profundas, la cual consta de 8 capítulos y considera dos apartados -,-,. .+L.. .

; ,F. .;+..-.. .: . ,

';., , l.-...., ..L..:,;-\. : t..~~exclusivos: uno para el Diseño Estructural y otro para la Redmentación de Estructuras, , L...: .:,?<-

,. ;L - ,... conforme se detalla en el índice correspo'ndiente. . . . i - . : -:..: .

- 0 .tc ? > - .:l., .L . -*. Cabe mencionar que esta publicación es resultado del trabajo y la dedicación de un equipo de

- especialistas en Geotecnia y Estructuras, tanto en los rubros del diseño como de la .:,j .-- + construcción. Además, el cúmulo del material recopilado le confiere un carácter de texto de ,); consulta, ya que los temas han sido abordados con profundidad y denotan la vasta experiencia

5 t <; , - t . ..;- de los autores. . . .:<.,, . .

;,'f ;-:; c : ; :.,<':..;' ' !.",. ' . .

. , . ;:,a< , - 'S . . Sin duda, los lectores de esta obra encontrarán información clara y precisa sobre el diseño y la 1 : . ; construcción, así como la estrecha vinculación entre ambos aspectos, toda vez que este ha sido ;;; : - $e .... 2. el principal objetivo desde la primera edición. . j ;;: ;..:; .,

Ing. Bernardo Quintana Presidente de Empresas ICA

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~ e b i d h a la gran aceptación de la primera edición del "Manual de diseño y construcción de pilas y pilotes", aparecido al inicio de la década de los 80's, que al cabo de pocos años requirió de una segunda reimpresión, hoy día casi agotada, y considerando el rápido avance en las técnicas y métodos ,de cálculo disponibles, la Mesa Directiva 1999-2000 de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos decidió actualizar su contenido considerando la participación de un selecto grupo de profesionales especialistas en el tema.

La elaboración de este manual se asignó al Comité Técnico de. Cimentaciones Profundas de la SMMS que coordina el Ing. Juan J . Schmitter M., quién a su vez nombró un grupo editorial que fue dirigi- de .una .manera acertada por el Ing. Roberto Avelar Cajiga. Este entusiasta grupo se dio a la tarea de proponer los capítulos que contendría el manual, tomando como base el manual anterior. Debido a la gran cantidad de información a procesar, se dividió el trabajo en 8 capítulos de acuerdo con el temario seleccionado y que encabezaron los siguientes especialistas:

TEMA

1. INTRODUCCI~N 2. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 3. DISENO GEOTÉCNICO 4. DISENO ESTRUCTURAL 5. CONSTRUCCI~N 6. RECIMENTACIÓN DE ESTRUCTURAS 7. PRUEBAS DE CARGA 8. CONTROL DE LA CALIDAD

COORDINADOR

Roberto Avelar Cajiga Enrique Santoyo Vdla Jaime Martínez Mier Francisco García Jarque Walter Iván Paniagua Zavala José Antonio Segovia Pacheco René Contreras Galván Marcell Antonio Ríos García

Estos'grupos ,de trabajo se reunieron periódicamente durante varios meses con el fin de establecer los lineamientos generales y coordinar avances. En su oportunidad los manuscritos que se fiefon generando de los diversos temas se enviaron para la revisión de un comité consultor formado por los distinguidos investigadores Miguel P. Romo Organista, Gabriel Auvinet Guichard y Enrique Santoyo Villa, quienes hicieron 'importantes observaciones y contribuciones que se tomaron en cuenta para la edición final del manual.

Más adelante se incluye un listado de todas aquellas personas que de una u otra forma colaboraron para que este manual pudiera salir a la luz; a todas estas personas, y a las que colaboraron directamente .- ... en su elaboración, la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos les agradece sinceramente su desinteresada labor.

Conscientes de que sin duda este manual puede ser perfectible, la SMMS agradecerá los comentarios y observaciones que la comunidad geotécnica emita sobre esta publicación, con el fin de mejorar y enriquecer futuras ediciones.

Jorge Orozco Presidente de la SMMS

PERSONAS QUE COLABORARON EN LA ELABORACIÓN DEL MANUAL ... .. .

Capítulo 1: Introducción

Capítulo 2: Estudios Geotécnicos

Capítulo 3: Diseño Geotécnico

Capítulo 5: Construcción

Capítulo 6: Recimentación de Estructuras ---- - -

Capítulo 7: Pruebas de Carga

Capítulo 8: Control de la Calidad

Revisión técnica del Manual

Revisión de estilo ----.

~ev i s i ónde l formato y edición

Colaboradores en la SMMS

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Diseño de la portada

Roberto Avelar Cajiga

Enrique Santoyo Villa René Contreras Galván

Jaime Martínez Mier Francisco Arias Escudero Aarón Sámano Álvarez . - -- --- - - - -. Francisco Garcia Jarque Javier Alonso García Alejandro García Conde Raú1,Granados Granados Raúl Jean Perrilliat Jaime Ortiz Pulido

Walter Paniagua Zavala - José Antonio Segovia Pacheco

René Contreras Galván Ernesto Holguín La Madrid

Marcell Antonio Ríos Garcia Alma Rosa Ramos Blancas (Anexo) Roberto Parussolo Soldán(Anex0) Antonio Ortiz Chávez (Revisor técnico) Vicente Castillo Hernández (Revisor técnico) Alexander Leyva Pérez (Revisor técnico)

Gabriel Auvinet Guichard Miguel Romo Organista Enrique Santoyo Villa

María de Lourdes Chávez Sandoval *

Luis López Flores Benjamín Silva Zárate --. -. Moisés Huerta Rebeca Reyes Bojórquez Alejandro Mora Contreras

Mariana Orozco de la Cruz

. , A- .T. . "MANUAL DE CIMENTACIONES PROFUNDAS"

1. Introducción

1.1 OBJETIVO

Página

1.2 FACTORES QUE DETERMINAN EL TIPO DE CIMENTACIÓN 1 .1.2.1 Cargas ' '

1.2.2 Suelo 1.2.3 Técnica y economía

1.3 CLASIFICACIÓN DE CIMENTACIONES 1.3.1 Cimentaciones superficiales 1.3.2 Cimentaciones compensadas 1.3.3 Cimentaciones profundas

i 1.4 CLASIFICACIÓN DE CIMENTACIONES PROFUNDAS 1.4.1 Material de fabricación

f 1.4.2 Procedimiento constructivo a 1.4.3 Transmisión de carga al subsuelo

1.5 DESCRIPCIÓN DE PILOTES Y PILAS 1.5.1 pilotes 1.5.2 Pilas 1.5.3 Ventajas y desventajas

1.6 ALGUNAS APLICACIONES ADICIONALES DE PILOTES Y PILAS 1.6.1 Tensión 1.6.2 Suelos expansivos 1.6.3 Erosión 1.6.4 Estructuras vecinas 1.6.5 Pilas cortas

1.7 PROCESO CONVENCIONAL PARA EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCI~N DE CIMENTACIONES PROFUNDAS 8 1.7.1 Estudios geotécnicos .

1.7.2 - . Diseño geotécnico y estructural 1.7.3 Construccih 1.7.4 Control

1

2. Estudios geotécnicos /

2.1 OBJETIVOS Y ETAPAS DE LA EXPLORACIÓN 2.1.1 Objetivos 2.1.2 Etapas de la exploración geotécnica

2.2 INVESTIGACI~N PRELIMINAR

!. 2.2.1 Objetivos

1 2.2.2 Recopilación de la información disponible 2.2.3 Interpretación de fotografías aéreas

i 2.2.4 Recorrido de campo

i

PILOTES DE CONCRETO PRECOLADOS Y PRETENSADOS 4.3.1 Uso de pilotes de concreto precolados y pretensados 4.3.2 Diseño estructural

- .. , . .

PILOTES .DE ACERO DE SECCION "H" 4.4.1 Uso de pilotes de acero de sección " H 4.4.2 Diseño estructural

PILOTES DE TUBO DE ACERO 4.5.1 Uso de pilotes de tubo de. acero 4.5.2 . Diseño estructural

PILOTES Y PILAS COLADOS EN EL LUGAR 4.6.1 Uso de pilotes y pilas colados en el lugar 4.6.2 ' Diseño estructural

PILOTES SUJETOS A SOLICITACIONES HORIZONTALES 4.7.1 Coeficiente de reacción 4.7.2 Determinación de momentos y deflexiones

.- . .

5. Construcción

EQUIPO 5.1.1 Grúas 5.1.2 Perforadoras . 5.1.3 Almejas e hidrofresas 5.1.4 ' Vibrohincadores 5.1.5 Osciladoras de ademes 5.1.6 Desarenadores 5.1.7 Martillos para hincado

CONSTRUCCION DE PILAS 5.2.1 Perforación 5.2.2 Soporte temporal. 5.2:3 Técnicas adicionales 5.2.4 Acero de refuerzo 5.2.5 Concreto

FABRICACI~N DE PILOTES 5.3.1 Pilotes de concreto reforzado 5.3.2 Pilotes de concreto presforzado 5.3.3 Pilotes de acero

HINCADO DE PILOTES 5.4.1 Guías 5.4.2 Casquetes 5.4.3 Ayudas al hincado 5.4.4 Selección del martillo 5.4.5 Secuencia de hincado 5.4.6 Instalación del pilote 5.4.7 Pilotes inclinados 5.4.8 Hincado en agua

MEDIO AMBIENTE 5.5.1 Contaminación 5.5.2 Factores ambientales que afectan las cimentaciones profundas

5.6 MEDIDAS DE SEGURIDAD 5.6.1 Maniobras generales 5.6.2 Colocación de materiales 5.6.3 Perforación 5.6.4 Hincado de pilotes

Anexos

6. Recimentación de estructuras

6.2 JUSTIFICACIÓN DE RECIMENTACIÓN Y RENIVELACIÓN 6.2.1 Cuándo recimentar 6.2.2 Cuándo renivelar

6.3 DESARROLLO DE LOS MICROPILOTES MODERNOS 6.3.1 Origen de la técnica 6.3.2 Evolución posterior 6.3.3 Conceptos técnicos 6.3.4 Otras soluciones para la construcción de micropilotes 6.3.5 Técnicas italianas 6.3.6 Técnica española 6.3.7 Técnica cancesa 6.3.8 Técnica alemana 6.3.9 Técnicas sueca y suiza 6.3.10 Técnicas norteamericanas 6.3.11 Micropilotes aplicados en México

6.4 RECIMENTACIÓN CON PILOTES TRADICIONALES 6.4.1 Pilotes de control 6.4.2 Limitaciones de los pilotes de control 6.4.3 Criterio de análisis 6.4.4 Pilotes con control mecánico 6.4.5 Cimentaciones mecanizadas 6.4.6 Pilotes de funda 6.4.7 Recimentación con cables 6.4.8 Recimentación con pilotes de fricción

7. Prueba de carga 263

INTRODUCCI~N 263

REGISTROS DE CONSTRUCCIÓN REQUERIDOS PARA LAS PRUEBAS 265 7.2.1 Características de fabricación del pilote 7.2.2 Registro de hincado del pilote 7.2.3 Registro de fabricación de pilas

PRUEBAS DE 'CARGA ESTÁTICA 267 7.3.1 Criterio de carga controlada 7.3.2 Criterio de desplazamientos controlados 7.3.3 Instalación para una prueba de carga estática 7.3.4 Presentación de los resultados 7.3.5 Interpretación de la prueba

7.4 PRUEBAS DE CARGA LATERAL 7.4.1 Prueba de carga estática 7.4.2 Prueba cíclica de carga y descarga 7.4.3 Instalación para una prueba de carga lateral 7.4.4 Presentación de los resultados 7.4.5 Interpretación de la prueba

7.5 PRUEBAS DE CARGA DINÁMICA 7.5.1 Introducción 7.5.2 Procedimiento de ejecución (ASTM D-4945-89) 7.5.3 . Instalación para una prueba de carga dinámica 7.5.4 Presentación de los resultados 7.5.5 ~nterpretación de la prueba

8. Control de la calidad INTRODUCCI~N

ACERODEREFUERZO 8.2.1 Normas 8.2.2 Características físicas 8.2.3 Características químicas 8.2.4 Muestreo

ACERO DE PRESFUERZO 8.3.1 Normas 8.3.2 Características físicas 8.3.3 Características químicas 8.3.4 ~Úest reo

SOLDADURA 8.4.1 Normas 8.4.2 Calificación del soldador 8.4.3 Radiografías 8.4.4 Muestreo '

AGUA .8.5.1 Normas 8.5.2 Sales e impurezas

AGREGADO FINO 8.6.1 Normas 8.6.2 Granulometría 8i6.3 Sustancias nocivas 8.6.4 Sanidad y materia orgánica

AGREGADO GRUESO 8.7.1 Normas 8.7.2 Granulometría 8.7.3 Sustancias nocivas 8.7.4 Coeficiente volumétrico 8.7.5 Reacción álcali-agregado

8.8 CEMENTO 8.8.1 Tipos de cemento 8.8.2 Normas 8.8.3 Características especiales del cemento 8.8.4 Composición 8.8.5 Clases resistentes

8.9 ADITIVOS 8.9.1 Normas. 8.9.2 Aditivos químicos 8.9..3 ~nclusores de aire 8.9.4 Aditivos minerales

8.10 MEMBRANAS DE CURADO 8.11 CONCRETO

8.11.1 Normas 8.11.2 Proporcionamiento 8.1 1.3 Fabricación 8.1 1.4 Colocación 8.11.5 Curado 8.1 1.6 Control de calidad

8.12 LODOS DE PERFORACION 8.12.1 Normas 8.12.2 Propiedades 8.12.3 Bentonita 8.12.4 Agua 8.12.5 Barita 8.12.6 Polímeros 8.12.7 Dosificación del lodo 8.12.8 Fabricación del lodo 8.12.'9 Control de calidad

8.13 VERIFICACIÓN DE LA CALIDAD DEL PRODUCTO TERMINADO 8.13.1 Normas 8.13.2 Métodos directos . .

8.13.3 Métodos indirectos

8.14 SUPERVISIÓN DURANTE LA CONSTRUCCIÓN 8.14.1 Pilas 8.14.2 Pilotes

Anexos

1. Introducción

1.1 OBJETIVO

El objetivo principal de las cimentaciones es transmitir las cargas de una estructura a los estratos resistentes del subsuelo, en forma estable y con asentamientos tolerables durante su vida útil.

1.2 FACTORES QUE DETERMINAN EL TI- PO DE CIMENTACION

con el de definir el tipo de cimentación adecuado que cumpla con el objetivo mencionado anteriormente, es indispensable evaluar con pre- cisión las cargas que se transmitirán a l subsuelo, realizar un estudio detallado de mecánica de suelos y escoger el procedimiento constructivo que técnica y económicamente sea el más viable.

1.2.1 Cargas . .. .

Para el diseño de la cimentación de cualquier construcción, es necesario evaluar las acciones permanentes (incluyendo el peso propio), las acciones variables (incluyendo la carga viva), y las acciones accidentales (incluyendo sismo y viento), a las. que se encontrará sometida.

Una vez conocidas estas acciones, es necesario conocer su distribución y determinar la magnitud de los esfuerzos que serán aplicados al subsuelo.

1.2.2 Suelo

El estudio del suelo en el que se apoyará una es- .tructura es prioritario, ya que su resistencia y comportamiento ante cargas externas definirán el tipo'de cimentación adecuado, que garantizará la estabilidad del sistema.

El estudio de mecánica de suelos permitirá determinar la configuración y, composición de los diferentes estratos, las propiedades índice y las propiedades mecánicas e hidráulicas del subsuelo. Esta información servirá de base para la correcta selección de los estratos de apoyo y de los elementos que transmitirán las cargas al subsuelo.,

1.2.3 Técnica y economía

Al ser elegido un tipo de cimentación, es necesario definir el procedimiento constructivo que se apli- cará considerando los recursos existentes, con el propósito de que su construcción sea viable, respetando las especificaciones geotécnicas y estructurales, considerando también que la solución sea económicamente aceptable y conduzca a tiempos de ejecución reales y convenientes, preservando constantemente la. calidad de los elementos de cimentación.

1.3 CLASIFICACIÓN DE CIMENTACIONES

Las cimentaciones ser clasificadas de acuerdo a diferentes criterios, los cuales serán útiles si permiten identificar con precisión los elementos que transmitirán las cargas a l suelo, así como el mecanismo de falla del suelo de ci- mentación, para la aplicación del método de cál- culo adecuado.

En este Manual sugerimos la siguie*te clasifica- ción:

1.3.1 Cimentaciones superficiales

Como su nombre lo indica, son aquéllas que se construyen sobre estratos resistentes superficiales, donde por lo general no se requiere de maquinaria pesada ni procedimientos constructivos especiales y su diseño no acepta esfuerzos de ten- sión. Las cimentaciones superficiales más comunes son las zapatas aisladas, las zapatas corridas y las losas, Fig. 1.1.

t t t t t t t t t t Suelo resistente

Fig. 1.1, Cimentaciones superficiales

Manual -- de Cimentaciones Profundas -- - --A -- -"--- ---" --

1.3.2 Cim'entaciones compensadas

Se entiende por cimentaciones compensadas aquéllas en las que se busca reducir el incremento neto de carga aplicado al subsuelo mediante una excavación en donde se aloja un cajón de cimenta- ción, Fig. 1.2. Si la transmisión de carga neta al subsuelo en el desplante del cajón resulta positiva, nula o negativa, la cimentación s e denomina parcialmente compensada, compensada o sobre- compensada, respectivamente.

Con el propósito de evitar que la estructura expe- rimente asentamientos excesivos, es común que las cimentaciones parcialmente co'mpensadas se combinen con pilotes de fricción, Fig. 1.3, 10,s cuales se describen posteriormente en este capítulo.

1.3.3 Cimentaciones profundas -2hY>h-

Suelo resistente

Son aquéllas que alcanzan estratos profundos que tengan la capacidad de soportar las cargas adicio- Fig. 1.3, Cimentación parcialmente compensada nales que se aplican a l subsuelo, utilizándose combinada con pilotes de fricción generalmente procedimientos constructivos y equipos especiales, Fig. 1.4.

1.4 CLASIFICACIÓN DE CIMENTACIONES PROFUNDAS

Cajón 1

Suelo compresible

S Suelo resistente

Fig. 1.2, Cimentación con cajón

Con el propósito de identificar los diferentes elementos de cimentaciones profundas, en este Ma- nual se propone clasificarlos considerando sus características y condiciones de trabajo, lo que permite facilitar la comunicación técnica entre los consultores y constructores, aplicando los criterios propios de cada actividad, de acuerdo con lo siguiente:

pana

' Suelo resistente o rocaY

Fig. 1.4, Ejemplos de cimentaciones profundas

Introducción "

1.4.1 Material de .fabricación

Los materiales más utilizados son los siguientes:

Concreto:

Elementos prefabricados

Los elementos estructurales de cimentación profunda son fabricados en moldes, de acuerdo con las especificaciones, antes de ser instalados en el subsuelo.

Elementos colados en el lugar

El concreto es depositado directamente en perforaciones realizadas en el subsuelo, por lo que la cimentación. es fabricada en el lugar donde quedará ubicada.

. . . - . . . Acero:

capacidad de los perfiles de acero estructural ocasiones es suficiente para transmitir las

cargas a los estratos de suelo, siendo la sección '"H" ld más utilizada; la tubería de acero también puede sér empleada, con la ventaja de que el momento de inercia . de . s u sección es constante en cualquier eje.

C) . Mixtos:

La combinacih de materiales que con mayor fre- 'cuencia se especifica para la construcción de las cimentaciones profundas, es el concreto reforzado con acero, ya sea este último de perfiles estructurales o de varillas de acero.

d) Madera:

La madera ha dejado de emplearse como elemento de cimentación profunda, aunque en algunos trabajos se utiliza como cimentación provisional.

1.4.2 Procedimiento constructivo

El procedimiento constructivo depende de las condiciones del subsuelo, de las especificaciones estructurales, así como de los recursos disponibles, pudiéndose clasificar considerando el desplazamiento del subsuelo generado durante la instalación de los elementos:

a) Con desplazamiento:

o Hincados a percusión, presión o vibración.

Los elementos prefabricados, así como los perfiles y tubería metálica, son instalados en el subsuelo sin realizar previamente una per- foración, aplicándoles energía , dinámica y presión .en suelos blandos, y vibración en suelos predominantemente friccionantes.

Con poco desplazamiento:

Hincado en una perforación previa

En el caso'de que las características del subsuelo por su resistencia no permitan la insta- lación de los elementos de cimentación, se especifica una perforación previa a su hincado.

Hincado con chiflón

El chiflón de agua es utilizado para hincar elementos precola'dos o de acero en suelos compuestos por arena suelta, la cual es trans- portada por el flujo a l exterior.

Sección. transversal pequeña

El instalar tubos y perfiles .metálicos sin per- foración previa, debido a su reducida área transversal, provoca un desplazamiento del subsuelo en ocasiones imperceptible. .

Sin desplazamiento:

Se considera que el subsuelo no registra desplazamientos, cuando el perímetro de la perforación previa circunscribe a la sección del elemento por instalar; o cuando los elementos son colados en el lugar.

1.4.3 Transmisión de carga a l subsuelo

La forma en que las pilas'y los pilotes transfieren .

las cargas a l subsuelo; define el tipo de cimenta- ción, clasificándose en este Manual de acuerdo con el siguiente . criterio: .

a) Carga vertical:

O Punta

La carga vertical es transmitida al estrato localizado en la punta de los elementos de ci- mentación profunda, Fig. 1.5.

O Fricción

La transmisión de las cargas al subsuelo se desarrolla a través del contacto de los diferentes estratos con el fuste de los pilotes o las pilas; dependiendo del sentido de los esfuerzos, la cimentación puede ser de apoyo, Fig.l.6, o de anclaje.

O Mixta

Se considera mixta la transmisión de la carga vertical descendente al subsuelo, cuando en el diseño de los elementos los esfuerzos son dis- tribuidos en la punta y en el fuste; en la realidad esta condición es la que prevalece, la cual depende de la compatibilidad de los desplazamientos, sin embargo cuando los esfuerzos en la punta o en el fuste son reducidos, en el cálculo se desprecian.

b). Carga vertical y horizontal:

En estructuras que generan cargas horizontales hacia la cimentación, además de las verticales, puede ser recomendable el uso de pilotes inclinados, con el propósito de que la fuerza resultante sea transmitida adecuadamente al subsuelo por la cimentación profunda elegida. En el caso de la ocurrencia de acciones sísmicas, los pilotes inclinados provocan concentraciones de esfuerzos con-

. siderables en la losa que se apoya en ellos, lo cual debe ser analizado en su diseño, Si la carga horizontal es moderada, es' preferible usar pilotes instalados verticalmente y aprovechar la reacción pasiva del suelo superficial, Fig. 1.7.

1.5 DESCRIPCIÓN DE PILOTES Y PILAS

Los elementos de cimentación profunda más utilizados son los pilotes y las pilas, cuyas caracterís- ticas más importantes se describen a continua- ción:

1.5.1 Pilotes

Los pilotes son elementos esbeltos de cimentación profunda que. transmiten al subsuelo las cargas provenientes de .una estructura y de la misma

.$,f. .

Fig. 1.7, Pilotes sometidos a carga vertical y hori- -.

zontal I .F 1;. 'F..

Introducción

Los pilotes pueden ser de madera, o bien de acero y10 concreto. El uso de pilotes de madera ha dejado de ser frecuente, y solamente se aplican en obras provisionales donde no se requiere s u pre- servación a largo plazo; es conveniente aclarar que los pilotes de madera no sufren deterioro cuando están sumergidos permanentemente en agua que no contenga elementos corrosivos y10 contaminantes. Los pilotes de acero por lo general son tubulares o de sección "H". Su utilización depende del tipo de subsuelo donde serán instalados, así como del procedimiento constructivo elegido. Debido a que la sección "H" no desplaza un volumen importante de suelo durante su instala- ción, su hincado en suelos blandos se facilita; se sugiere su utilización cuando deban apoyarse en roca. En ocasiones los pilotes tubulares pueden taparse en la punta para posteriormente ser llenados de concreto; la dificultad de s u hincado es prácticamente igual cuando están tapados que cuando están abiertos, ya que el material del subsuelo que penetra en la punta llega a formar un tapón resistente. Los pilotes de acero deben ser sometidos a tratamientos especiales cuando se detecta que durante su vida útil pueden ser afectados por la oxidación y10 corrosión.

Los pilotes más utilizados son los precolados de concreto reforzado con varilla corrugada de acero; su sección puede ser cuadrada u octagonal, reco- mendándose que su ' á rea no exceda de 2500cmP (2.7fta) y 3000cm4 (3.2fta) respectivamente. La longitud de 10s tramos de pilotes precolados debe ser definida considerando el esfuerzo resistente de los mismos y las maniobras de levante e izaje a las que estarán sometidos, a fin de preservar la integridad del pilote.

En caso de que se requiera que los pilotes transmitan la carga al subsuelo por fricción, es común elegir secci'ones menores,. por consiguiente más ligeras, y con desarrollo de las caras del fuste de mayor área, como es la sección triangular y la sección "H". Es importante aclarar que se ha comprobado que los pilotes con sección triangular pierden fácilmente el confinamiento del suelo bajo 'el efecto de desplazamientos horizontales, debido a la geometría de su sección, disminuyendo su capacidad de carga. Con relación a la sección "H" es común usar el perfii de acero, o bien el pilote prefabricado con concreto y cables de 5 m m (0.2in) de espesor pretensado longitudinalmen$e, cuyo

del misma calibre. Se ha acero transversal es comprobado también respecto a este tipo de pilo-

tes que la fricción se desarrolla en una superficie correspondiente a la envolvente de la sección "H", por lo que la ventaja que representa su mayor perímetro es relativa.

E n la mayoría de los casos, el diseño estructural de un pilote es determinado por los esfuerzos a los que estará sometido durante las maniobras de estiba, izado e hincado, ya que por lo general és- tos son mayores a los esfuerzos que se desarrollan en la transmisión de cargas al subsuelo. Cuando la capacidad estructural de un pilote es superior a la capacidad de carga del estrato resistente, puede transmitirse mayor carga a través del pilote incrementando la sección de su punta con respec- to a la del fuste mediante un bulbo.

Para evitar el desplazamiento horizontal de algunas estructuras, en ocasiones se especifican pilotes en posición inclinada; el ángulo que se forma entre el eje del pilote con la vertical en estos casos por lo general se especifica de 15", pudiendo lograrse una inclinación hasta de 45", dependiendo del martinete y dispositivos empleados.

. , ... 1.5.2 Pilas .. .

Las pilas son elementos de cimentación profunda con secciones mayores que la de los pilotes, las cuales también- transmiten al subsuelo las cargas provenientes de una estructura y de la misma cimentación con el propósito de lograr la estabilidad del conjunto.

Las pilas se fabrican directamente en el subsuelo, por lo que se les conoce como elementos fabricados in situ. Cuando los esfuerzos que se transmitirán a1 subsuelo son exclusivamente de compresión, las pilas pueden fabricarse prácticamente de cualquier material que tenga la resistencia requerida, los cuales deben ser estables durante la vida útil de la estructura que soportarán, siendo los más utilizados la grava, la cal, el mortero y el concreto premezclado; Las características de los estratos del subsuelo, así como las condiciones del agua subterránea, definirán el material que deberá emplearse para la fabricación de las pilas.

Cuando los esfuerzos que se transmitirán al subsuelo son de compresión y de tensión, las pilas por lo general se fabrican utilizando concreto premezclado reforzado con varillas de acero corrugadas, tubo metálico o perfiles estructurales, siendo el

. . Manual de . Cimentaciones Pvofundas

perfil "H" el más común. El acero de refuerzo puede ser especificado también como una combi- nación de los mencionados anteriormente, y no necesariamente debe ser de la longitud de la pila cuando el acero exclusivamente absorberá los esfuerzos de tensión; en las condiciones anteriores, el anclaje del acero de refuerzo en el concreto se especifica generalmente en el tercio superior de la longitud total de la pila, ya que no se logrará mayor capacidad de tensión al rebasar la longitud de adherencia del acero con el concreto.

La sección utilizada con mayor frecuencia es la circular, cuyo diámetro no debe ser menor a 60cm (2ft), con el propósito de garantizar la calidad de la pila, pudiendo llegarse a especificar un diáme- tro hasta de 300cm (loft), si es que el comportamiento del subsuelo durante la fabricación de la pila lo permite. Cuando se requiere que el área de contacto con el estrato resistente sea mayor a la del fuste de la pila, se utilizan ampliaciones en la base cuyo diámetro no será mayor de tres veces al del fuste; asimismo el ángulo que se forma con respecto a la horizontal en la transición de cambio de área no deberá ser menor de 60". También se puede recurrir a las pilas construidas por el Mé- todo Franki ilustrado en la Fig. 5.49. La amplia- ción de la base de las pilas no debe permitirse bajo el nivel de agua freática, ya que no es posible detectar si su geometría real está dentro de las especificaciones requeridas.

.Existen pilas que se diseñan con secciones rectangulares u oblongas de 0.6m x 2.5m (2ft x 8.2ft), o bien de 0.8m.x 2.0m (2.6ft x 6.6ft); uniendo estas secciones se pueden obtener pilas con sección " T y "H", que ofrecen mayor capacidad de carga y momento de inercia que las descritas anteriormente.

1.5.3 Ventajas y des~entajas

Las ventajas y desventajas más importantes que se tienen al resolver una cimentación profunda a base de pilas, con respecto a una solución a base de pilotes son las siguientes:

a) Ventajas

o Considerando que las pilas son elementos fabricados in situ, no requieren de área adicional para una planta de fabricación y para su almacenamiento como elementos termina- dos.

Las pilas no están expuestas a sufrir daños estructurales ya que no se e de que sean. maniobradas y golpeadas para su instalación, como sucede con lospilotes.

Los decibeles generados durante la instala- ción de una pila son muy inferiores, a los que se generan al instalar un pilote prefabricado.

La longitud de las pilas puede ser variable dependiendo de la profundidad de los estratos resistentes, pudiendo hacerse los ajuste,^ correspondientes prácticamente en forma inmediata, lo cual no es tan versátil en e1,caso de los pilotes ya que éstos son prefabricados.

La fabricación de las pilas siempre es monolí- tica y no requiere de juntas especiales, como sucede en algunos pilotes que son instalados en tramos.

Las pilas pueden ser instaladas en subsuelos con presencia de gravas y boleos, aplicando el procedimiento adecuado que permita la esta- bilización de la pared de las perforaciones, lo cual no es posible llevar a cabo para cimentaciones a base de pilotes, ya que el diámetro de las perforaciones es inferior a 1.20m (4ft), di- mensión que permite la extracción d&os obS- táculos.

La capacidad de carga de las pilas es mayor que la de los pilotes, debiéndose sin embargo considerar el efecto.de escala.

b) Desventajas

o Las pilas requieren siempre de perforación previa, mientras que los pilotes en ocasiones pueden ser instalados desplazando el subsuelo.

O Cuando existen estratos de subsuelo sin consistencia, no es posible realizar la construc- ción de pilas con calidad, ya que su sección puede llegar a deformarse, lo cual no sucede con un elemento prefabricado; se puede resolver este problema ion tubería metálica perdida, lo cual origina un incremento en el costo.

o En la fabricación de pilas es necesario siempre garantizar que en el desplante de las excavaciones no exista material suelto.

de presión del agua subterránea :pueden cercenar el fuste de las pilas durante

cuando se utilizan ademes me- y no son retirados ade-

de pilas sobre evitar el vaivén

se apoya el

la calidad de las pilas.

ALGUNAS APLICACIONES ADICIO- NALES DE PILOTES Y PILAS

8 % .,~,,,. - t.ty,:....: ,:;-. . .

Is utilización de los pilotes y las pilas puede te- .. .q I$.*Z., :=-o . :<+. -y.r',,.y'.:-:~ner~:propósitos adicionales a los descritos ante- .-.& .y;:,: ,... ;,, : . . J/f. .. , .v rmmente. en casos cpmo los que se mencionan a

r ,,., &, :p>; :.A'.' . . . L.: S-:. , . . .z,.L' continuación:

,;2b.%, .zz ,;-. ... ,+.S. :,\t.; :;.r~+~,;i,i,3:;~Hgunas estructuras deben ser ancladas en el

- .y . ,*; .i; . r., ... ,<$

r . ;.. -, subsueló, ya que los esfuerzos predominantes a ;:&'*F:f :...?:';!loyque estarán sometidos serán de tensión, por lo . .. .. y. q,. , ; ,- . ~ y ,,c!+.i.,-,,L... .quedos pilotes y10 las pilas en este caso transmi-

de fricción negativa al subsuelo, Fig.

de algunos estratos del lo en donde se instalará una estructura

indican un comportamiento expansivo, es necesa- o evitar que la es-

solución que se en u n

Introducción .., .- .- ,. ., ,,. ,....... .- -- . - - - - . - .

Fig. 1.8, ~ ~ l i c a c i ó n de pilotes para cargas de ex- tracción

1.6.3 Erosión

Algunas estructuras no requieren cimentaciones profundas si se consideran las cargas que serán transmitidas al subsuelo, sin embargo, en los casos donde se prevé la posibilidad de que el suelo de apoyo pueda experimentar erosión por la presencia de flujo de agua, es necesario apoyar la estructura en pilotes o pilas cuyo desplante debe rebasar el nivel máximo esperado de dicha ero- sión, Fig. 1.10.

Fig. 1.9, Aplicación de pilotes en sitios con suelos expansivos . '

Manual de Cimentaciones Profundas _ _ _ _ - I _ _ _ _ _ - - _ . - - _ - _

Fig. 1.10, Aplicación de pilotes en sitios con posible erosión

1.6.4 Estructuras vecinas

El conocer el entorno de un proyecto permite tomar decisiones adecuadas, siendo recomendable verificar si las construcciones vecinas, existentes o futuras, modificarán el comportamiento de la estructura en estudio; en el caso de la presencia de excavaciones adyacentes a elementos que pueden ser soportados por los estratos superficiales, es necesario que estas estructuras se apoyen en cimentaciones profundas, con el propósito de que las cargas se transmitan a estratos localizados por debajo del fondo de la excavación vecina, para evitar que los esfuerzos de la sobrecarga superficial provoquen condiciones de inestabilidad, Fig. 1.11.

1.6.5 Pilas cortas

Con cierta frecuencia una solución a base de pilas cortas puede ser más económica y rápida que una solución a base de zapatas, debido a que se ahorra el costo y tiempo de la .excavación y del cimbrado

Excavación

1 * . . 2/4Xmh//

Suelo resistente

Fig. 1.11, Aplicación de pilotes para estabilización de estructuras

de las mismas.

Seguramente la utilización de los pilotes y de las pilas resolverá también casos diferentes a los indicados, aplicaciones que tendrán éxito si se considera en el análisis las circunstancias reales de comportamiento tanto del subsuelo, como de la estructura por construir, determinando la magnitud y sentido de las cargas producidas relacionadas con las deformaciones que estas originan.

1.7 PROCESO CONVENCIONAL PARA EL DISENO Y LA CONSTRUCCIÓN DE CIMENTACIONES PROFUNDAS

La secuencia convencional que permitirá obtener la calidad requerida en forma eficiente para construir una cimentación profunda, tanto en tiempo como en economía, es aquélla que se lleva a cabo ordenada y oportunamente sin eliminar ninguna de las siguientes actividades:

1.7.1 Estudios geotécnicos

La exploración del subsuelo en el que se pretende construir una estructura, debe realizarse antes de continuar con el desarrollo del proyecto, ya que de los resultados obtenidos y la interpretación de las características y comportamiento del subsuelo, dependerán las decisiones que se tomen para la realización del diseño geotécnico y estructural, así como para la determinación del procedimiento constructivo. Un estudio geotécnico deficiente provocará que las actividades siguientes no se desarrollen adecuadamente, generando modificaciones durante la construcción, las cuales estarán en función de la inexactitud de la información obtenida.

En el Capítulo 2 de este Manual se describe con detalle el desarrollo de esta actividad.

1.7.2 Diseño geotécnico y estructural

El diseño geotécnico y estructural se ,basa en los resultados obtenidos del estudio del sub'suelo, tomando en consideración el tipo de prüebas de campo y de laboratorio realizadas, incluyendo su cantidad, con lo que se podrá evaluar si los cálcu- los son conservadores o representan riesgo. Du- rante este proceso es, necesaria la comunicación entre las especialidades de diseño y construcción, considerando las observaciones y sugerencias de

.- P.

Introducción -.---..-- .---------.----..-..

las partes, con el propósito de que sea viable el cumplimiento de las especificaciones que se generen. Los consultores tienen la libertad de diseñar de acuerdo con su conocimiento y experiencia, pero deben verificar que sus resultados cumplan con el reglamento de diseño y construcción que norme técnicamente las obligaciones generales de seguridad y funcionalidad de la localidad.

En los Capítulos 3 y 4 de este Manual se presentan los criterios de cálculo recomendados.

1i7.3 Construcción

El procedimiento constructivo se define en fun- ción de las especificaciones determinadas por los diseñadores geotécnicos y estructurales, así como del estudio del subsuelo. Cuando no existe comu- nicación de los constructores con los consultores, existe la posibilidad de que durante la construc- ción se tenga la necesidad de modificar el proyec- to, lo cual es aceptable cuando la decisión benefi- cia la calidad de la obra sin afectar sensiblemente el aspecto económico; esta contingencia también se puede presentar aunque la comunicación mencionada se haya realizado oportunamente, debido a que el subsuelo en ocasiones presenta caracte- rísticas que no fueron detectadas durante su ex- ploración. Un estudio geotécnico que no considere las características del proyecto por realizar, es posible que no proporcione la información que se requiere para determinar un procedimiento constructivo adecuado, resultando desorientador, provocando modificaciones que se alejan en forma importante de la solución constructiva elegida, generando retrasos en los programas de obra y costos adicionales por la necesidad de abandonar los preparativos de los trabajos indicados en el procedimiento constructivo seleccionado, así como por la necesidad de sustituir recursos, principalmente de maquinaria.

Los procedimientos constructivos, así como los recursos necesarios para la construcción de cimentaciones profundas, pueden ser consultados en el Capítulo 5 de este Manual.

1.7.4 Control

Siendo uno de los objetivos más importantes el de preservar la calidad de un proyecto,' es necesario mantener un estricto control de cada una de las actividades que intervienen en su desarrollo. El control de la calidad de los materiales, así como su manejo, es el que con mayor fi-ecuencia se aplica, sin embargo, este control también debe realizarse durante la exploración del subsuelo, el dise- iio geotécnico .y estructural, la construcción, así como en las modificaciones que se tengan que llevar a cabo en cualquiera de las actividades mencionadas, por lo que es indispensable que la intervención de los consultores no termine al entregar las especificaciones, sino continúe hasta finalizar el desarrollo de la obra, con el propósito de que las decisiones sean dinámicas y oportunas, y que los ajustes de campo sean los adecuados.

Existen algunas otras actividades que deberán incluirse en el proceso antes indicado dependiendo de las características particulares de cada obra, como son las pruebas de carga o la conser- vación de estructuras, por lo que es recomendable revisar y analizar exhaustivamente las necesidades reales de cada proyecto, promoviendo entre los que intervienen en la toma de decisiones, apertura para intercambiar conceptos técnicos en

'

beneficio de la ingeniería de cimentaciones profundas.

Los Capítulos 6, 7 y 8 de este Manual describen con detalle los controles de referencia.

,/ Recopilación de la información disponible del sitio

1. INVESTIGACION Interpretación de fotografías aéreas de la zona

. - PRELIMINAR

Recorrido de campo

Información fotográfica

1 Interpretación ~ieoló~ica del sitio 1

geológico Identificación de fenómenos

Exploración - geofisica

2. INVESTIGACION DE DETALLE

Exploración, muestre0 y Muestreo de suelos y rocas

pruebas de Pruebas de resistencia y deformabilidad

Pruebas de permeabilidad

\ \ laboratorio Propiedades mecánicas

Indicadores del nivel freático I Instrumentación

y Puntos de referencia superficiales ]

Fig. 2.2, Etapas del programa de exploración geotécnica

2.2.2 Recopilación de la información disponible (SMMS). E n sus reuniones técnicas que se

realizan cada dos años h a publicado Las instituciones mexicanas que publican y recopilaciones de las características del distribuyen información geotécnica se enumeran subsuelo de 63 ciudades del país; en la Tabla a continuación. 2.1 se enumeran las ciudades, la referencia y

a) Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos los autores de cada recopilación.

Estudios Geotécnicos

Tabla 2.1, Catálogo de ciudades estudiadas (SMMS)

Ciudades

1 Acapulco

2 Aguascalientes 3 Campeche 4 Cancún 5 Celaya 6 Cd. Juárez 7 Cd. Obregón 3 Cd. Victoria 9 Coatzacoalcos-

Minatitlán 10 Colima 11 Córdoba 12 Cozumel 13 Cuernavaca 14 Cuhacán 15 Chetumal 16 Chihuahua 17 Chilpancingo 18 Durango 19 Ensenada .20 Guadalajara i 21 Guanajuato -22 Guaymas 23 Hermosillo

124 Irapuato 25 Jalapa 26 La Paz 27 Lázaro

Cárdenas (Las Truchas)

28 León 29 Los Mochis 30 Manzanillo 31 Matamoros 32 Mazatlán 33 Mérida 34 Mexicali 35 México D.F* 36 Mmatitlán-

Coatzacoalcos- Pajaritos

37 Misantla 38 Monterrey 39 Morelia 40 Navojoa 41 Nuevo Laredo

Reunión Nacional

SMMS. ,

VI

m11 VI11 VI VI VI11 IX VI11 VI1 VI11 VI11 VI11 VI11 VI11 VI IX -VI1 VI IX VI11 VI11 VI1 v

VI11 XVI

X XIX XIX VI11 VI1 VI1 VI11 VI11 VI1 VI11 VI11 XI VI11 VI1 VI11 VI11 VI11 VI VI1 VI11 v

- Año

72

76 76 72 72 76 78 76 74 76 76 76 76 76 72 78 74 72 78 76 76 74 70 76 92 80 98 98 76 74 74 76 76 74 76 76 82 76 74 76 76 76 72 74 76 70

Autor (es)

C.L Flamand, L. Ayestarán, G. Marín, M. Palacios y J.J Schmitter J.L León J.M Orozco, R. García Fons, A. García y L. Triay G. Springall y L. Espinosa G. Spingall y L. Espinosa G. Botas y G. Ortega J.L Terán, O. Mondragón y M. Aguilar J.L Terán, M.F Saldívar, F. Uranga y R.C Avitia J.M Rodríguez J.M Orozco, A.C Galindo, E. Olivares y A. Pozo L. Montañez J.M Orozco, C. Fernández y P. Preciado C. Silva y R. Esquivel R. Esquivel G. Springall y L. Espinoza G. García A y V.M. Bello B. Simpser G. Springall y L. Espinoza C. Fernández, R. García y J . Torres J.L León J.M Orozco, T. Hernández, E. Ramírez y R. García J.A. Mendoza J . Saborío, R. Gómez, J . Muro y P. Girault R. Esquivel E. Padilla E. Padiila, H. Zambrano y F. de la Mora A. Alvarez, O. Nisino, R.M. Poot, M.S. Ramírez y R. Martín del Campo a la Torre. R. Del Campo, M.S. Ramírez y A. Alvarez F. Náder, L. Montañez y E. Vázquez Depto. De Ingeniería Experimental, PEMEX J. Springall F. Náder y L. Montañez R. Esquivel C. Fernández E. Santoyo, L. Montañez y F. Montemayor S. Covarrubias, G. Gay, A. Morales, L. Pereda y A.E Zeevaert J. Mejer, G. Azomoza, M. Corte, A. Vera, J.L Lara, G. Rocha y G. Rincón J.M Rodríguez, R. U p e z y G. Ferrer J.E Castilla L. Montañez, R. Esquivel y C. Silva J.A Martínez A. Elistein G. Springall y L. Espinoza

Manual de Cimentaciones *- Profundas

42 Oaxaca 43 Orizaba 44 Puebla 45 Puerto Vallarta 46 Querétaro 47 Reynosa 48 Río Bravo 49 Salamanca 50 San Luis Potosí 51 Tampico 52 Tapachula 53 Tehuacán 54 Tepic 55 Tijuana 56 Tlaxcala 57 Toluca 58 Torreón-Gómez

Palacio 59 Tula 60 Tuxtla

Gutiérrez 61 Veracruz 62 Villahermosa 63 Zacatecas

v XIV v VI

VI11 M I 1 VI1 VI11 VI11 VI11 VlII XIX XIX IX IX

VI11 M I 1 VI11 VI11 VI11 VI11 VI IX

XIX VI11 VI1 VI11 IX

VI11 VI11 IX

VI11 XIX VI11 VI11 VI11

J.M Campos E. Santoyo y L. Montañez . D. Reséndiz, G. Springall, J.M. Rodríguez y R. Esquivel L. Vieitez, E. Soto y A. Mosqueda

A. Ramírez y F. Cancino H.M Villanueva y P. Ballesteros J.A Mier, J. Mejía, A. Núiiez y W. Paniagua R. Esquivel J. Calderón y E. Alonso . .-

O.L. Zárate G. Rocha J.L León R. Esquivel G. Auvine t J .G Azomoza, A. Vera y L. Reyes G.J González, L. Alcántara, A.E Posada, D. Almora, M. Torres y V. López S.D. Sada y E. zaragoza J.A. Ponce A. Alvarez y M. de la L. Pérez J.L Terán, M.F. Saldívar, O. Mondragón y M. Ruiz J.L Terán, M.F. Saldívar y M. Ruiz J. Vargas y R. Anzaldúa - . J.M Rodríguez y J.M. Aranda E.R. Benavides, F.J. Hernández, E. Moreno y O. Vilalta R.B. Reyes y A. Sotelo E. Osorio y G. López J.L Terán, I.J. García y A Orozco G. Rocha E. Santoyo y L. Montañez F.J Ruiz E. Martínez P. J .J Schmitter y J. Uppot

E. Soto y J.L. Lara L. Espinoza J. Ordóñez R. Esquive1 .

L. Espinoza J.M Orozco, S.D. Sada, A. Montero y J.C. Querol

b) Instituto Nacional de . Estadística, c) Instituto de Ingeniería, UNAM. Ha Geografía e Informática (INEGI). Las cartas geológicas, topográfica,, de uso del suelo y edafológica, escala 1:50,000 así como las fotografías aéreas blanco y negro y de color en escala 1:25,000 son de mucha utilidad.

publicado el estudio del subsuelo de la ciudad de México (Marsal y Mazari, 1959), así como una colección de artículos sobre la regionalización sísmica del país y de varios Estados en detalle; en la Tabla 2.2 se mencionan las publicaciones sobre sismicidad.

"". . . -- .,.l.*< '; .:: . ;.'y , . .?'

.Ti ..' ,.:,rf: ,:;'...a.

.. .- - . - .........., Estudios Geotécnicos

s. ' >. ,- , '

Tabla 2.2, Información sísmica disponible (Instituto de Ingeniería, UNAM)

Título Regionalización sísmica de México para fines de ingeniería

Catálogo de sismos ocurridos en la República Mexicana

La.sismicidad en el Estado de Veracruz. El macrosismo del 11 de marzo de 1967

Sismicidad en Chiapas

Sismicidad en Baja California

Sismicidad en Colima.. Macrosismo del 30 de enero de 1973

'Sismicidad en Puebla. Macrosismo del 28 de agosto .de 1973.

Sismicidad en Oaxaca

Sistema de información sobre sismos

Sismicidad en la cuenca del Valle de México

~orrección de los acelerogramas de cuatro macrosismos registrados en la ciudad de México

Espectros de temblores y su aplicación

Isosistas de macrosismos mexicanos

Source parameters of the Orizaba earthquake of August 28, 1973.

Catálogo de acelerogramas procesados del sismo.de1 19 de septiembre de 1985. Parte IV (última): Réplica de1 21 de septiembre en la red acelerográfica de Guerrero.

Carta sísmica del Estado de Michoacán

Instituto de Geología, UNAM. Se pueden encontrar cartas geológicas de detalle de algunas zonas de la República Mexicana.

Instituto de Geografía, UNAM. Carta de climas.

Publicación No 246

CD- 1

Autor Esteva, L.

Figueroa, J.

Figueroa, J.

Figueroa, J.

Figueroa, J.

Figueroa, J

Figueroa, J.

Figueroa, J.

Sandoval, H.

Figueroa, J.

Bustamante, J.

Prince, J.

Figueroa, J.

Singh, S y Wyss, M.

Alcántara,L; Macías, M.A;

Quaas,R y Anderson, J. Martínez,A y

Javier, C.

Año 70

70

68

7 3

7 3

74

74

75

7 5

71

63

63

63

78

92

9 1

2.2.3 Interpretación de fotografías aéreas

La interpretación geológica de las fotografías aéreas de un sitio, realizada por un ingeniero geólogo entrenado para-ello, permite identificar de manera preliminar las características geológicas del sitio, tales como fallas y fracturas y los fenómenos geodinámicos relacionados con zonas de taludes inestables y zonas

Manual de Cimentaciones Profundas e

y los fenómenos geodinámicos relacionados con zonas de taludes inestables y zonas erosionables. Con respecto a los suelos, se pueden identificar las características probables de los suelos superficiales e inferir las del subsuelo (Avery, 1968), así como definir posibles bancos de préstamo. A nivel comercial existen empresas de fotogrametría que prestan sus seriricios.

2.2.4 Recorrido de campo

El recorrido de campo lo debe realizar un ingeniero especialista en geotecnia, aco,mpañado de un ingeniero geólogo; los objetivos serán:

- Comprobar la interpretación fotogeológica antes descrita, además de identificar y clasificar los suelos superficiales

- Visitar las estructuras construidas en la zona e indagar sobre su comportamiento

- Obtener información adicional que permita programar la investigación de detalle.

2.3 INVESTIGACI~N GEOTÉCNICA DE DETALLE

2.3.1 Programa

El ingeniero especialista en geotecnia deberá formular el programa de la investigación de detalle, para lo cual deberá considerar la aplicación de las técnicas que se mencionan más adelante y fundamentar s u propuesta en la información de la investigación preliminar. Debe además tomar muy en cuenta que tratándose de cimentaciones con pilas o pilotes, las propiedades de los suelos se modifican en la vecindad del pilote, aunque se trate de un procedimiento constructivo de no-desplazamiento, como el de colado en el lugar, y que en el caso de pilotes que desplazan el volumen de suelo que ocupan, se induce mayor alteración y cambios estructurales al suelo vecino aún a varios diámetros de distancia.

Por lo anterior, cuando se tiene la certeza de que la cimentación de la estructura se resolverá con pilas o pilotes, algunos autores proponen que en la exploración geotécnica de detalle se ponga énfasis en las pruebas de campo como son, las de penetración estática con cono eléctrico, de penetración estándar, de veleta y de presiómetro (CFE, 1979). Este enfoque se ha seguido para diseñar cimentaciones piloteadas

de estructuras marinas, ante la enorme dificultad.& obtener muestras de buena calidad (Bjerrum, 1973; Ehlers et al., 1980).

En lo que sigue se describirán con mayor detalle las pruebas de campo, apoyándose en los comentarios anteriores y tomando en cuenta que ya se dispone de manuales sobre las técnicas convencionales de muestre0 (PEMEX, 1975 y CFE, 1980).

2.3.2 Levantamiento geológico

Excepcionalmente se realiza este tipo de levantamiento, ya que usualmente la geología de la región donde se construirá la estructura ha sido estudiada anteriormente o se considera que el recorrido de campo en la etapa de investigación preliminar proporciona la información geológica necesaria y suficiente para el diseño de la cimentación (profunda) de una estructura.

En caso de que se trate de la cimentación de estructuras muy importantes o de desarrollos industriales localizados en áreas poco estudiadas, se justifica realizar el levantamiento geológico de la zona, cuyos objetivos se señalan en la Fig. 2.3. En el Manual' de Diseño de Obras Civiles de la CFE (1979) se describe con detalle la realización de un levantamiento geológico.

2.3.3 Exploración geofísica

Los métodos de exploración geofísica aplicables en geotecnia se basan en la medición de la variación de la velocidad de propagación de ondas sísmicas o de la resistividad eléctrica (poco confiable) de los suelos, y mediante su interpretación y correlaciones se deducen .las características estratigráficas, posición del nivel freático y posibles tipos y propiedades de suelos y rocas. Estos métodos se utilizan para obtener información preliminar del subsuelo, para complementar la información geológica y para reducir el número de sondeos.

a) Método geosísmico de refracción total. Consiste e n determinar el tiempo de arribo de las ondas longitudinales sísmicas, generadas por una pequeña explosión o impacto, a geófonos captadores que envían su señal a un sismógrafo receptor; con esta información se calcula la velocidad de propagación de las ondas (PEMEX, 1975).

" Estudios Geotécnicos . ..-.

Litologia

. Estratigrafia

Estructuras

,/ Fallas I

1 2 Reconocimiento de Fracturas y juntas - . . . - - - . . - - . . . . . - . . . - - -

discontinuidades Estratificación

y Cavernas o cavidades de 'disolución

Externos Zonas de alteración

Zonas de erosión 1 3. ldentificaci6n de fenómenos geodinamicos Fallas activas 1

Fig. 2.3, Objetivos del levantamiento geológico

> < > . * .p .

. ,,. ,m . ., - ., S \ ... ::;'.:, - Un dispositivo generador de la onda que ,' , . , . ". 'i'.

. . :.; .; puede ser un explosor o un marro -<; ;, ,-;.;-!;,:, . - ...J,:;.+ .- ..<. ,. ., instrumentado con un sensor del impacto i ,. <.', , '

;~.~i,q;'-.;;: . - El conjunto de geófonos electromagnéticos ,.!.. r . ..-.. .._ .;;. +A::-..- . ,

. ,?, S

que al vibrar con el suelo emiten una señal > i .,, .t.=

I*..,. !+ ,i .& .: : eléctrica -... .. : :

*i, . .:,e .. [;- , , . . - . . -;.= - El sismógrafo receptor que recibe la señal de

1. . :. . . . !.s~+::-~;+ . .

los geófonos. en galvanómetros de espejo y , . j ; que la registra en papel fotosensible (Fig. . .. . ;:3;z:::;,..+ .. 2.4). ,,p?;;.;y.: - . . , . . .;,j,-* 3-~,*:... : L;;;;cf.. Los resultados que se obtienen del método . . . . ...' :,. . sísmico permiten: ... .. . i." , , .. : --. + ' '.

. . :,p : . , . , - Interpretar la estratigrafía del sitio .L., *: . . A ? . , . .'. .- o--* ,- cl,.*.q.:-.:.;. ,.

- Clasificar los suelos y ricas - Estimar el módulo elástico dinámico del ;;:+::--: ;$, :,

-, . . . - : . medio ...";;,.r,:,,'~"..*.. . c. r .\y+.: *, ' * ,b,-,:I T''.;<. ' La estratigrafla se determina con desarrollos 4-5 > .;,c+.?J::.-. .,: ,,,., ;,,; :--. basados en la ley de refracción &e las ondas en

.(-.:..: ..:.'. :. , medios elásticos; para ello se han. formulado .~~:~~;::-~-~~f~.'':. - soluciones para los casos que usualmente se 1. : r.'.,; ,*',..' , ... ;.: presentan en la (Dobrin, 1965; Grant ;:&+ ::.f.;; . . . . . r

.... ; : ; : ~ ! . , ~ ~ : , and West, 1965 y Olhovich, 1959). E n la Fig. 2.5 se muestra la solución para el caso de una

, ..~,,-$;' .-. ! .:-. . P - condición estratigráfica de dos capas paralelas. .',.l. qt:; - .

; La predicción de la clasificación de los suelos y : rocas se hace comparando 'las velocidades de .;,L. .,::::,. ,; . , ::, : , propagación de ondas longitudinales c o i las .,:, ..*r;'.

correspondientes a casos conocidos. En la Tabla 2.3 se muestra una recopilación de valores.

'

El módulo elástico dinámico del medio se estima considerando un valor probable de la relación de Poisson para aplicar la expresión 2.1. En el caso de que además se realicen determinaciones de la velocidad de propagación de las ondas transversales o de corte, con las ecuaciones 2.1 y 2.2 se puede deducir el módulo elástico y la relacióri'de Poisson correspondiente.

donde:

VL velocidad de las ondas longitudinales, en m/s

VT velocidad de las ondas transversales , en rnh

v relación de Poisson Edin módulo de elasticidad dinámico

del medio, en t/mz P densidad de masa del material

en t &m4

Manual de Cimentaciones Profundas

sismógrafo 4-1 o 0.0

V: Velocidad de propagación de las ondas 1, : Angulo critico

a) Propagación de las ondas sísmicas v2

Trazo de referencia 7 1 Instante de la explosi6n

Sefial del geófono i

Tiempo, ms

b) Registro tipico de un oscilógrafo

Fig. 2.4, Operación del método de refracción

I Medio 2

V: Velocidad de pcopagaaón de las ondas

donde d, es la distancia uítica del punto de generación de la onda al cambio de pendiente de la grática

Fig. 2.5, Interpretación de una prueba de refracción sismica

. .

- - Estudios Geotécnicos

... -. ________A--.

Tabla 2.3, Intervalo aproximado de la velocidad de onda longitudinal para diversos materiales representativos, Pemex (1975)

............................................................... ..................................................... ................................................. :.::M&~&s~&;;;;i;ij;;i;;ji;;;;;;;ii;ij:;;i;;;;i;;.i;;:j[i;j;;i;i;ii;~:;~:;:;::: ........................................................... ..... ..... ........................................................

Suelo 4rcilla 4rcilla arenosa . .

Arcilla arenosa cementada Limo Arena seca Arena húmeda Aluvión Aluvión (terciario) .... Aluvión. profundo Depósito glaciar Dunas Loess Lutita Arenisca Marga Creta Caliza Dolomita Evaporita Granito Gneis Esquisto o pizarra Roca ígnea del basamento Agua (dependiendo de la temperatura y contenido de sales)

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1

i

*'Nota: Si el material (principalmente suelo) está saturado, la onda de compresión se propaga por el agua y su velocidad se asocia a este medio. Es más útil la medición de la velocidad de la onda de .

corte, ya que en ésta la presencia del agua tiene una influencia despreciable' en los valores de Vi.

1 aplicación de este método puede ser b) Método de resistividad eléctrica. Consiste minar la profundidad de la roca bajo en determinar la variación con la

un depósito aluvial de difícil exploración directa. profundidad de las resistividades aparentes de un medio en que se h a

La interpretación de esta prueba siempre debe inducido un campo eléctrico; el equipo arce' con la información de sondeos consiste en una fuente de poder,

convencionales con extracción de muestras, voltímetro, amperímetro y cuatro ne la limitación básica de no detectar electrodos.

cia de estratos blandos que subyacen a otros duros, debido a las condiciones de Se han desarrollado varias técnicas de refracción que se desarrollan. Es necesario operación; dentro de ellas, la más utilizada ambién efectuar para cada línea de registro dos debido a su sencillez es la denominada como

una con un impacto en un extremo de método de Wenner, en el cual se usa un arreglo y la otra con un impacto en el otro como el de la Fig. 2.6, a través de h e a s de

observación sobre el terreno en estudio.

Los resultados que se obtienen con .este método permiten:

- Definir la estratigrafia - Por correlación, clasificar los suelos y rocas

del sitio - Definir la posición del nivel freático

La expresión es la siguiente: v

p , = 2 z h - 1

(2.3)

donde:

p, resistividad aparente a . ' la profundidad h , en. ohm-m

h distancia entre electrodos, en m

I intensidad de la corriente, en amper es

V diferencia de potencial, en volt

La estratigrafía se define de la observación del diagrama de isorresistividades (Fig. 2.7) que se obtienen de cada sección de observación con la ecuación 2.3 (Dobrin, 1965; Grant and West,

,1965; Olhovich, 1959 y Mooney ,and Wetzel, 1956). La clasificación tentativa de los materiales se hace por comparación de, la resistividad eléctrica con valores . típicos como los presentados en la Tabla 2.4. .La posición del

' nivel freático se detecta fácilmente' en la sección de isorresistividades. . . .

La precisibn de este .método para predecir la estratigrafía de un sitio es generalmente menor que la de refracción sísmica y por ello se utiliza menos; s in , embargo, es más confiable para determinar la posición del nivel freático.

C) Método con radar. Este método está basado en la propagación de impulsos de ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia (100 a 1000MHz) hacia el interior del suelo; estas ondas son reflejadas por anomalías del su bsuelo (irregularidades, interfaces o discontinuidades) a diferentes profundidades que después se captan por medio de una antena en la superficie del suelo. El sistema de monitoreo permite conocer la profundidad de la anomalía. La profundidad máxima de exploración no sobrepasa los 30m (98ft).

"1 (Ver Nota 1 de los Editores al final de este ,,

l .

caoítulo. con referencias aue incluven técnicas ? - -. .r - --, - -

y métodos geofísicos adicionales).

, ,

2.3.4 Pruebas de penetración

Los penetrómetros son conos o tubos de acero C.:- 4 que se hincan a presión (estáticos) o con el .. impacto de .una masa (dinámicos) y permiten definir indnectamente la estratiaafía del sitio . 1'

y la variación de la compacidad relativa y la '_ '

resistencia al corte (drenada) de las arenas con :.: la profundidad, así como la resistencia al corte ' L: no cl-enada de las arcillas. Con el penetrómetro tj:: , .. estándar se recuperan, además, muestras ;- alteradas que permiten definir confiablemente ?''!

' * la estratigrafía. Cabe aclarar que la resistencia al corte clrenada de las arenas depende de la ;!:, permeabilidad de éstas, así como de sus condiciones de frontera para el flujo de agua, .,' aunque esto ciertamente es cuestionable '< :

cuando las arenas están contaminadas con ,.. limos y se trata de ensayes de penetración -, dinámica. .

. . .- En la exploración de un sitio, los pe.netrómetrw :.':' se emplean de acuerdo con tres criterios de. ,::,;'.=$ aplicación: .i::~,.$g@;(.j . . ' . v

. .:, 5;'.

- Como instrumento de exploración, para. :i;:.!: definir la estratigrafía y facilitar con ello la ::L.: selección de los muestreadores de suelo que ' ;.!:

. . deberán emplearse . : <. F, .

.:." . .

- Para disminuir el costo de realización de ,'f sondeos complementarios para cubrir un , -.: área grande

- Como técnica única de exploración, en A- '" +;'l proyectos de bajo costo que no puedan ' *

justificar sondeos de muestreo. - -11 .

En la Tabla 2.5 se presenta una recÓpilación :, -

sobre los penetrómetros de uso más difundido. A ,-. continuación se entra en detalle sobre el cono i;

holandés tipo eléctrico y el penetrómetro ,;S-. estándar de tubo partido Doraue son los de . ' mayor utilidad en pueden establece] suelos.

zón 'con

COI

rop que los

.- - - - --

Nota.

~studios Geoiécnicos

~ i g . 2.6, Equipo para determinar la resistividad del suelo (arreglo Wenner)

Distancia entre electrodos, m

Fig. 2.7, Sección de isorresistividades (en ohm-m)

Tabla 2.4, Resistividad eléctrica de distintos tipos de roca y suelo

1 Material 1 Resistividad, en$ohm-m * ] Granito Diorita Gabro Gneis

Pizarra Conglomerado

Arenisca Caliza

Marga Arena Suelo

Los valores de resistividad eléctrica presentados en esta tabla indicativos, ya que algunos de estos materiales son afectados por composición quíniica diferente.

se deben considerar como la presencia de fluidos con


a) Penetrómetro estático tipo eléctrico (cono holandés, CPT). El penetrómetro de cono tipo eléctrico para hincarse a presión

.(estático) (Begeman, 1963; De Ruiter, 1972 y NRACC, 1975) tiene incorporadas celdas instrumentadas con deformímetros eléctricos que permiten la medición simultánea de las fuerzas necesarias para el hincado de la punta cónica de 60" de ángulo de ataque y 3.6cm (1.4in) de diámetro (10cm2 , 1.6inz de área) y de la funda cilíndrica de fiicción (Begeman, 1957), también de 3.6cm (1.4in). de diámetro y 13.25cm (5.2in) de longitud (150cmz , 23.3in2 de área lateral). Cabe aclarar que las fuerzas para el hincado de la punta del cono se estiman a partir de las mediciones de los deformímetros y calibraciones.

En la Fig. 2.8 se muestran esquemáti- camente las características de este penetró- metro (CFE., 1980 y Santoyo y Olivares, 1980). La capacidad de las celdas debe elegirse de acuerdo con la resistencia del suelo en que penetrará; la información de la Tabla 2.6 puede guiar esta selección.

Este penetrómetro se hinca en el suelo con ayuda de un mecanismo hidráulico .capaz de aplicar 2.5, 10 6 20t (24.5, 98..1 ó 196.2kN) de fuerza axial. Con una perforadora usual en geotecnia, se puede -hincar el cono como se muestra .en la Fig.2.9. La velocidad usual de hincado es de 2 c d s (1.2m/min , 3.9fVmin) (Sanglerat, 1972; ASTM-D-3441-75T) 1975). La resistencia de. punta y la de fricción se pueden graficar mediante un registrador potencio- métrico de dos canales y velocidad mínima de avance del papel de 1 .2cdmin (0.47in/min), o tambien, se pueden registrar manualmente con ayuda de un equipo digital. En la actualidad esta información se captura utilizando computadoras.

En la Fig.2.10 se muestra un sondeo tipico realizado con este instrumento y en la Eig. 2.11, se compara la resistencia de punta con el número de golpes de la prueba de penetración estándar en una arcilla muy blanda.

A l interpretar la información obtenida con este penetrómetro se puede determinar:

- La clasificación de los suelos por correlación empírica, sólo si se cuenta con la medición de fs y qc

- Los parámetros de resistencia al corte con base en conceptos teóricos (Lunne et al., 1977; Lunne and Clansen, 1978; Amar et al., 1975; Begeman, 1953; De Beer, 1948; Mitchell and D.ungunogh, 1973; Dungunogh and Mitchell, 1975 y Mitchell and Lunne, 1978). Cabe aclarar que el uso de los conceptos teóricos da mucha dispersión, por lo que deben usarse precavidamente. Por ejemplo, las extrapolaciones a sitios cuyos suelos sean de origen geológico diferente, pueden conducir a conclusiones erróneas. En el Capítulo 3 de este Manual, se discute la aplicación de esta pruebam al diseno de pilotes.

Fig. 2.8, Corte transversal del penetrómetro eléctrico

. Fig:2.9, Operación del cono

Registrador de dos canales

Penetrómetro

Cono holandés mecánico de 3.6cm (1.42in) de diámetro y 60' de ángulo de ataque (CPT)

Cono holandés eléctrico de 3.6cm (1.42in) de diámetro y 60' de ángulo de ataque (CPT)

Penetrómetro estándar 5.lcm (2in). de diámetro exterior y 3.6cm (1.42in) de diámetro interior (SPT)

Cono simple hincado a percusión, de 5.lcm (2in) de diámetro y 60' de ángulo de ataque

Penetróme tro Sermes de 7cm (2.75in) de diámetro y 90' de ángulo de ataque

Tabla 2.5, Penetrómetros para la exploración de suelos

Aplicacion a l

Arena y

Grava y arena

4rena con Arciiia )oca grava dura

lelo

Inacep- table

Grava

Grava

Arcilla blanda

Arcilla

Arcilla blanda

Comentarios

de la presión con precisa pero debe resistencia de velocidad de correlacionarse con punta (qc) y 1 . 2 d m i n (2cd8 , pruebas de de fricción (fe) O.gin/s) con la laboratorio.' . - En que se ayuda de un arciilas conviene generan sistema de carga correla-cionarla con durante su hidráulica pruebas de veleta hincado de (Sanglerat, 1972; 2Ocm (8in) Begeman, 1963 y

Begeman, 1957) La variación Igual que el .Igual que el anterior continua de la anterior. Se ha (Sanglerat,l972 y De resistencia de elaborado una Ruiter, 1972) punta (93, y norma tentativa de fricción (f,) para su operación con mayor (ASTM-D-3441- precisión que 75T, 1975). Es el cono mecánico Muestras alteradas de cualquier profundidad y el número de golpes necesario para hincarlo

La variación con la profundidad del número de golpes necesario para hincarlo

El número de golpes necesario para hincarlo lOcm (4in).

más eficiente que el cono mecánico Se hinca a percusión con el impacto de una 'masa de 64kg (1411b) dejada caer de 75cm (2.5ft) de altura. Se cuenta el número de golpe para hincarlo 30cm (lft) después de haber penetrado 15cm (0.5ft). Semejante al penetróme tro

Es una prueba de poca. precisión, pero probable-mente la más utilizada por que se tienen numerosas correlaciones con las propiedades Y comporta-miento de .... los suelos (CFE, 1980 y NRACC,1975)

Es una prueba burda, pero es la

estándar, y en única que hasta ocasiones con ahora puede martillos de proporcionar infor- 128kg (2821b) mación en suelos con

alto contenido de gravas (CFE, 1980)

Se hinca a Es un sistema muy percusión con eficiente pero de uso una masa de 30. poco extendido y por 60 ó 90kg (66, ello no se ha 132 6 1981b) q u e acumulado la levanta auto- experiencia en su máticamente un empleo (CFE.1980) cilindro neumá- tico y la deja caer de 40cm (1.31ft) de altura

Geotécnicos

, .

.ad necesaria de las celdas del

Estudios

penetrómetro

Fuerza, kg Esfuerzo, kg/cmg Punta (Q,) 1 Fricción (F.)- Punta(Qc) 1 Fricción (F.4

N Resistencia de punta q,, en kg/cm2

Velocidad de hincado = 0.5 anls I I I I I

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Resistencia de fricción f,, en kg/cm2

N = Número de golpes en prueba

Fig. 2.11, Comparación con la penetración estándar

y:k,;.. .~ ., .,

.,$ ; - . &.'.'-.:.,;*. ',

* ' !'e$ . : ;, , L a clasificación de los suelos se hace con ayuda de Las pruebas de penetración estática (CPT) se , Y las gráficas de'correlación de las Figs. 2.12 y 2.13. pueden correlacionar con las pruebas de .. k. * d., 'J :$,!:+: : ..,.,--,7,.. . . Los parámetros de resistencia al corte de los penetración estándar (SPT) mediante los valores .,;.,,K .2.;.,,.n:; i+;sf; ;*.. 3.: f. , .*.. .

suelos se pueden obtener indirectamente de las de la Tabla 2.7, propuestos por Schmertmann :;fc:,4-;> . . - , . pruebas de penetración con cono con la (Schmertmann. 1970). -...y- . .:d.?: . información básica contenida en la Fig. 2.14. .. . , :k . -. ?! -


w

O 1 2 3 4 5 6

Fricción local, kglcm2

Fig. 2.12, Clasificación de suelos con penetrómetro estático (Sanglerat, 1972)

Wer Nota 2 de los Editores a l final de este capítulo con referencias sobre el uso de métodos alternativos basados en SPT, CPT, pruebas con presiórnetro, y otros desarrollos recientes de ensayes de materiales

en sitio)

(Densa o cementada)

------.

E -

1 Arena

------ (Suelta)

Mezclas limo-arena. arenas arcillosas / . . - - - . - . . . - - - -

y limos / Arcillas arenosas /

/ y limosas / Arcillas inorgánicas

no sensitivas

---- / - Duras 7

Medias

[ - ; - 7 Arcillas orgánicas y mezclas

de suelos

-- Muy blandas

- O 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Relación de fricción, f,/q,, en porcentaje ' '

Fig. 2.13, Clasificación estimativa de suelos con penetrómetro estático (Schmertmann, 1970)


a) Suelos cohesivosI bi Rssincia al mflu m dmada (kwma)

Mlm de N, Rsfssncie

A r o l b marinas Msndss Lmne eia l 1877

Lmne el a l 1877

A r d k psmmdidodps Lmne d all87B

5-70 T& b8 b p ~ 8 de amba Ansr d d..197S

N l D 8 MBrde8 w m a n ' . lW3: 1 W

P m p 0 n e n ~ ~ d W m ~ z p s ~ w e l v s l a d e N ~ i @ s l l 4

Fig. 2.14, Parámetros de resistencia al corte

Cor los resultados de b) Penetrómetro estándar (SPT). El penetrómetro estándar es un tubo de dimensiones normalizadas que se hinca a percusión (Fig. 2.15). Consiste en un tubo de pared gruesa partido longitudinalmente, con una zapata de acero endurecido y una cabeza que lo une al extremo inferior de la columna de barras de perforación con que se hinca; la cabeza tiene un conducto para la salida de azolves a través de una válvula esférica o una válvula de varilla. Opcionalmente se utiliza una trampa de paso para retener las muestras (CFE, 1980 y ASTM D-1586-67, 1977).

entre pruebas CPT ( q c ) y SPT (N)

Suelo - Limos, limos arenosos, mezclas de limos y arenas, ligeramente cohesivos

Arenas limpias finas a medias y arenas ligeramente limosas

Arenas gruesas y arenas con algo de grava

Gravas arenosas y gravas El equipo auxiliar para el hincado es una masa golpeadora de acero de 64kg (0.63kN) con guía de caída libre de 75cm (2.5ft)y barras de perforación AW ó BW (4.44 y 5.40cm , 1.7 y

, .

Manual de Cimentaciones .Profundas

2 . h , de diámetro y 6.53 y 6.23kg/m , 64 y 61.1N/m de peso, respectivamente) con un yunque de golpeo incorporado a la columna de barras. La masa golpeadora se levanta con un malacate de fricción (cabeza de gato).

El penetrómetro estándar se hirica &cm (1.5ft) en el fondo de una perforación de 7.5cm (3in)de diámetro mínimo con los impactos de la masa de 64kg (0.63kN) y caída libre de 75 +l. lcm ., 2.5 +l. 0.03ft (Fig.. 2.16). Se cuenta el número de golpes para hincar- cada tramo de 15cm (0.5ft). Se define como resistencia a la penetracih estándar, al número N de golpes necesarios para hincar el penetrómetro los dos últimos. tramos de 15cm' (6in). Cuando debido a la dureza del suelo no se puede penetrar los 45cm

(1.5ft), se define . N por extrapolación (CFE, 1980). .

Después de hincado se saca el penetrómetro a la superficie para recuperar la muestra alterada, que se coloca en un frasco hermético, y se registra la información del hincado y clasificación del suelo. Al interpretar los resultados obtenidos con este penetrómetro se puede lograr: - Definir la estratigrafía del sitio - Determinar por correlación la compacidad

relativa de suelos granulares y la consistencia de suelos cohesivos

- Obtener muestras alteradas para determinar en el laboratorio sus propiedades índice

Válvula esferica

Vhlvula de varilla

. ,. . . .

Acotaciones en'crn

.5 Trampa de paso (canastilla)

.4

I I / Aristas ligeramente redondeadas

Fig. 2.15, Penétrometro estándar

Cadena

penetración estándar se puede correlacionar con el ángulo de fricción interna mediante la gráfica empírica de la Fig. 2:19.

Tabla 2.8, Correlación número de golpes vs. compacidad relativa (Terzaghi and Peck, 1968)

- Número.de golpes 1 Compacidad relativa 0 - 4 1 Muy suelta

-L & , . . ! / Il Ikr Masa golpeadora 4 - 10 Suelta de acero 1 10-30 1 Media

J t- Barra guía

ir" Yunque de golpeo

30- 50 . Compacta > 50 Muy compacta

. . . .- %<a: d... ... Terzaghi and Peck, (1968) establecieron la

+4 d - - correlación empírica entre la resistencia a la ,? . .'-' B+$., V+ - ,L/ penetración estándar, la consistencia de suelos -'. !: 5

14; ~4 > ':-' cohesivos y la resistencia a la compresión sin . _ . . ,I

3;;)& ', . .i ' k-, .+J. confinar, qu, mostrada en la Tabla 2.9, pero su j empleo es menos confiable que la correlación con :.

la compacidad relativa. - . :: -

;g,, -,{* ,- - r .

?,. . ; y La prueba de penetración estándar debe $ ,#,c. realizarse cuidando que el muestreador tenga

>-, . . . . . . .. u- :?:;,. .J...:., 'las dimensiones señaladis,. el peso del martilo Penetrórnetro

...- .... esthndar sea de 64kg (0.63kN) y la caída libre de 75cm '.:L , - .:

-&g; : 5-: (2.5ft). La perforación debe mantenerse con un

gf?: ' 5 . - :?;.

espesor.máximo de azolves de 5cm (2in) y el .......

;&& F::;;;,.; , ,

agua o lodo empleados- para la perforación P., F::: >:-:; c . . p-. ,;;; :!: .-'

deben mantenerse a un nivel constante. Las barras para el hincado deberán ser AW ó BW y

-. . . . .;: - ,< ., . ' W g . 2.16, Prueba de penetración estándar su movimiento, al meterlas o sacarlas del ,$q,~+;;: sondeo, deberá ser lento para evitar que se

@$<. .:,; ,, .< ,. c y.;%:, :&a estratigrafía del sitio se define a partir del

mero de golpes N nece '

trómetro los 30cm ( l f t ) , o ei polación en los casos en que n

mpo de suelos de acuerdo

genere succión y con e¡lo s e reduzca la compacidad. relativa de los suelos

sano para mncar el ... predominantemente friccionantes. obtenido por

+ 2, , o penetre los LF-+, :, '&cm (1.5ft) especificados, y de la clasificación En suelos de bajo contenido de agua, el avance

al Sistema de la perforación debe hacerse en seco, por que

:2..,m -2 , v i u u ~ a u w ur; v ~ a ~ i i r ~ a u w i i uc: ~ U Z ~ O S (SUCS), el empleo de agua o lodo reduce el número de

35 .: :como se muestra en la Fig. 2.17. golpes y aumenta el contenido de agua. :.. -";

Tpes N y la compacida bla 2.8, es válida para a r c i i a c

ivel freático. ,Para tom; ad a la que se realiza Ir nivel freático Jehr

- 1 .+ -2; =, - $. .. , . 3:,$ 1' La correlación empírica entre el número de Técnicas de perforación. La realización de un

d presentada en la sondeo implica la ejecución alternada del . .-3-e...-. 7 localizadas muestreo, del avance y "rimado" de la

Eir en cuenta perforación; por ello, la técnica de perforación

i prueba y la que se utilice es una parte fundamental del

utilizar la trabajo de campo que influye en la calidad del :%<;$ ' ,* ..

93. = .'-correlación de la Fig. 2.18. La resistencia a la muestreo. ......

Manual de Cimen ltaciones Profundas

Fig.

Fig. 2.17, Perfil estratigráfico de un sitio

1 M y densa A 100 80 N 80

- O 10 20 .30 U5. t/m2

40

N Nilmem de golpes en la prueba de penetrecih estendar (SPT) E & e m vertical efeclivo. Urn"

h pmhindidad de4 n M fre81lco. m z proiundldad de le prueba, m

7 k &so voludtrka del suelo hilmedo. Urna 7' peso wlurnbtriw del suelo sumergido. Um'

@%=1.6 h + 0.6 (14) (valor eprodmado)

2.18, Correlación número de golpes vs. compacidad relativa de arenas

- Estudios Geotécnicos

m--" -------------------------- -- ------- ------

;.'y , .i '

p ; - '4.

, .

28' 32' 36" 40° 44O Angulo de fricción interna, @

1 Relación para arenas medianas a gruesas de grano anguloso a redondeado

I . 2 Relación para arenas finas y para arenas limosas

Fig. 2.19, Correlación número de golpes us. ángulo de fricción interna 4 (Terzaghi and Peck, 1968)

Tabla 2.9, Correlación entre N, qu y la consistencia (Terzaghi and Peck, 1968)

*. Consistencia,,. Muy blanda Blanda Media Firme M u y firme Dura

N 2 2 - 4 4 - 8 8- 15 15 - 30 30

Qu 0.25 0.25-0.5 0.50-1.0 1.0-2.0 2.0-4.0 4.0 (kg/cm 3

as para perforación de suelos. Las brocas diversos diámetros (2 7/s, 4, 5 y 6in, es decir, 'la perforación de pozos con máquinas de 7.3, 10, 12.5 y 15cm , respectivamente); ;'ón se eligen de acuerdo con la dureza de para enfriar la broca y arrastrar el material ateriales que se van a cortar; en la Fig. cortado a la superficie se utiliza un fluido de se muestra el criterio general para la perforación (lodo, agua o aire) que sale al ión de estas herramientas y a centro de la broca. uación se resumen brevemente sus

ísticas aplicabilidad. Esta broca se puede utilizar para perforar desde rocas duras a suelos duros (Fig. 2.20);

ca tricónica. Consiste en tres conos es inadecuada para perforar suelos blandos, atorios embalerados que tienen dientes porque los conos difícilmente giran e incluso abrasión, de forma esférica para rocas se atascan, porque el chiflón no limpia as, y de prismas agudos para rocas eficientemente los dientes de corte. das (Fig. 2.21a). Se fabrican en muy

3 1


Rocas Suelos 1

Blandos Duros . Blandos

Broca tricónica L I D

I Broca Drag

I

t Broca de aletas

Broca cola de pescado

I

Resistencia al corte Fig. 2.20, Criterio de selección de una broca de perforación para suelos y rocas

El uso de estas bocas queda restringido a los basaltos y tobas duras, aclarando que en los basaltos, los martillos neumáticos que cortan a roto-percusión son más eficientes y reducen significativamente los costos de perforación; de manera similar, la broca "Drag" es más eficiente que la tricónica para perforar las tobas duras. La tricónica no debe usarse para perforar pozos de bombeo y sondeos, porque remoldea por amasado a l suelo, reduciendo s u permeabilidad y alterando s u estructura.

O Broca Drag. Es una pieza sólida que tiene <

tres planos radiales de corte, protegidos con ! pastillas de carburo de tungsteno (Fig.

2.21b). Se fabrica desde 2in (5cm) de diámetro; para enfriar la broca y arrastrar el material cortado a la superficie se utiliza

i u n fluido de perforación (lodo, agua o aire), 1 ' 51 que sale a l centro de la broca. Su

aplicabilidad abarca desde las rocas blandas a los suelos duros; no debe utilizarse para la

i ejecución de sondeos e n suelos blandos, porque el chiflón de agua o lodo erosiona hasta 50cm (1.6ft) por debajo de la broca

O Broca de aletas. Consiste en dos placas de acero duro (aletas) que forman una hélice corta; la salida del agua o lodo a presión incide en la superficie superior de las aletas (Fig. 2.21~). Esta broca es de fabricación artesanal y puede construirse desde 2in (5cm) de diámetro. Esta broca se desarrolló para,perforar los suelos blandos del Valle de México, eliminando el problema de erosión

del fondo de la perforación, que generan las brocas tricónica y Drag

Esta broca se puede utilizar en suelos de consistencia media a blanda; es la más adecuada para hacer perforaciones para sondeos e instalación de pozos de bombeo, porque deja agujeros limpios y poco alterados; adicionalmente, tiene las ventajas de ser significativamente más económica que la tricónica o la Drag, y sobre todo más eficiente.

0 Broca de cola de pescado. Es una pieza sólida que consiste en dos placas triangulares ligeramente alabeadas, con su vértice e n la parte inferior (Fig. 2.21d), aunque también pueden ser rectangulares y entonces la parte inferior es recta. Esta broca siempre es ciega, esto es, no tiene salidas para fluido de perforación, por lo que su uso se restringe a la llamada perforación de batido. Esta broca se puede utilizar en suelos de consistencia media a blanda. Esta broca es la más adecuada para hacer perforaciones sin eliminar el material cortado; por ejemplo, las perforaciones de batido que se requieren para el hincado de pilotes, para las que se agrega algo de agua al inicio de la perforación. Se. utiliza también para perforar los estratos duros que impiden el hincado del cono eléctrico.

O Máquina perforadora rotatoria. En relación con estas máquiiias debe tenerse en cuenta que se han diseñado para dos objetivos distintos: 1) para exploración minera y


la se

sta de de cia de ine .ón las

F+fC - ~niont'ada.s-4< vehículos o remolques de gran

~$&&s~ddl,800&m y longitud del vástago '"L. . - :,- . - Eidr..@Giación mayor de 1.5m , 5ft (sus

y ?,;y ,, ' 5'. .:c~r,act~ri$ticas se presentan en la Tabla y;d-f.;';... , 7 .. -, .. ,.

4>:. .21110);.3;~ h,.. : .- .

' . ,., .', .S ,, . . . < ' .- -... C:;,-%:1+.; ;+i'ferencia fundamental entre ambos

4 4 /:.:f., . :tip.os~de~.perforadoras radica en la longitud 'J&*;,:. ':;.. , . ,

!t- $,:$ ,,,, ...:::, :.. d$l:yastago .a ,.: .-. de perforación. Advirtiendo que

, ., - ~~a'pper'ación de los muestreadores de suelos p . .. , '

-::;-x'i,equiere carreras .mínimas e 75cm (2.5ft), 4-\:. .: 7 , .., .-, ?f~I':':L:cesulta. entonces que las perforadoras ,,f y-,.;' ;. k..,,,;.p~$eras Únicamente pueden hacerlo en dos 23f -r~>&La~as-.de avance (carrera de. 60cm, 2ft); lo c;:j~i!..,ij+: E.:: - <.:. necesariamente induce alteración y $ 3 2~,.i.>iémoldeo en las muestras, como -" - h . .- 9 , . .--t ,, 7 , .

:.;:,Znsecuencia de la adherencia que se -" ,; "

r.y;.;:;-iesarrolla durante la interrupción. p?:'. .: .-*,, . . , . ,'.!'y 1 ,:-: ;. , . v. -, S..: ;~i..-.+tá&~a perforadora de percusión. El uso

--..p. ,, ; . f:<p:i '4e:':estas máquinas debe evitarse en los ? p C ;: -!:. ,, ,,~ioAdeos .geotécnicos, porque alteran :$, -:. ~$i'&ifkativamente el suelo.

mbas de presión. La bomba para ación debe ser capaz de operar con

bentoníticos. Las bombas más es son las de cavidad progresiva

s en la ~ a b l a 2.11, sin embargo, ndeos poco profundos (h e 50m, se han venido utilizando bombas

de alta presión, sabiendo que quedan sujetos a un

desgaste importante.

Barras y ademes. Las dimensiones y pesos de las barras y ademes de perforación aparecen en las Tablas 2.12 y 2.13. Las barras EW se utilizan para la penetración del cono eléctrico, las AW y BW son las de empleo más general y las NW son poco recomendables para el muestre0 de suelos. En cuanto a los ademes, se observa que sus

diámetros interiores, de 76 y lOlmm (3 y 4in), limitan el diámetro de los muestreadores que pueden pasar a través de eilos; por eso en sondeos en los que se pretenda utilizar muestreadores de mayor diámetro, queda obligado el uso de lodos de perforación que eliminen la necesidad del ademe metálico.

c) Sondeo con medición de parámetros de perforación. Este tipo de sondeo se basa en la medición de una serie de parámetros del comportamiento del avance de la perforación, usualmente puede ser una broca tricónica de 2 %sin (7.46cm) pulgadas de diámetro con que se barrena el suelo. Los parámetros medidos con sensores electrónicos son:

- Velocidad instantánea de avance (IAS, m/h) - Tiempo para perforar lcm (0.4in) (TMCM, 4

- Presión en las barras de perforación (TP, % . . kg/cm4> i - $

- Presión de inyección del fluido de . - i

perforación (IP, kg/cmr) - Revoluciones por minuto de la herramienta

de perforación (RPM, rpm) - Torque aplicado en la perforación (kg-m)

- Reflexión de la energía - Indicadores de inclinación en dos ejes - ~ n t r a d a s adicionales para registrar

parámetros auxiliares

Las variaciones de estos parámetros durante la ,

perforación permiten captar con detalle las características estratigráficas del suelo, lo que no es posible lograr con las técnicas tradicionales.

La presión en la herramienta de perforación y la presión de inyección del fluido de perforación son parámetros que se emplean como indicadores del control de calidad de la perforación (Fortunati and Tomiolo, 1995). Los otros parámetros se emplean para evaluar la energía específica, definida como el trabajo empleado para remover del barreno de perforación un volumen unitario de suelo. La experiencia demuestra que la energía específica es una magnitud absoluta capaz de identificar un suelo dado y que los resultados son repetitivos y pueden extrapolarse para el mismo tipo de suelo en diferentes sitios. La energía se evalúa con la siguiente fórmula:

Manual de Cimentaciones Pro fundas .- --- -

Máquina

Longyear Mod.34 (*)

Mobiie Dril1 Mod. E53

Mobiie Drili Mod. B61

Acker Mod. AD 11

Acker Mod. MP50

SIMCO Mod.

Planta

Peso. en kg

- 1130

1826

3721

2310

1996

1200

. .. d) Cola de pescado

c) De aletas Aleta

Fig. 2.21, Tipos de brocas

Tabla 2.10, características de las máquinas de perforación

Fuerza de empuje, en

kg

3200

8568

4800

7200

3200

2950

Velocidad de mtaci6n,

en rpm

22 - 1510

27 - 716

65 - 850

55 - 553

43 - 287

O - 300

Par máximo, en

. kg-m

Carrera de perforación, en

Gasto, en Vmin

Cavidad progresiva I 1 Barnes Centrífuga de alta Mod. Caracol presión l 150

1 Diámetros, u--,: a en in

I

16 7.5 3 x 2 Lados densos

8 10 3 x 2 Lados medios

Peso. en k d m

N velocidad de rotación, rps T torque, kN-m , R velocidad de penetración, d s ! A hrea de la sección transvers ,

perforación, m*

de Los sensores empleados para monitorear las variables anteriormente descritas, van

Manual de Cimentaciones Profundas - ------------

montados directamente en el equipo de perforación y conectados a una unidad de control con salida gráfica a l mismo tiempo que se almacenan en una unidad de memoria.

Esta técnica de exploración es recomendable para suelos duros y rocas. E n la Fig. 2.22 se presenta el registro de campo de un sondeo con medición de parámetros de. perforación. El perfil estratigráfico fue inferido de los detritos de la propia perforación y corroborado con un sondeo de penetración estándar (SPT) efectuado en el mismo sitio.

Esta técnica se viene usando extensamente e n Francia desde 1970, particularmente en suelos secos o duros, en donde la penetración estándar es de precisión muy dudosa

2.3.5 Exploración geotécnica in-situ

a) Piezometría

O ' Piezocono. Es un dispositivo mediante el cual puede medirse la presión de poro del

Fig. 2.22, Sondeo con medición de


El equipo que se utiliza para el hincado del piezocono en el suelo es similar al que se emplea en una prueba de cono eléctrico convencional. La velocidad de hincado del piezocono no es mayor a 2cmls (0.8in/s), para evitar generar una . sobrepresión que podría dañar el

El procedimiento de ejecución de una prueba de p i e m n o (Fig. 2.23); consiste en hincarlo a velocidad constante hasta una cierta profundidad y después se suspende el hincado, se toman lecturas de presión de poro hasta alcanzar la presión de equilibrio del suelo. El tiempo .necesario dependerá del tiempo de respuesta del --transdudor y de la .permeabilidad del suelo en cuestión. Las mediciones de la presión de poro generalmente se realizan en estratos permeables cuya profundidad puede defuiirse indirectamente

de un sondeo de cono eléctrico complementado con un sondeo de muestre0

medición se grafica una curva de de la presión de poro contra el tiempo o después de suspenderse el hincado

cuando las lecturas tienden a . ser se dice que se ha alcanzado la presión ación cuyo valor es la presión de poro

del hincado. Se ha e la estabilización de las lecturas artir de -los 15min para suelos on tiempos máximos del orden de los de menor permeabilidad.

ibujan los resultados de todo el áfica que relaciona la presión de 1 piezocono a cada profundidad.

" ' En la Fig. 2.25 se presentan los resultados de un no comparados con los datgs

a estación piezométrica a.en el mismo lugar y

a fecha de la prueba. Esta piezocono permite

ución de presiones de que se puede lograr con. , pero en tiempo y costo

O Piezómetros abiertos

Piezómetro abierto tipo Casagrande. Este dispositivo. permite determinar la presión de poro de un lugar a cierta profundidad, midiendo

el nivel del agua que se establece en un tubo vertical provisto de una celda permeable en su extremo inferior. Con la información que se obtiene se puede evaluar:

El estado inicial de esfuerzos del sitio en estudio La variación de la presión con el tiempo La influencia del proceso constructivo en la presión de poro

Hincado del piezocono

0

--- de lectura

Fig. 2.23, Piezocono

O 5 10 15 20 25 30 3 5 , 40 45 50

Tiempo (min)

*-

O S 10 1.5 20 Tiempo (min)

25.0 m

O 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tiempo (min)

O 5 10 15 20 25 30 35

Tiempo (min)

Fig. 2.24, Curvas típicas de disipación de la presión de poro con el tiempo


limpia. La secuencia de' instalación se presenta en la Fig. 2.27 y consta de las siguientes etapas:

Se perfora el suelo con un diámetro de 7.5cm (3 in) hasta 6 0 c m (2f t ) por debajo de la profundidad de instalación del piezómetro; el fluido de perforación debe ser agua. Se instala ademe metálico de diámetro N y se hace circular agua limpia hasta que retorne con un mínimo de material en suspensión. Simultáneamente a lo anterior se ensambla el piezómetro con la longitud total del tubo vertical (por ejemplo 30m. 98.4f t ) para permitir que el cemento de los coples tenga tiempo suficiente para endurecer; si se emplea tubería metálica en las cuerdas se debe colocar cinta de teflón. Se extrae el ademe 30cm ( l f t ) y se vacía arena bien graduada en el pozo, controlando su volumen. Se coloca el piezómetro dentro del pozo, comprobando que quede bien asentado en la arena. Esta maniobra se hace aprovechando la flexibilidad de la tubería de PVC de 1.25 ó 2.54cm (0.5 ó 1in)de diámetro, que fácilmente admite radios de curvatura de 3 m ( l o f t ) , aproximadamente; cuando se utiliza tubería metálica se enrosca a medida que se introduce en el pozo. En cualquier caso se coloca un tapón superior roscado o débilmente cementado, con una pequeña perforación para que el aire entrampado tenga salida. Se extrae el ademe en tramos de lOcm (4in) , vaciando gradualmente la arena dentro del pozo hasta 30cm ( l f t ) por arriba del bulbo. Se agrega bentonita en bolas para sellar un tramo de un metro del pozo, controlando su volumen. Se extrae el ademe y se rellena el pozo con lodo arcilloso.

Profundidad de instalación de las celdas. Deben colocarse coincidiendo con los estratos permeables que aseguren su buen funcionamiento; en la Fig. 2.28 se muestra como hacerlo, aprovechando un pedid estratigráfico obtenido con el cono eléctrico.

Manual Cimentaciones Profundas

Por lo tanto, una estación piezométrica siempre está constituida por varias celdas de medición, usualmente dos o cuatro,. en igual número de perforaciones. En la Fig. 2.29 se presenta la manera de construir los registros de protección. En la parte inferior de la tapa del registro deberá indicarse la información que identifique la profundidad de cada celda, así como un nivel de referencia de las elevaciones.

Medición. La celda permeable , permite determinar la altura piezométrica del agua del estrato en que fue instalado; siempre que el sello impida la intercomunicación con los otros lentes que queden por arriba. El tiempo de respuesta de este piezómetro es lento, probablemente de varios días, porque tiene que acumularse el agua dentro del tubo vertical, hasta alcanzar la altura de equilibrio.

El nivel del agua dentro del tubo vertical se . '

determina con una sonda eléctrica integrada por un cable eléctrico dúplex flexible y un medidor de resistencia (óhmetro); la punta del cable lleva una boquilla de plástico que impide'que los dos alambres conductores puedan hacer. contacto con la pared interior del tubo; tiene también un lastre metálico para tensar el cable y asegurar la precisión de la medición. Una vez que los conductores tocan la superficie del agua cierran

a) Celda permeable

Tubo WC ( hidrAullco ) 1.25 an 0

Tubo WC ( hlddullm

Tapa PVC 0.63 cm

Fig. Pie

1

el circuito, y el óhmetro lo registra; la precisión .- de la medición es de más o menos l.Ocm (0.4in) de columna de agua. La medición de la altura '*

piezométrica debe estar relacionada con un nivel de referencia instalado junto al piezómetro (Fig. 2.29).

Interpretación. Una vez estabilizados los niveles ; del agua en el interior de los tubos que componen la estación piezométrica, y conociendo /'

el valor de los esfuerzos totales, se puede :'

determinar la variación de los esfuerzos ;-,Y efectivos.

O Piezómetro neumático - . ...

- . . . .

Este dispositivo, a l igual que el piezómetro abierto, permite determinar la presión de poro i, de un lugar, a una cierta profundidad, + midiendo directamente la presión que ejerce el t, - agua sobre una membrana o diafragma; como el ;:. volumen de agua que se requiere para activar ,'',i. la membrana es muy reducido, s u tiempo de respuesta es corto. Lo anterj piezómetros sean particular

lace nte

que adec

estc :uadc

para detectar los cambios de presión de poro '1. provocados a consecuencia de un proceso ::

. .. .- \ constructivo.

b) Instalación

Figura sln edwb Amtadmes en cm

t ro abierto

Lavado con agua


Colocaata Coiocaci&l Calocacün CondiciOn del fih kle la celda del selb final

Fig. 2.27, Instalación de piezómetros

Fig. 2.28, Criterios de instalación de piezómetros

Fiura sin escala Acotaaones en m

Manual de - Cimentaciones Profundas

Datos de idenoficación

. .

+ - //Wfl

Tabique

40 . . 30

Nivel de referencia

Armazón

Tabique

' L

Planta b- 29

Fig. 2.29, Registro protector de piezómetros abiertos

1


agua a presión; dicha cámara tiene dos ~ r ~ c i o s para el paso de los tubos polyflo que conducen el aire. La calibración consiste en aplicar una presión conocida a l agua y medir la correspondiente en el 'piezómetro; en la Fig. 2.31 . . se muestra una curva de calibración típica, en la. que puede apreciarse cierta distorsión para presiones menores de lkg/cmP (98.lkPa) Esto '

Último no necesariamente es importante, por que la curva de calibración se repite. La precisión de la calibración e s t á ' condicionada a las sensibilidades de la membrana y del sistema de . medición. Aire

Tubo W C 1.9 an 0

Reduccibn bushing de 2.54 a 1.9 cm

. . , .

Tubo polyflo 0.47 an 0 . . .

Tubo WC 2.5 cm 0 :

Tomillos de acero

Transdudor neumático

Membrana de acem

Separadbn para fines

Arosellos central

Bulbo, tubo de WC de 6.W cm 0 m n ranuras a cada 5 mm. lleno de arena media

-L Ranura de 1 mm (arreglo de 3)

Tapa de PVC 0.63 cm

0

Dibujo sin escala Acotaciones en centimetros

Fig. 2.30, Piezómetro neumático tipo Instituto de Ingeniería

Manual de.Cimentaciones Profundas

Presi6n registrada. en kglm2

Fig. 2.31, Calibración de un piezómetro neumático

Operación. La presión que ejerce el agua en la membrana se determina equilibrándola con aire, valiéndose de un sistema de aire a presión controlada, identificado usualmente como consola de medición. En la Fig. 2.32 se presenta una consola para presión de 400kPa (4kg/cmp,4Om de columna de agua), así como el arreglo para la medición, que opera. en las siguientes etapas:

1. Se conectan los tubos de entrada y salida del piezómetro a la consola de medición

2. Se cierra el regulador de presión y la válvula de purga, y se abren las válvulas de paso y del tanque

3. Se abre gradualmente el regulador, observando la presión en el manómetro de 400kPa (4kg/cmz) que registra presión a una presión de 5OkPa (O.Skg/cm*, 5m de

columna de agua). A continuación ;e abre la válvula del manómetro de mercurio y se mide con una precisión de lmm (0.04in).

4. ' La medición de la altura piezométrica debe estar relacionada con un nivel de referencia superficial instalado junto al piezómetro

Los piezómetros neumáticos son instrumentos delicados cuya instalación y operación debe. encomendarse a personal cuidadoso debidamente entrenado. Este tipo de piezómetros pueden instalarse en estratos de arcilla, a condición de que en la interpretación de las mediciones se tome en 'cuenta la demora en su tiempo de respuesta. , . , . . .

. .

O Piezómetro abierto hincado

Se trata de un piezómetro tipo Casagrande, pero de instalación más simple y por ello resulta más confiable. Permite determinar la presión de poro

, .. de un lugar a cierta profundidad, midiendo el nivel del agua que se establece en la punta permeable de un tubo vertical hincado a presión.

El piezómetro abierto se muestra en la Fig. 2.33. Consta de un tubo de cobre de 1.58cm (0.62in) de diámetro y 30cm (lft) de longitud, 'con perforaciones de 5mm (0.2in) forrado con fieltro permeable, en su parte superior se une a un tubo de fierro galvanizado de 1.90cm (0.75in) de diámetro en tramos de 1.0m (3.3ft) con coples. En el extremo inferior se une una punta cónica de acero de 2.7cm (1.06in) de diámetro, con sello temporal de silicón al tubo galvanizado.

1 Vdlvula o pivote 2 Manbrnetro 14 kg/crn2 3 Filtro 4 Regulador 5 VAlvula de paso 6 Manbmetro 4 kglcm2 7 Válvula de purga , 8 Tanque con aire a presi6n (10 kg) 9 Manbmetro de mercurio 10 Membrana del piezbrnettri

Fig. 2.32, Equipo de medición

Estudios Geotécnicos ------.

Barra de acero de 1.58 cm de diametro

Tubo de. cobre, de 7.58 cm de diametro rigido

Perforaciones de 5 mm de diámetro

Tubo galvonizodo de 1.9 cm de diametro

f ieltro

Sello de silicón t $.Y

L

a) Conjunto .. ... b) Punta Piezométrica !.O 3- 0 <O

f Punta de acero

Fig. 2.33, Punta piezométrica

n. Este tipo de piezómetros se hincan en celda permeable (Fig. 2.34b), o bien con los on ayuda de gatos hidráulicos de una impactos de un martiilo hasta abrir el a. cuando los suelos son muy blandos piezómetro 20cm (8in).

arse manualmente a percusión o con coidal. El procedimiento utilizando 4. Al extraer la barra de acero deberá agregarse

agua de manera que el nivel del agua (NA) no cambie bruscamente, sino que se mantenga cerca o por arriba del nivel freático (NF); a

ente con una barrena . . continuación, este nivel tenderá a encontrar su

perforadora mecánica, posición de equilibrio. riba de la profundidad

o en el suelo en la Los elementos permeables de los piezómetros

la profundidad de, deben. colocarse coincidiendo con los estratos .permeables que aseguren . su buen estas condiciones el

enetre agua y lodo al funcionamiento; para ello es muy recomendable

el hincado se hace a aprovechar un perfil estratigráfico obtenidb con el

cabeza protectora cono eléctrico, debido a que esta tkcnica detecta con precisión los estratos duros de materiales permeables. Consecuentemente, ' una estación piezométrica siempre estará constituida por

(0.37in) de varios bulbos de medición, usualmente de dos a ) con cuerda, cuatro, en igual número de perforaciones, pero a continua; a distintas profundidades. Una vez finalizada la asta igualar instalación de los piezómetros, se deberán de con el nivel proteger con un registro metálico. Deben colocarse

(NF). Posteriormente; con la barra leyendas que identifiquen su profundidad y se empuja a presión la punta de la elevación de referencia.

Notas

Medición. El nivel del agua dentro del tubo se determina con la ayuda.de una sonda eléctrica integrada por un cable dúplex flexible y un medidor de resistencia (óhmetro). El tiempo de respuesta de este piezómetro es lento, probablemente de varios días, porque debe acumularse el agua dentro del tubo vertical, hasta alcanzar la altura de equilibrio.

Interpretación. Una vez estabilizados los niveles del agua en el interior .%de los tubos que componen una estación piemmétrica, y conociendo la variación de los esfuerzos totales, se puede determinar la variación de los esfuerzos efectivos.

b) Dilatómetro de Marchetti (DMT).

El dilatómetro de Marchetti consiste de una paleta de acero templado, que tiene en el centro de una de sus caras una membrana circular de acero que expande con gas a presión; se conecta


- NA, Nivel del oguo dentro del tubo

- Acotaciones en cm

Fig. 2.34, ~'nstalación de punta piezométrica

unidad de control.

. . . .

m (0.66 ó lft) en toda la profundidad de rés. Para hincar el dilatómetro en el suelo tiliza un equipo similar al que se emplea hincar un cono eléctrico en el suelo.

retación de las lecturas. Con las tres s anteriores de cada profundidad se

de presión UD. Se considera que la ión de la membrana es una carga

en la superficie de un semiespacio

1 T . L .. mzuazos ueozecnzcos .:! '.. . --------------- 3;: .. . '.: . . - - . . ... . . > I ' / . . . /.... . . . , B'.- ,, T.;:: : .. .$ara detectar cuando tomar las tres lecturas ?y.,- : :, . L3:Lanteriores.

p,;,;.::,;.: '.- :-~elástico, con módulo de Young E y relación de p3>,f.;;7 ,:<; -

;-;-. . . ..~Poiseon v, el desplazamiento S del centro de la ,%,:*.';:, f.' . ,;::. ';;'.:, 'membrana sujeta a una presión normal a-, es . - j ..,; :. gb-: . . . . . . . /, '.,:(Gravensen,1960): .

a relación D(l - v2' es Conocida como "módulo atométrico ED"- y se calcula sustituyendo S =

- pg en la ecuación

(2.6)

. :Ei. Al esfuerzo lateral normalizado sobre la .. - T , , ',a. membrana se le denomina "índice de esfuerzo",

> :. - ' . . #J.:;: . ;.-e- S . . , .l..,' duo esfuerzo vertical efectivo

+ ,?;'.r w %A .c,_, ;, .- ,. !,:, ~ . , - uo presión de poro antes del ... 1;: ; :;y:-;,,-, hincado del dilatómetro $,-.;; . .

2.. ... :., .,; Po lectura A corregida g ;.' 9 ";&; -a4.; L-,-'.El índice del material ID, (utilizado $+, . - ,L.: - .'. >estimar la estratinafía Y el t i ~ o de suelo)

para es:

en donde pl, po y u. ya fueron definidos. El índice de presión de poro UD (usado para clasificación del suelo) es definido como (Lutennegger and Kabir, 1988):

donde ps, po y uo ya fueron definidos. Los parámetros obtenidos con el dilatómetro se basan en correlaciones que emplean los índices anteriores y que a continuación se describen.

O Presión de poro en la penetración

La presión pp medida con el dilatómetro (DMT) es comparada con la presión de poro bajo la suposición de que cuando se deja de aplicar presión sobre la membrana, se presenta un espacio vacío entre esta y el suelo circundante; este espacio se llena con agua y la membrana del DMT registra esta presión. Lutenegger and . Kabir (1988) reemplazaron la membrana del . . dilatómetro colocando una piedra porosa y un transductor de presión en la misma posición. Posteriormente compararon los valores de la presión po medidos lmin después de alcanzar la profundidad de prueba, con la presión de poro generada durante el hincado del DMT (u = u. + U=) medida mediante este "piezómetro modificado" o " piezohoja" inmediatamente después de que se alcanzó la profundidad de prueba (uo es la presión de poro en equilibrio y ue es el exceso de presión de poro generada durante el hincado).

En suelos cohesivos encontraron que el valor de po es muy cercano al valor de u, especialmente en arcillas blandas (Fig. 2.36). En arenas, Lutenegger (1988) y Robertson et al., (1988a) encontraron que pt es igual a la presión de poro en equilibrio u, (Fig. 2.37). Esto se debe al hecho de que el drenaje en e s t v suelos ocurre 1 minuto después de la penetración, y que la presión de poro en equilibrio uo es restablecida al mismo tiempo que la presión ps se mide.

O Coeficiente de empuje de tierras en reposo Ko.

Arcillas. Existen correlaciones empíricas entre el coeficiente de presión lateral de tierras Ko y el índice de esfuerzo KD. Entre las de mayor uso se encuentran las siguientes (Lunne, 1990):

Manual de Cimentaciones Profundas Gaa

tabilitad0res - 7 190 mm

Membrana de b. acero inoxidable 4 50 mm

I

Diagrama general

Detalle del dilatómetro ... -.

Cilindra de scem Inoxidable

-Membrana de acero inoxidable

Disw sensor

. Cilindra de pkdglas

Llnea de gas

Ptincipio de trabajo

Consola

Fig. 2.35, Dilatómetro de Marchetti

O 100 200 300 400 500 PIEZOHOJA u,. u, (kPa)

Fig. 2.36, Comparación entre uc y pz (Lutenegger and Kabir, 1988)

p, ( m de mlvmna de agua )

Fig. 2.37, Comparación entre ps y la presión de poro en equilibrio estático en arenas (Robertson

et al.. 1988)

c <+ * .. , f .

\ - -

,,* J , . -

f . -. - . .. Para arcillas jóvenes : Ko = 0.34 K,"~ (S, /a', 5 0.50)

;;,' .r . '1 < . . , S .Para arcillas viejas : Ko = 0.68 ICDoS4 (S, /o1, > 0.80)

..:.. :: k- -,;-' (2.1 1) , .,-. :.. .Oi. 7 ,<. .. a s con menos de 60,000 años se g .:, !! :: i:

... :.;co,nsideran como jóvenes y arcillas viejas .,<.-"'5 ,:.,,; . .. . .... . . , aquellas mayores a 70 millones .de años. Las

m_~;;~'~~,~j.!;:ecuaciones anteriores son para arcillas con ID

Estudios GeoUcn icis -- --.

O Clasificación del suelo

Como resultado de pruebas en diferentes tipos de suelos se correlacionó el "Indice del material, ID ", un parámetro que depende del tamaiio de las partículas del suelo (Marchetti, 1980), depende relativamente del OCR (Marchetti, 1980) y que es independiente del grado de saturación (Lutenegger, 1988, Schmertmann, 1982 y Lacasse and Lunne, 1986). Consecuentemente, la correlación presentada en la Tabla 2.14 por Marchetti (1980) relaciona el valor de ID con el tipo de suelo.

Tabla 2.14, Clasificación del suelo basada en el ID (Marchetti, 1980)

Tipo de-suelo. 1. . h Turba / Arcillas sensitivas 1 < 0.10

Arcilla Arcilla Limosa Limo arcilloso

Limo Limo arenoso Arena Limosa

Arena

0 Angulo de fricción interna en arenas (4) Marchetti (1985) presenta un procedimien-to para obtener el ángulo de fricción interna en arenas haciendo uso de la resistencia de punta del cono eléctrico qc y del coeficiente de empuje de tierras en reposo Ko, determinado de acuerdo al subinciso anterior (Fig. 2.39). Lacasse and Lunne (1988) evaluaron este método propuesto por Marchetti, obteniendo una buena compa-ración con resultados de pruebas triaxiales drenadas en compresión. . .

ü Módulo de elasticidad (E)

Hasta la fecha, dos valores del módulo de elasticidad han sido objeto de investigación: el módulo de Young secante al 25% de la resistencia (7325) y el módulo tangente inicial Ei. Los valores de referencia se obtuvieron de pruebas de 'compresión triaxial tipo . UU ensayadas a una presión de confinamiento igual al esfuerzo horizontal medido con el dilatómetro. De acuerdo a estas experiencias (Robertson et al., 1988a, Campanella et al., 1985, Baldi et al., 1986 y Bellotti, 1989) sugieren la siguiente relación entre el módulo E y el módulo del dilatómetro ED :

Manual de Cimentaciones Profundas -

. La Tabla 2.15 y la Fig. 2.40 muestran los valores de F, los que pueden usarse para obtener un a primera estimación de E a partir de la ecuación 2.13

O Relación de preconsolidación (OCR)

Arcillas. Marchetti (1980) propuso correlacionar la relación de preconsolidación

I

-- . -

, . es el desarrollado por Lunne et al., (1989). Los datos en que se basaron se presentan en la ,- I Fig. 2.41, el procedimiento consiste en lo . . siguiente : ,i ,

- Usar la relación geológica para

SJCfW o verificar

alguna evider si la arciila

joven o vieja. Lunne et al.. (1990) : i l .. . propusier'on: SJdo I 0.8 para arcillas- ::.'. jóvenes y SJ& > 0.8 par

de pruebas realizadas en odómetro con el índice de esfuerzo KD. Jamiolkowski et al., - Para arcillas jóvenes: (1988) y Lacasse and Lunne (1988) sugirieron OCR = 0.3 KDI.I~ más investigación experimental así como la incorporación de diferentes experiencias en - Para arcillas viejas: diferentes sitios de Noruega. Hasta ahora, OCR = 2.7 h 3 - ' 7

el trabajo que aporta una mayor comprensión

'a arcillas vieja

Tabla 2.15, Factor de corrección F (Lutenegger,1988)

Fig. 2.39,

- Tipo de suelo -

Suelos cohesivos Arena Arena

Arena normalmente consolidada

Arena preconsolidada

3000

2000

1000

500

300

.200 4. x

100

50

30

20

10 ( ] ] !, !l w247- ! I ! j 9 .15 .2 .3 .4 .5 .8 1 2 3 4 5 6 8

K,

Carta para interpretar 4 a partir de q e y Ko (Marchetti,

~ & ~ d U l o E, E, E25

Ezs

E25

' F= 1 O 2 1

0.85

3.5

, "

Referencia Robertson et al., 1989 Robertson et al ., 1989

Campanella et al., 1985 Baldi et al., 1986

Baldi et al., 1986

o 1 1 1 1 I 1 I 1 I I I I I O 1 2 3 4 6 8 10 20

lndice de esfuerzo, k,

del módulo de Young de arenas a.partir de la prueba del dilatómetro (Beiloti et al., 1989)

Fig. 2.41, Revisión del OCR para la prueba de dilatómetro (Lunne et al., 1989)

Man ual Cimentaciones Profundas

Se puede presentar una variación de + 30% en los valores determinados por estas ecuaciones.

Arenas. Schmertmann (1988) adaptó una relación propuesta por Mayne and Kulhawy (1982) para encontrar el OCR a partir de del coeficiente de empuje de tierras en reposo Ko y del ángulo de fricción axisimétrico drenado y,. Schmertmann propuso para arenas con un ID 2 1.20:

donde: $5'- ángulo drenado de fricción

axisimétrica calculado a partir del ángulo del plano de deformación en la prueba de dilatómetro

Ko coeficiente de empuje de tierras en reposo obtenido con dilatómetro

Schmertmann (1988) no recomienda este método para el caso de arenas viejas o cementadas. Para otros tipos de arenas indica que este método parece sobrestimar el valor del OCR hasta en un 16%.

o Resistencia no drenada

Marchetti (1980) presen'ta la siguiente correlación entre la resistencia no drenada del suelo (SIL) y el índice de esfuerzo KD :

S,, = 0.22 o', (0.5 K,,,)"' (2.17)

La correlación anterior se derivó de pruebas realizadas con veleta, pruebas triaxiales tipo UU y pruebas de compresión no confinada. El uso de esta ecuación no es recomendable para el caso de arcillas fisuradas yfo cementadas preconsolidadas. Los valores estimados de SU parecen estar influenciados por el tipo de prueba que se utilice para medir SU en un suelo dado. Lacasse and Lunne (1988) reconocieron este hecho y presentaron tres. correlaciones entre Ko y Su : a partir de los valores no corregidos de la prueba de veleta, la prueba de corte simple y la prueba triaxial de compresión, adaptadas a partir de la correlación de Marchetti. El uso de cada correlación depende

,,,j de cada caso en particular y son recomendables ,: para arcillas blandas no cementadas. .; 'f Roque et al., (1988) argumentaron que la ' inserción del dilatómetro puede considerarse t como una prueba de carga horizontal a la falla,

! por consiguiente proponen el uso de la fórmula ,, clásica de capacidad de carga para estimar la resistencia no drenada del suelo:

pl presión de expansión inicial (máxima) :$

en la prueba de dilatómetro ,-., ,d.

,' '

m. esfuerzo total horizontal (mo = Ko a 'm -,: . ._1 + uo) 1. .. . - ,

crúo esfuerzo vertical efectivo . -. A ,. u. presión de poro in situ .,,. .~ . - . .. Ko coeficiente de presión de tierras en ,,;!;

..,. .. reposo .,.

En la Tabla 2.16 se presentan los valores 5; propuestos para Nc. , . _ > . l I .. ..

.$,%. . ,. > Tabla 2.16, valores de Nc según el tipo de .h.'{

suelo

Ti150 de suelo Arcilla frágil y limo

1 Arcilla media 7 Arc - illa plástica no sensitiva

-. , c) Cono sísmico. . .:Y

. : i1.1 . U Es un dispositivo mediante el cual pueden >.:;; . . medirse en campo las velocidades de las ondas- i.,', -. corte y de compresión en el suelo a diferentes i8:

. profundidades. El equipo funciona bajo un. .,: mismo principio de operación semejante a una,;'; prueba tipo "pozo abajo" (Down-hole) y ha;!,; demostrado su utilidad para obtener las.':: propiedades dinámicas de suelos blandos

. ;"; , . - S 'arenas sueltas (Mooney, 1974; Rice, 1984).

A ,.

El cono sísmico está compuesto por un par de - . péndulos unidireccionales suspendidos en e1 '

interior de una camisa metálica con punta., cónica de 5cm (2 in) de diámetro, un sistema de,:: amplificación que puede alimentarse cond;c corriente alterna o con corriente directa y una tarjeta de adquisición de datos conectada a una- : computadora que almacena la información generada durante el sondeo.

El equipo para hincar el cono sísmico en el suelo es similar al que se utiliza para llevar a cabo una prueba de cono eléctrico convencional.

En la Fig. 2.42 se presenta un esquema del procedimiento de ejecución" de una prueba de ano sismico; consisk-en generar ondas de rtante en la superficie golpeando los extremos un tablón de madera al que.se le coloca un

o testigo que permite determinar el te en que se provocan los impactos. e r a n d ~ las trayectorias de propagación

en las ondas de corte, debe cuidarse sondeo de cono se ubique

ularmente a la dirección del impacto, ancia de entre 1 y 3m (3.3 y 10ft).

de cortante así generadas viajan a a masa de suelo hasta ser detectadas sísmico a una cierta profundidad. El e adquisición de datos permite simultáneamente al geófono testigo

éndulos unidireccionales del cono; mente, es posible determinar. el las ondas de corte tardan en .viajar uperficie . hasta . el cono. Para señal que recibe el cono, éste debe manera que el plano de oscilación

dulos sea paralelo a la

del sondeo se construye el perfil omocrónica, que es una gráfica de ibo de la onda de corte para cada de prueba, haciendo una

tiemp.0, ,p.ara tomar en cuenta la respecto del punto de

endiente entre dos puntos de ecutivos es la velocidad de la . En la Fig. 2.43 se presenta nte la gráfica de los datos ados de los ensayes, así como la locidad de la onda .de corte en d; en las Figs. 2.44 y 2.45 se

sondeos efectuados de arena y arcilla,

complementados con el perfil punta de cono eléctrico como

sidad del suelo se obtiene el corte máximo G m k con la la teoría de la elasticidad:

donde:

P densidad del suelo wg) Y peso volumétrico del suelo ( k g h 3 ) g aceleración de la gravedad (dsz) Vs velocidad de la onda de corte (d.) .

Asimismo, con los valores de la velocidad de la onda de corte medidos en el sitio se determina el período natural del suelo mediante la siguiente ecuación:

donde:

To periodo natural del sitio (S)

H profundidad total de exploracih (m) Vs velocidad promedio de la onda de

corte en toda la profundidad explorada (h)

Cuando las variaciones de la velocidad de la onda de corte, son significativas, Va se calcula con la siguiente expresión, siempre y cuando la estratificación y la superficie del terreno sean sensiblemente horizontales, y no haya fronteras , laterales que invahden la hipótesis de propagación unidimensional:

donde:

Vsi velocidad de la onda de corte medida a ¡a profundidad i-ésima (nw")

hi espesor del estrato i-ésimo (m)

(Ver Nota 3 de los Editores al final de este capítulo, con referencias adicionales sobre la "Sonda suspendida" y "Cross Hole")


Perforadora

A: Gebfono testigo ,

Ta jeta de adquisici6n

-.2----- Al preamplificador

Plante

Dirección de los planos de oscilaci6n de los pt5ndulos del cono

Ondas de cuerpo

Fig. 2.42, Esquema simplificado del cono sísmico

Respuesto del péndulo


O 20 40 60 80 100 120 140

Velocidad de la onda de corte vs(rnls)

prueba de cono sísmico

Manual

d) Presiómetro

!entaciones Pro fundas ---- Velocidad de la onda de corte, Vs ( d s )

o

-5

-1 o

-1 5

O0

una longitud mínima de 6.5 veces el diámetro. S distinguen tres tipos diferentes de presiómetr atendiendo a la forma de instalación en el sue el presiómetro colocado . en un ba previamente excavado, el presi autoperforante y el presiómetro hinca continuación se describe el primer tipo, q uno de los más utilizados (Briaud,1989).

La calibración empieza. primero co verificación de la estanqueidad, así co determinación de 1a.i. ikituras iniciales y las::, gráficas de corrección por compresibilidad sistema y por rigidez de la membrana. Una verificada la estanqueidad (Fig. 2.47), lecturas iniciales de presión y volumen

Resistencia de punta qc (ICg/cm2 ),,, Fig. 2.44, Sondeo de cono sísmico en arenas sueltas

El ensaye presiométrico consiste en introducir una sonda cilíndrica en el suelo y expandirla para presionar el suelo horizontalmente (Fig. 2.46); durante la prueba se obtiene una curva esfuerzo-deformación unitaria del suelo mediante la medición del volumen de agua a presión con que se infla la membrana y el aumento radial de la cavidad, (Menard,1975). El ensaye se repite a diferentes profundidades para obtener perfiles de parámetros de resistencia y deformabilidad del suelo; como la interpretación se basa en modelos para una cavidad cilíndrica de longitud infinita, los efectos de frontera se minimizan mediante sondas cuya cámara interior está formada por tres segmentos, donde el tramo intermedio tiene


dentro de un cilindro de calibración hasta alcanzar 2500kPa (25kgkmP) y permitiendo su recuperación; las lecturas iniciales pi y vi corresponden al

que puede retirarse manualmente la calibración. La orregir el efecto

ema (Fig. 2.48) se el cilindro de

ración y determinando el volumen inyectado alcanzar presiones de 500, 1500 y 2500kPa 15 y 25kg/crnP, respectivamente),

eniendo cada incremento durante 30s; dado o existe deformación exterior de la sonda, el en vd correspondiente a cada nivel de n alcanzado deberá restarse del volumen o durante la prueba. &,.de esta determinación, la sonda se retira ndro y se infla y desinfla u n mínimo de tres para hacer trabajar la cámara interior, y ar con la determinación de la curva us. volumen para corregir el efecto de la e la membrana (Fig. 2.49); esta gráfica se d a n d o la sonda e n incrementos iguales ón o volumen y tomando la lectura

ente después de u n minuto, hasta volumen -igual a l doble del volumen sonda; dado que la sonda ha sido , la presión medida existe dentro

pero no será ejercida contra las

Velocidad de la onda de corte, Vs (mk)

40 80 120 160 200 240

-25 1 O 20 40 60 80 100 120

Resistencia de puma qc (Kgkm' )

paredes de la cavidad durante la prueba, por lo cual la presión p m correspondiente a cada lectura de volumen deberá restarse de la presión medida durante la prueba.

La perforación es la etapa más importante en la ejecución del ensaye y debe cumplir dos condiciones: su diámetro debe ser lo más cercano posible a l del presiómetro y se debe inducir un remoldeo mínimo; denotando DI al diámetro de la herramienta de perforación, D P al diámetro de la sonda sin presión y 0 3 a l diámetro inicial de la perforación, deben respetarse las siguientes tolerancias:

D, I D , s l .OJD, (2.22)

1.03 D, ID, 11.2D2 (2.23)

Estas dimensiones permiten que el presiómetro se introduzca con facilidad y que las paredes de la perforación estén lo suficientemente cercanas a la sonda para alcanzar contacto con el suelo con una deformación inicial mínima; en la Fig. 2.50 se muestra esquemáticamente el efecto del diámetro de la perforación en la forma de la curva presiométrica.

Velocidad de la onda de corte. Vs @/S)

Resistencia de punta qc (Kg/cm' )

Fig. 2.45, Dos sondeos de co ismico en un sitio de Sosa Texcoco


Linee de gas

Linea de agua

Tubo . ..

Gas mprlmido 1

Zona del barreno b r o esfuerzo

mara exterlor de ?nfinafin<o

- e Zona del barreno bajo medici6n

CBmare cenbal de medición

AR

L Sonda

Fig. 2.46, Presiómetro

O

desinflada por 1 kg/cml de pmsibn

Fig. 2.47, Gráfica de verificación de saturación y estanqueidad (ausencia de fugas)

. .

Tangente en de presi6n i kglun2

Volumen inyectado

O 80 Volumen pedido S (cm3)

Fig. 2.48, Gráfica de corrección del efecto de la compresibilidad del sistema

Estudios Geotécnicos --------

- Volumen inyectado

k' ':.&. 2~49, Gráfica de calibración por rigidez de la c.&. , ;. ea. . , . -F. . membrana 0;' --- ,i~q.

c. :-' >%acperforación puede realizarse con una broca de 7:.4.... tris aletas en suelos arcillosos y tricónica en +.%,. Q', -. suelos gruesos; a diferencia de la perforación para ,,&- * b:%'..muestreo, donde el objetivo es minimizar el ! +

:i;:,':'remoldeo a l fondo del pozo, para el ensaye ~>~:~.,~iesiométrico debe evitarse el remoldeo del suelo f4 % z,. en 'las paredes de la cavidad; para ello. debe

que la salida del fluido de perforación abajo', el pozo debe perforarse en una

9 ' :SdlaL<etapa (evitando limpiarlo mediante pasadas !$.;h;haci~ arriba y abajo) y con una velocidad de .:.::' r6tación y circulación del fluido muy bajas. La @.: .péiforación debe profundizarse únicamente lo

para ejecutar un solo ensaye. de lo la geometría de la perforación será

;?y+ .,,-.- dadbcuada; cada vez se debe alcanzar 1 m por h. 1; &;; .debajo-de la profundidad de prueba para permitir &, ,& iikumulación de azolves en e l fondo. Asimismo,

..;:.!dc:sóndá debe limpiarse después de cada ensaye ir que e l suelo entre las cintas lo cual puede dañar la cámara interior

Wumen inyectado

Fig. 2.50, Influencia del diámetro de la perforación en la forma de las curvas presiométricas

por punzonamiento originado por partículas de arena o gravillas. El r'emoldeo en la perforación contribuye decisivamente en la precisión de las mediciones

En el procedimiento de ejecución en series de incrementos iguales de presión, los cuales se eligen como un décimo de la presión máxima p~ probable, estimada con ayuda de la Tabla 2.17; cada incremento de presión AP se mantiene un minuto. (incluyendo el tiempo necesario para alcanzarlo), tomando lecturas del volumen inyectado a los 30 y 608, u30 y uso, respectivamente. En la práctica, un buen ensaye se logra si se alcanza la presión límite en un total de 7 a 14 incrementos de presión; en la Fig. 2.51 se ejemplifica la curva p vs. uso , así como la evolución de (u60 - ~30) US. p, que es una medida del flujo plástico del suelo, mismo que inicia cuando la diferencia de volúmenes se incrementa sensiblemente.

:o con incrementos iguales de presión A p

... .....


En el procedimiento de ejecución en series de objeto de hacer com incrementos iguales de volumen, los incremen- obtenidas con sondas tos soa iguales a v = vd40, los cuales se conviene normalizar

términos del incremento relativo del ra mantienen 15s (incluyendo el tiempo necesario para alcanzarlo), tomando las lecturas de . AR!RO (Fig. 2.54b); en la Fig. 2 .54~ se mues presión p ~ s al final de cada incremento; la sonda la gráfica normaliz alcanza el doble de su volumen inicial vo corrección por contacto de la sonda con el S

después de 40 incrementos de volumen corres- circundante ARA&. Para la interpretació pondientes a un tiempo de prueba de l0min; en los resultados c la Fig. 2.52 se ejemplifica la curva p vs. v ; el flujo plástico del suelo inicia al final de la parte recta de la gráfica. valores de vso ó

respectivamente, 1 Para obtener los valores correctos de la presión plástico del suelo. actuante contra las paredes de la cavidad pc y presión se reduce en un solo decremento del aumento de volumen de la sonda v,, las la mitad del valor alcanzado, para de lecturas obtenidas durante el ensaye pr y v v recuperar nuevamente en un solo incremento la deben corregirse con las lecturas de calibración presión de fluencia, tomando las lecturas .':;j por rigidez de la membrana p,, presión hidros- correspondientes como cualquier otro ,5 tática ph, presión inicial pi, compresibilidad del incremento; poste sistema vs y volumen inicial vi, de la siguiente ensaye hasta alcanzar la presión límite.. : manera:

(2.24) Pc=Pr-Prn+Ph-Pi

(2.25) v, = v, - v, - vi

Los valores aplicables se obtienen mediante las gráficas de calibración, excepto la presión ph que corresponde a la columna de agua existente entre la profundidad de ensaye y la posición de la consola de medición. En la Fig. 2.53 se muestra el procedimiento de corrección de la gráfica de campo a pa.rtir de las curvas de calibración. En la Fig. 2.54a se presenta esquemáticamente el ajuste gráfico de la curva Fig. 2.52, Gráfica de ensaye presiométric corregida para eliminar el tramo inicial de incrementos iguales de volumen AV prueba asociado a la etapa anterior al contacto de la sonda con las paredes de la perforación con

Tabla 2.17, Valores para estimar la presión límite del suelo . . . . .

. . . . . . . . . . :%&&&,: :, , ;.#), . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.' , . . . . . . . . .

. .

60

PL (presiómetro) kPa . (kg/cm4)

O - 500(0-5) 500 - 1500 (5 - 15)

1500 - 2500 (15 - 25)

> 2500 (> 25) O-200(0-2)

200 - 400 (2 - 4) 400 - 800 (4 - 8)

800 - 1600 (8 - 16) > 1600 (> 16)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Arenas

Arcillas

Número de golpes , , en In prueba SPT, N -.i.. Su, kP.bi(kgYc

0 - 10 10 - 30 30 - 50

> 50

Sueltas Medias

Compactas M.uy

compactas Blandas

Medias Firmes

Muy firmes Duras

pc j,

Punto de rnhima w~h i ra vC

Estudios Geotécnicos '

gráfica de campo

gráfica corregida

Curva de calibración por rigidez de la membrana

4s'

C

k v , .

Fig. 2.53, Corrección de la gráfica de .campo

a en la Fig. 2.56. La presión de fluencia p, rmina por simple inspección al final del recto de la presiométrica. La límite se define teóricamente como la

correspondiente a la expansión infinita de

resión para vdvo = 1; en la gráfica trica, este punto está dado por un to en .el radio de la sonda (R/Ro)L = 0.41

*)e donde (IUa& es el incremento radio de la sonda correspondiente al ial de la cavidad (Fig. 2.54). en la Fig. 2.54b se muestra la determinar la presión horizontal profundidad de prueba.

de prueba permiten elaborar un arámetros presiométricos de

y resistencia que pueden con las propiedades usuales en los o ser aplicados directamente

ámetros con la ente en un perfil

que complementa al perfil muestreo, como L -

E,

Fig. 2.54, Corrección de la gráfica piezométrica por contacto de la sonda con el suelo circundante

Fig. 2.55, Ciclo de descarga-recarga

1 /~6dulo presiom6trim de recarga:

Fig. 256, Interpretación de la gráfica presiométrica

2.3.6 Procedimientos de muestre0

a) Muestreo alterado

Consiste en la recuperación de muestras en las que el acomodo estructural de sus partículas se

ha modificado en forma significativa debido al::t. proceso de extracción. Estas muestras se utilizan* ' ;, en el laboratorio para identificar los ~uelos,~f < determinar algunas propiedades índice, definir la ,'

Manual iones Profundas

Fig. 2.61, Muestre:

1.95E Cuerda repujada

Unión con tornillos Allen Unibn k m cuerda repujada

a) Muestreador de pared delgada

Fig. 2.62, Características

Dimensiones usuales, en mm 1

Diámetro D, 76.2 127.0 exterior

I I

Diámetro interior ü, 73.0 123.8

Estudios

El método manual consiste en recuperar a mano muestras alteradas que se conservan en un recipiente herméticos que puede ser una bolsa de polietileno o un frasco hermético de vidrio convenientemente identificado. Las muestras pueden ser de 0.5 a 20kg .(4.9 a 196N), dependiendo de si se emplearán sólo para identificación y . determinación de propiedades índice, o si se usarán también para realizar pruebas de compactación.

Las muestras se obtienen realizando una perforación con herramientas manuales como la pala posteadora y barrenas helicoidales de la Fig. 2.58, y con pozos a cielo abierto, zanjas y cortes excavados con picos y palas o maquinaria de excavación y haciendo un muestre0 con espátulas y cinceles.

?ig. 2.57, Perfil de parámetros presiométricos

Profundidad (m)

Arcilla

Arena

Arena Arcillosa

Arcilla

Manual Cimeniac Profundas -

a) Pala posteadora b) Barrena helicoidal

Fig. 2.58, Herramienta manual de perforación

Las muestras pueden ser, representativas de una sola profundidad o integrales, mezclando las de todo el pozo. Cuando se toman muestras de excavaciones abiertas antes del muestre0 debe eliminarse la costra de suelo alterado.

b) Muestreo inalterado

Consiste en obtener especímenes de suelo que conservan el acomodo estructural de sus partículas sólidas; sin embargo, es imposible evitar la relajación de esfuerzos y sus consecuencias en el comportamiento mecánico, que pueden ser ligeras o importantes dependiendo del cuidado y la técnica con que se obtengan. Las muestras inalteradas se utilizan en el laboratorio para identificar los suelos y determinar sus propiedades índice y mecánicas. Las muestras inalteradas se obtienen mediante técnicas manuales y con muestreadores adecuados según el tipo de suelo. Se describen aquí los más usuales.

O Pozo a cielo abierto (PCA).

Esta técnica puede ejecutarse mediante excavación manual o excavación con máquina.. El pozo a cielo abierto permite observar

directamente las carac del suelo. y rescatar m estratos principales. exploración y mues recomendable en suelos secos y duros.

. - ...

El pozo puede excava circular,, la forma s técnica de estabiliz excavación. Si se utilizan tablones y

circular es la conve sus paredes con tubo de lámina corruga ferrocemento. Esta última solución se h empleando con mucha frecuencia sencillez y bajo costo; esencialmente co colocar anillos de malla elec separados por lo m de excavación. La de varilla corrug después se aplica manualmente el un espesor mínimo de 4cm (1.6in) generalmente empleados son de 1 altura; si el terre incrementarse.

Las muestras cúbicas que se extra cielo abierto, za in situ cubos de suelo de 20 a 30c de lado que se protegen con m impermeabilizada. Para obtener1 por eliminar el suelo alterado ..^. . . .. espátula se labran las paredes, con polietileno delgado confor cada una; una vez terminad cubren con tela de manta impregna con una mezcla líq brea; a continuación se protección y se después se cubre con m suelos duros es admisible delgados para conforma identifican con una etique superior.

Con esta técnica se puede muy buena calidad, . .p.er lento, difícil de realizar a limitado a profundidad (33f t ) .


O Los muestreadores de pistón

Constan de un tubo de pared delgada que se hinca a presión en el suelo con una cabeza que tiene un mecanismo de pistón que puede ser fijo, retráctil o libre; existen numerosos modelos de mecanismos, entre ellos, el de pistón estacionario (Hvorslev, 1949) y el tipo Osterberg (Osterberg, ,1973) son posiblemente los más utilizados. Estos muestreadores se han desarrollado para el muestreo de suelos cohesivos muy blandos, pero con el muestreador de pistón estacionario también se puede intentar el muestreo de arenas saturadas sueltas, consta d.e un tubo de pared delgada (Fig. 2.61) que se opera. con dos tuberías concéntricas: la exterior que empuja el. tubo muestreador y la interior que mantiene el pistón en una posición fija.

El muestreador se lleva a l fondo de la perforación con el pisthn obturando la entrada del tubo; en el de pistón estacionario, se fija el tubo central a un apoyo inmóvil y se empuja el tubo exterior para hincar el muestreador, que después se saca cuidando que no ocurra movimiento relativo entre ambos tubos. Los muestreadores de pistón crean un vacío en la parte superior de la muestra que permite extraer muestras de limos y arcillas muy blandas; se mide la longitud de muestra recuperada. Su operación es una maniobra delicada y lenta.

O Tubo de pared delgada

También conocido como tubo Shelby, se utiliza para el muestreo inalterado de suelos blandos a semiduros localizados arriba y abajo del nivel freático; tiene de 7.5 a lOcm (3 a 4in) de diámetro y se hinca a presión.

E n la Fig. 2.62 se muestra este tubo de acero, con un extremo de ataque afilado. El tubo se une a la cabeza con tornillos Allen o mediante cuerda repujada. La cabeza tiene cuatro drenes laterales para la salida del fluido de perforación y de los azolves durante el hincado. La válvula de bola impide que la muestra se vea sujeta a presionas hidrodinámicas durante la extracción del muestreador. En la Fig. 2.63, se h a dibujado la cabeza muestreadora del tipo deslizante que logra un sello más confiable que la de válvula esférica.


I. válvula

:reado

C) Extracci6n. vdlvula cerrada

válvula deslizante

Tabla 2.18, Recuperación de muestras

Recuperación, % 1 Calidad Rec = 100 1 Excelente Rec = 80 Buena 50 < Rec < 80 Mala Rec 50 Inaceptable

La recuperación se define de la siguiente forma: L

Rec = - (100) (2.26) H

donde: Rec recuperación L longitud recuperada (cm,m) H longitud muestreada (cm,m)

LI Tubo dentado

Esta herramienta permite obtener muestras de arcillas duras y limos compactos o cementados con un mínimo de alteración; en estos materiales presenta claras ventajas de operatividad y costo sobre múestreadores d e . barril doble. Lo constituye un tubo de acero,-unido en su extremo superior con la cabeza muestreadora que, a su vez, va montada a l final de la columna de barras de perforación con las que se hinca y se da rotación al muestreador desde la superficie; la parte inferior del tubo tiene ocho dientes de corte

Manual de Cimentaciones Profundas --

dispuestos simétricamente (Fig. 2.64), que miden 0.8 a l cm (0.32 a 0.4in) de altura y 3cm (1.2in) de base.

La sierra se forma con alternaciones de un diente recto y otro doblado 0.2cm (0.08in) hacia el exterior, con objeto de reducir la fricción entre el muestreador y el suelo. El diámetro del tubo debe ser de lOcm (4in) y su longitud de lOOcm (3.3ft). En la Fig. 2.65 se presenta este muestreador con los dos tipos de unión tubo-cabeza usuales; el primero con tres tornillos allen y el segundo con cuerda repujada. La cabeza tiene perforaciones horadaciones para la extracción del laterales y una válvula esférica de pie que se abre perforación del interior del tubo. durante la etapa de muestre0 para permitir el alivio de la presión del interior del tubo.

. . .

Posteriormente se cierra para proteger a muestra de las presiones hidrodinámicas que generan durante la extracción del muestreador.

La Fig. 2.66 corresponde a un muestreador válvula deslizante, en el que se sustituye válvula esférica de los muestreadores anteri por un mecanismo. El cople de unión tie tramo cuadrado al que se enrosca una circular que termina en una ampliación con un arosello; sobre esta barra desliza la pieza, a se fija el tubo muestreador y que

P t 1 I

CORTE AA' 3.00 I

. . - .

Sentido de I rotación

I Fig. 2.64, Características'del muestreador de pared delgada (Tubo Shelby)

. , . . ,

--- Estudios -GedtZcrijc8s

. . . :, - . : -

Acotaciones: cm

@ Tres tornillos allen @120° @ Tubo @ Aro sello de hule 8 E!Zf6zEa a Perforaabn

Unión con tomlllos allen Unión de cuerda repujada

Fig. 2.65, Muestreador de tubo dentado con válvula esférica de pie

estreador se hinca operándolo a girando dos vueltas el muestreador y se procede dades menores de lOOrprn y a sacarlo al exterior, donde se limpian sus

ue avance con velocidad extremos e identifica. Las muestras obtenidas (0.4in/s), hasta penetrar con esta técnica presentan alteración en un

manera queda sin muestra . anillo perimetral de 2 a 4mm (0.08 a 0.16in) de mínima de 15cm (6in) donde se espesor. lves que pudieran haber quedado

0 Muestreadores Denison y Pitcher ués del hincado se deja el

tres minutos a fin de que Estos también se conocen como barriles por que en su interior y aumente operan a rotación y presión; recuperan muestras las paredes del tubo; que pueden ser inalteradas; las muestras se

rta la base del espécimen, obtienen a presión y pueden ser de arcillas

69


duras, limos cementados y limos cementados con pocas gravas localizados abajo del nivel freático; operándolos arriba del nivel freático, el agua o lodo utilizado contamina las muestras. El muestreador Pitcher es el adecuado cuando se presentan intercalados estratos delgados de materiales blandos y duros.

Estos muestreadores consisten esencialmente de dos tubos concéntricos unidos a la pieza denominada cabeza del muestreador; el tubo interior está montado sobre baleros axiales y el exterior, que lleva en su extremo inferior la broca de corte, está unido con rosca. En la Fig. 2.67 se muestra esquemáticamente el barril tipo Denison; se identifican las piezas antes mencionadas, así como la válvula de paso que protege a la muestra durante la extracción del muestreador y permite la salida de azolves; se identifican también la tuerca y contratuerca de ajuste para regular la distancia "d" entre la broca y el filo del tubo inferior. En la misma figura se muestra la trampa de canastilla para suelos arenosos y las brocas de uno y dos escalones.

El muestreador Pitcher tiene características similares al Denison, salvo que tiene intercalado entre el tubo interior y el exterior un resorte axial que permite regular, de acuerdo con la dureza del suelo en que penetra, la distancia "d" entre la broca y el tubo interior. Este muestreador .se presenta en la Fig. 2.68 en las tres etapas de su operación.

Ambos muestreadores se operan de manera similar: el tubo interior se hinca a presión en el suelo, en tanto que el tubo exterior gira y la broca corta al suelo circundante:La velocidad de rotación del maestreado Denison varía entre 50 y 200rpm, y en el Pitcher debe ser de lOOrpm como máximo.

Estos muestreadores proporcionan muestras donde los otros procedimientos son ineficaces, además de ser los únicos que simultáneamente muestrean y perforan. Su operación es una maniobra delicada.

o Tubo Muestreador TGC

Este muestreador es pared delgada y puede operar con un pistón auxiliar; está constituido por un tubo de acero que lleva en su interior

f

C O N A-A C O ~ 8-8 Corte C-C Corte D-D

COPL E INFERIOR

C O P E SUPERIOR

Corte. f-f , Corte 'f-f

EMPUJADOR

Fig. 2.69, Tubo muestreador TGC

- Estudios Geotéc

S DE . . . , . LABORATORIO .

studios de laboratorio se mplir con dos objetivos cuidadosamente los suelos

deben elegirse en

tales condiciones

. ..

Granulometrla

Contenido dk agua

Límites de consistencia

Densidad de sólidos

Peso volumétrico

Compresión triaxial

Resistencia al Compresi6n no confinada esfuerzo cortante Corte directo 1

Torcómetro 1

Compresibilidad 1 Deformabilidad

Expansividad

. Fig. 2.70, Estudios de laboratorio

aplicación de sus resultados al diseño de cimentaciones con pilotes y pilas.

2.4.2 Suelos predominantemente cohesivos.

a) Resistencia al esfuerzo cortante

La obtenció'n de los parámetros de resistencia al corte de suelos cohesivos dependerá del criterio de diseño a utilizar ya sea a partir de esfuerzos totales o esfuerzos efectivos.

CI Criterio de esfuerzos totales

En este caso se estima la adherencia suelo-pilote ea como una fracción de la resistencia al corte no drenada del suelo cu ; la prueba debe realizarse en un espécimen labrado a partir de una muestra inalterada (inciso 2.3.6 b).

Para evaluar cu se recomienda realizar una prueba triaxial no consolidada no drenada (UU), que presenta las siguientes ventajas en relación a las demás pruebas:

- Se reduce la influencia de fisuras presentes en el espécimen, ya que si se utiliza la prueba de compresión no confinada, se tiende a subestimar la resistencia

Manual de Cimentaciones Pro fundas

. . - Se induce en el espécimen un estado de esfuerzos más uniforme que en la prueba de corte directo, lo cual facilita su interpretación

- Se disminuye la influencia de pequeñas heterogeneidades de la muestra, que son significativas' en los resultados de una prueba con torcómetro; la prueba con torcómetro no es aconsejable en suelos que contienen arena.

o Criterio de esfuerzos efectivos

Para el diseño deben determinarse la cohesión c' y el ángulo de friccióninterna 8' del suelo en términos de esfuerzos efectivos; en la prueba deben utilizarse especímenes labrados de una muestra inalterada, cuidando de no modificar su contenido de agua natural.

La determinación de c' y 8' se hace a partir de resultados de pruebas triaxiales consolidadas drenadas (CD) y consolidadas no drenadas con medición de presión de poro (CU). Alternativamente, puede usarse la prueba de corte directo, que permite utilizar especímenes de poco espesor, reduciéndose así el tiempo de ensaye; en este caso se requiere una interpretación cuidadosa.

b) Compresibilidad

La magnitud del asentamiento que sufrirá una estructura y su variación con el tiempo pueden estimarse a partir- de los resultados de pruebas de consolidación unidimensional en especímenes obtenidos de una muestra inalterada (inciso b de2.3.6); el número de pruebas debe determinarse atendiendo a la estratigrafía y a la profundidad de influencia dentro de la que el grupo de pilotes o pilas de cimentación modificará significativamente el estado de esfuerzos en el suelo.

Para la aplicación de los resultados de las pruebas deberán considerarse los siguientes aspectos al problema:

- Para extrapolar al campo los resultados obtenidos en el laboratorio, al aplicar la ecuación 3.60 deberán considerarse cuidadosamente las condiciones de drenaje

- -

en el subsuelo, gobernadas en ocasio detalles estratigráficos, como por delgadas capas de arena inte dentro de la masa de suelos cohes modifican el valor del espesor H compresible La magnitud dé los asentamie calcularse con precisión aceptab donde la consolidación secund importante La variación estimada de los as con el tiempo resulta Mpr medida en que las característi se aparten de las hipótesis teó

2.4.3 Suelos predominantemente . . . -. . , . .

Tratándose de arena carga por punta y p de la magnitud del ángulo de suelo en términos de esfije determinado en pruebas triaxial drenadas. Es importante tomar para arenas medianamente o m valor del ángulo @ p apreciablemente al aumen aplicados (Vesic and Clou entonces' resultar necesario diferentes del ángulo de fri suelo según el nivel de esfu la capacidad de carga por pu

Para calcular la capacidad d requiere determinar el fac carga Nq' (ec 3.9) que es de fricción, del índice de módulo de deformabilid relación de Poisson v del material.

Para determinar E compresión confina esfuerzos verticales qu esfuerzo vertical actua elaborados con una co que tendrá el suelo de cimiento.. . . -.

, El ' módulo de determinarse al finali expresión:

. . . , .

(l+v) (1-2v) a,

correspondiente a av suponiendo una relación de Poisson entre 0.25 y 0.30 en la mayoría de los casos.

acidad de carga por fricción e r el ángulo de fricción lo largo del fuste del pilote .instalación. Los valores estiman a partir de la

re +'y el número de golpes prueba de penetración

elación se muestra en la

más las deformaciones mediatamente con la

boratorio pruebas para

. , ...:

se presentan relaciones 1 orden de magnitud de

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, $ ii- .q .. - 1 .- < Nota 3: ..>,-m

. 9:' . * .,

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.,u ,! .. a 1 &,'3+ - >, ,,n teeneral se recomienda el uso de una

In profunda para apoyar una estructi esfuerzos inducidos en el suelo por

ura las ... -

L>;áris-o acciones a que está sometida exceden la . o capacidad de soporte de los estra ficiales, o cuando las restricciones iento u operación obliguen a dic

itos de

:ha 2.ie % . d ~ c i ó n . 65 - ,. Las cimentaciones profundas

~xnsideradas , . ,. r en este manual son los pilotes y las

asta debe tener conocimiento de 5pos de cimientos profundos, de

los la

>> . .. .. . +-2-aperaicomo transmiten y distribuyen las cargas $$;>;el subsuelo y de los procedimientos $;f3n$rYctivos que convenga aplicar. -3. > . ,.:

$,Y; < , ..:, . C . . ,Y,~Y&,, 5 -.+ .~c,i.~palisis . .- .. de una cimeiitación profunda se inicia ':.-,c¿$Ja selección de aquellos elementos que sean p.. : q.<:. :cS,m$atjbles con la estratigrda y propiedades

!,:$@$as ." .,- , de los suelos o rocas del sitio, a partir i i - is la- cual se define la profundidad de desplante, ?%?'&&ensionan i-.., ,y,-... los elementos elegidos (pilotes o kj-; tw:, se recomiendan los procedimientos ~~~:i~nspuctivos .>:.:.. ((Y :&. -, . más adecuados, se hace una .;;.;predicción de su comportamiento, y se verifica

a con la reglamentación vigente en Siempre es:--recomendable efecti

la iar

FGprúebas de carga (Capitulo 7) para verificar la %!idez del diseño, ya que el mejor método de

~;khh todavía no es tan confiable como una $?&ba en el sitio. 5 6 - , , ., .

.j'.,.;.'."

$+3$idana. la influencia determinante que tienen &'..', s.;lcis;: ::?procedimientos constructivos en el $kip'b.amiento de cimentaciones profundas, es %¿;.... . kFart :.$urna importancia la supervisión de los ?2f,nc$+.ctos técnicos durante la construcción $>?~$itulo - 8). La inspección debe formar parte c:!:n-$$$lidel diseño de cimentaciones profundas y ke:realizada por el ingeniero responsable de ,~:ii$~;o:diseño. y.* , {y",; < 0

,"'CunYiene tener presente que durante el diseño de . - $un~:.cimentación se pueden cometer diversos k. Prmres. entre otros (Peck, 1967), los siguientes: 1) =..s$mión errónea de las cargas; 2) condiciones

', . 2 3

Geotécnico

del suelo diferentes de. las previstas en el diseño; 3) teoría utilizada en los cálculos imprecisa o inadecuada; 4) susceptibilidad de la estructura a movimientos diferenciales definida incorrec- tamente y 5) defectos en la construcción de la cimentación que pueden invalidar el diseño, aún cuando el conocimiento de cargas, condiciones del suelo y de las teorías sea virtualmente perfecto.

En términos generales, toda cimentación debe diseñarse para satisfacer dos requisitos esenciales: seguridad adecuada contra falla y funcionalidad de la estructura. Para un caso específico, uno de estos requisitos condicionará las dimensiones de la cimentación; por tanto, es necesario calcular la capacidad de carga y las deformaciones probables de la cimentación.

La capacidad de carga de una cimentación profunda depende fundamentalmente de la resistencia al corte del suelo en el cual se apoya y del mecanismo de transferencia de carga al suelo. Por otra parte, la sensibilidad de la estructura a los asentamientos debe considerarse sabiendo que, tanto las muy flexibles como las muy rígidas pueden juzgarse como insensibles. ya que las primeras se acomodan a los asentamientos irregulares sin daño estructural, y las segundas se asientan monolíticamente.

El diseño geotécnico de una cimentación profunda comprende las siguientes etapas: 1) investigación geotécnica; 2) selección del elemento de cimentación y del equipo de construcción; 3) determinación preliminar de la longitud y capacidad de carga del elemento y 4) verificación de las etapas 2) y 3), con los datos obtenidos en pruebas de carga.

Los métodos de investigación del subsuelo para estimar el carácter de los depósitos naturales, así como las pruebas de laboratorio necesarias para determinar las propiedades de los suelos que intervienen en el cálculo de capacidad de carga y . de asentamientos de cimientos profundos, son similares a los empleados en cimentaciones superficiales; estos métodos y pruebas de laboratorio son determinantes para el diseño geotécnico de las cimentaciones, como se describió

Manual de Cimentaciones Profundas -- -- - ,. ----- --

en el Capítulo 2. En el análisis debe considerarse que la instalación de pilotes o pilas altera los esfuerzos iniciales, la resistencia al corte y las propiedades de deformación de la masa de suelo.

La selección del tipo de cimentación profunda se efectúa wn base en el estudio de las condiciones de apoyo, en los principios de la mecánica de suelos y en la experiencia local de este tipo de cimentaciones; en - cada caso; se considera, además, el equipo de construcción disponible y las restricciones impuestas por la localización de la obra, como colindancias y accesos. A partir de esta información, pueden definirse uno o varios procedimientos wnstructivos factibles económi- camente, que deben estudiarse en detalle para seleccionar el más adecuado.

La determinación preliminar de la longitud y capacidad de carga individual y de grupo del elemento seleccionado, permitirá estimar los

. costos probables de la cimentación y juzgar la conveniencia de realizar pruebas de carga antes. del diseño final o durante la etapa de construcción. La capa de apoyo se elige como resultado del estudio de los perfiles de suelos y de las características de los depósitos. Una vez definida la longitud necesaria de penetración en dicha capa, se determina la longitud probable de los pilotes o pilas. Cuando se utilicen pilotes hincados a través de suelos predominantemente cohesivos, o cuya punta esté subyacida por este tipo de suelos, se debe definir el tipo y longitud de los pilotes, así como el tamaiío y geometría de la estructura para tener un mínimo de asentamientos.

La elección inicial de las características de los elementos de cimentación también puede hacerse estudiando la historia de estructuras existentes cimentadas con pilotes o pilas vecinas a ,la estructura por construir. En tal caso se deben comparar las similitudes de esas estructuras con la propuesta, en lo referente al tamaño y geometría, condiciones de carga y tipo de suelos; en las zonas donde prevalezcan condiciones de cimentación similares, siempre debe tomarse en cuenta la práctica empleada a través de los años.

La capacidad de los pilotes o pilas depende tanto de las propiedades mecánicas del suelo o roca en que se apoye la cimentación, como del tamaño y forma del área cargada y del tipo de superestructura. Para definir esta capacidad se recomienda: 1) estudiar los registros de

. . . - . . , .

comportamiento de cimentaciones características similares; 2) dete teó+icamente la capacidad de carga asentamientos que se podrán pre realizar pruebas de carga en pilote tipo que se propone utilizar.

En todos los proyectos importantes se justifique económicamente efectu carga preluninares en pilotes o p guía para seleccionar el tipo, longi permisible de los cimientos an -diseño final; estas pruebas se durante la etapa de .'constru objetivo sea verificar las hipóte obras pequeñas, en las que se tiene un núm& reducido de pilotes o pilas, gen económico diseñar conse cimentación, que efectuar pru consideraciones generales d carga, descripción, . método interpretación de resultado Capítulo 7 de este Manual.

3.2 DISENO PROFUNDAS

Los análisis geotécnicos y estructura y sus componente dos re'quisitos principales: a) adecuada contra colapso b máximas que puedan ra durante la vida útil .de la e con las funciones para las deformaciones excesivas materiales durante esa vida útil.

3.2.1 Acciones de diseño

Para la definició de ellas que se requieren de una .cimentación. pr señalado por el Reglame la localidad, que en el ca debe recurrir a la Ref. las acciones de dise categorías: 1) perman continua sobre la es varía poco con el ti muertas; 2) variab estructura con u significativamente cargas vivas y 3) a funcionamiento n

... . .

...

estructura; 2) de intensidad media,

instantánea, que es el valor máximo n el lapso que pueda presentarse una dental y 4) de intensidad mínima que

cuando el efecto de la acción es la estabilidad de la estructura.

ño de cimentaciones se consideran dos es de acciones: 1) acciones

más accione.5 variables (primer tipo n) y 2) acciones permanentes más bles con intensidad instantánea y ntales de viento o sismo (segundo

combinación, la rev5sión del a se hace considerando la s desfavorable con su las acciones restantes. con ; en la revisión del estado

los movimientos o go plazo s e calculan

. -

mbinación se revisan los los de servicio asociados

Diseño Geotécnico

El criterio de seguridad y confiabilidad en cimentaciones profundas usualmente se expresa en términos de "factores de seguridad globales". Un enfoque alternativo se basa en "factores de seguridad parciales" que se aplican separadamente a las cargas y a las resistencias. Este enfoque se utiliza en el llamado "diseño con los estados límite", que ha sido adoptado por los reglamentos 'de. varios países. Tanto los factores de seguridad globales como los parciales. están necesariamente'relacionados entre sí.

a) Factor de seguridad global

Para contar con una razonable seguridad en el diseño y construcción de cimientos profundos, que aseguren que la estructura esté libre de daños, pérdidas y riesgos inaceptables, en los análisis geotécnicos de estabilidad se introduce el concepto de factor de seguridad global. Este factor puede definirse como la relación de la resistencia de la cimentación dividida entre los efectos de las cargas aplicadas (CGS, 1992).

Los principales parámetros que afectan el margen de seguridad en ingeniería de cimentaciones son la variabilidad de cargas, el efecto de éstasy la resistencia del suelo (Meyerhof, 1970). Se acostumbran rangos de factor de seguridad global comprendidos entre 2 y 3; el valor superior se aplica a condiciones de cargas y de servicio normales, mientras que el menor al caso de cargas máximas y en las peores condiciones ambientales.

El factor de seguridad que se aplica en el diseño de cimientos profundos depende de varios factores, entre ellos el tipo e importancia de la estructura, las condiciones del subsuelo y la calidad de su programa de exploración, la disponibilidad de resultados de pruebas de carga y la inspección y control de calidad durante la construcción. Se ha estimado que 1os"factoresde seguridad acostumbrados están asociados con probabilidades de falla por estabilidad, e n su período de vida nominal, del orden de lo4 %.

Según el enfoque de factor de seguridad global, para obtener la carga admisible de un pilote o pila se divide la resistencia o capacidad de carga última entre un determinado factor de seguridad. Pueden requerirse factores de seguridad grandes cuando las condiciones del suelo son muy variables o si la investigación del subsuelo es

insuficiente, así como para el caso de pilotes de £ricción en arcilias o de elementos alojados en suelos arenosos o limosos sueltos donde la capacidad de aquéllos pueda disminuir con el tiempo.

Para el caso de pilas coladas in situ, en el fador de seguridad global se ha propuesto tomar en cuenta el destino de la estructura y del nivel de control que se tenga, tanto en la adquisición y. análisis de los datos del subsuelo como en la construcción (Reese and O'Neill, 1989). En la Tabla 3.1 aparecen los factores que se recomiendan como guía para diversos tipos de estructuras, probabilidad aceptable de falla y control. En ella se consideran estructuras monumentales aquellas cuya vida de diseño exceda de 100 años y permanentes las que tienen una vida de 25 a 100 años; las estructuras temporales son las de corta vida, cuyas fallas no causan daños a personas.

Tabla 3.1, Factores de seguridad global modificados para pilas coladas in situ (Reese and

O'Neill, 1989).

Probabilidad Control

~i~~ de , aceptable de Bueno Pobre estructura falla* en

Monumental 10-5 2.3 3.5 Permanente 1 O-4 2.0 2.8 Temporal 10-3 1.4 2.3

Un buen control implica que las condiciones del subsuelo son uniformes en el sitio de la construcción y que han sido defuiidas con precisión en un cuidadoso programa de exploración, que el comportamiento de las pilas se haya establecido en la formación geológica del sitio mediante pruebas de carga a escala natural y que los controles de construcción se realicen para asegurar que se sigan los procedimientos apropiados. Si las condiciones son contrarias a las anteriores, los controles se consideran como pobres. Cuando los controles de un proyecto se encuentran entre buenos y pobres, el factor de seguridad se debe elegir a buen juicio.

La desventaja de este enfoque radica en que los componentes individuales que intervienen en el

b) Factores de seguridad parciales

factores de seguridad parciales en 1 características y efectos de éstas (i incertidumbres del análisis), comb factores parciales de la resistencia c del suelo. Este enfoque es más consi de seguridad global y lleva a seguridad más uniformes para dife componentes de cimentaciones b de carga.

, . . . . . . . . Reese y Wright (1977) proponen factores de seguridad'parciales q variabilidad de las cargas, de lo las características del subsuelo métodos de diseño y del proce como aspectos económicos mediante la ecuación:

donde:

F, factor de seguridad global F,, factor de ,.,,segurid

materiales. Fr, factor de seguridad p

o construcción del Fp, factor de segurid

por posibles erro teorías inadecuadas.

Fi, factor de segurid

carga por 'cambio en el uso de :,$: estructura, por errores en :!as.'

, - . . . , .

c) Factoresde cargas y ¿le resistencia .. .

spondientes a un "control pobre"; valores de los parámetros

en repetidos muestreos son cisos, pueden usarse los es a un "control bueno".

e describen la selección o anza son las siguientes: si se e una condición de carga para

e diseño y es reducida la que ocurran simultáneamente

imos de cada condición, deben Fr correspondientes a "control ructuras con vida útil menor de ntrol bueno" y e n estructuras numentales "control pobre". ción del subsuelo está basada ucido de pruebas o ha sido sonal inexperto, se usan 1 pobre". Si las dimensiones

para pilas se encuentran tolerancia especificada, los

n a un "control pobre".

ctores de seguridad parciales para ca

Con este enfoque, .las cargas y sus efectos se multiplican por factores de carga, Fc, y las resistencias de los materiales y suelos se multiplican por factores de resistencia, FR para tomar en cuenta su variabilidad e incertidumbre.

, .. .. . . . . . . . , , ,

. . . . . , , . . . . . ,.co,dic&*. .. ' .: . .. , ,

. . , . . . .. . : . ..:.. . . .... ., .

-Carga muerta, carga de agua. nada en silos, carga de agua con

fluctuaciones. - Fuerzas de frenaje o de equipos.

- Otras cargas vivas.

- Carga de viento; carga por oleaje. - Análisis individual de cargas.

- Resistencia a l corte, CU.

- Angulo de fiicción interna. 1 unitaria (de pruebas de carga). unitaria (sin pruebas de carga).

- Dimensiones de la pila. - Límite elástico del acero.

Resistencia a la compresión del concreto reforzado.

E n la Tabla, 3.3 aparecen los valores de factores de carga y de resistencia que recomienda el . manual canadiense de cimentaciones (CGS, 1992). Esos valores proporcionan aproximadamente el mismo margen de seguridad que los factores de seguridad convencionales de 2-3. Los factores de carga toman en cuenta la probable variación de los diferentes tipos de cargas ' y se obtienen por comparación con los usados comúnmente en el diseño estructural por esfuerzos de trabajo. E n cuanto a los factores de resistencia. geotécnica, éstos tienen el mismo rango que los factores de resistencia de materiales estructurales, los cuales varían aproximadamente de 0.6 a 0.9. Es deseable que los mismos factores de carga que se usen en el análisis y diseño estructural se usen en los análisis geotécnicos.

.

rgas y resistencias and Wright, 1977).

Factores ' Control

, , , ,Pobre 1 Normal 1 , Bueno

I I

(valores fundamentados en la

Manual de Cimentaciones Profundas ----

Tabla 3.3, Factores mínimos de carga (Fe) y de resistencia (FR) sugeridos por el m canadiense de cimentaciones (CGS, 1992).

Factor. de carga, 1.25 1.50 1.25

Factores de resistencia 0.50 0.80

Categoria

Cargas

Resistencia al corte

y construcciones comerciales e in incluidas en el Grupo A. Cuando las cargas muertas y presiones de agua y

sus efectos son benéficos para resistir inestabilidad por deslizamiento, volteo o subpresión, los factores de carga correspondientes 3.2.3 Diseño con los estados límite se reducen a 0.8. Por otra parte, cuando las cargas vivas y las accidentales actúan Al colapso de una estructura y a la falia d simultáneamente, se aplica un factor de carga que incluyen inestabilidad por capacidad de. combinado de 0.7 a ambas cargas, pero se revisa carga, deslizamiento, volteo y subpresión, se I& que el efecto total no sea menor que las cargas conoce como "estados límite de falla" (o estad$ *

vivas totales o accidentales actuando limite últimos), y a la separadamente. deformaciones y deterioros se 1

"estados límites de servicio". E n el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (DDF, 1995), para el primer tipo El enfoque de diseño con los estados límite behe. de combinación de carga (véase subinciso 3.2.1), como ventajas: 1) proporciona una alternativa:a',- se especifican factores de carga de 1.5 en concepto de factor de segur construcciones del Grupo A y de 1.4 en las del introduciendo factores parciales defini Grupo B. Para el segundo tipo de combinación, el respecto a varias causas de error . r t

factor de carga es de 1.1 y se aplica a todas las incertidumbres involucradas en el proceso,;: acciones que intervienen en esa combinación. diseño y 2) facilita un mayor grado 'de;

Ante acciones o fuerzas internas cuyo efecto sea compatibilidad entre el diseñador geoté favorable a la resistencia o estabilidad de las estructural. Los anáJisis de los estados limite e....

estructuras, el factor de carga es de 0.9. Para la basan en cargas y resistencias revisión de los estados límite de senricio, en todos factores parciales. los casos se toma un factor de carga unitario. E n cuanto a los factores de resistencia relativos a la Debe reconocerse que a la fecha el co capacidad de carga de cimentaciones, indican factor de seguridad global ha valores comprendidos entre 0.35 y 0.70 según razonablemente bien al diseño geoté condiciones del subsuelo y características de la existe una vasta experiencia acumulada en 3,-

cimentación. cual basar la selección de sus v diferentes tipos de estructuras y de cargas. -'Su

Las construcciones del Grupo A son aquellas cuya embargo. no puede negarse que la factoriz& I falla estructural puede causar la pérdida de un separada de las causas de incertidumbres +e-

número elevado de vidas o pérdidas económicas o particular las que provienen de datos culturales excepcionalmente altas, o que que reflejan la probabilidad de oc constituyan un peligro s i ~ c a t i v o por contener cualitativamente un concepto más preciso. ; sustancias tóxicas o explosivos, así como edificaciones cuyo funcionamiento es esencial a Respecto a la compatibilidad entre raíz de una emergencia urbana. Las del Grupo B geotécnico y estructural, esta es corresponden a edificaciones comunes destinadas práctica en todos los aspectos a vivienda, oficinas y locales comerciales, hoteles suelo-estructura de las cimentacio

84

Concepto Cargas muertas Cargas vivas, viento o sismo Presiones de agua

Cohesión ( c ) Fricción tan

. ,. , “-.Sin' embargo, cuando se aplica el formato de ".,

.di&ño con los estados límite a este tipo de .* 7

$iobIemas, se debe tener cuidado en no duplicar

E?-.. - k . . l + En-l ' i análisis que sigan el enfoque de estados

Vliriiite de faila, la capacidad factorizada del pilote

p.: ; - - . Tabla 3.4, Factores de comportamiento, Fb 5 ' ' . - aplicables en el diseño con estados límite (CGS,

b . S:-. ,;,.Capacidad . ., de carga: pruebas in situ > .'S,.- I l

. .. . ..

se c&ula- a partir de la resistencia ada del suelo. Cuando la capacidad del pila se determina con pruebas de campo,

la capacidad factorizada se multiplicando-la carga úitima de falla del

por los factores de comportamiento Fb cen en la Tabla 3.4.

nes y aceleraciones

el diseño de cimentaciones y ebe incluir las previsiones para

sin daño cualquier movimiento; tomarse las precauciones construcción para prevenir

13.. . .F>uebas con penetrómetro estático .51 -,

0.5 p,;; . .Piuebas de penetración estándar 0.3 $*2 -..' . - 6;;: ;:-Pruebas de carga estática (normales) 0.5

3 .l E>:, :';P:bebas de cargasestática (especiales)' 0.6 . , L ,l r

.hálisis dinámico con medición de 1 1 -. > Vncluyen especficaciones que normalmente no

g$, &+san en pruebas rutinarias, incrementando. u: pbr.tanto, su confiabilidad y representatividad.

'-9 , k;7 . : . 1 . ,'.p. ,

;,., _Yo? movimientos admisibles para cimentaciones y ry*&estiucturas !T. . dependen de la interacción suelo-

e'stiuctura. de la funcionalidad deseada. del G..a~ietámiento dañino y de la distorsión, ~ ,~~~reunngiendo la seguridad o el buen uso de la

LO es:rudura en particular. Los criterios de daño g t;'. " VI.+ :cita, generalmente relacionados con la rotación m:., . . i .fei"tiva, conocida también como distorsión

%': .- aP&ar y con la deflexión o inclinación de la ..=i - érim~tura, diñeren según el tipo, características

;< _ ?tolerancias específicas de la estructura Para S$ ; ei : e2 tructuras convencionales, se sugieren como t* y,a6 - -- los limites indicados en la Tablas 3.5 y 3.6.

Gr.{ ..>- a

Dfseño Geotécnico .-.-- "--

deformaciones excesivas y movimientos del subsuelo.

Tabla 3.5, Criterio de desplazamientos permisibles (CGS, 1992).

Material

Mampostería, vidrio u otros materiales fiágiles Metal revestido o acabados no ñ-ágiles Marcos de acero o de concreto Muros de cortante de acero o de concreto

Estructura

Muros de ladillo altos y :ontinuos Viviendas de ladrillo Ladrillo revestido entre :alumnas Edificios con marcos de :oncreto reforzado Muros de relleno de concreto reforzado Marcos de acero continuos Marcos de acero simplemente ipoyados

MBxijma deflexión entre

apoyos (Le ea la longitud

del claro)

Según diseño ' Máxima

pendiente dé estructuras continuas

En suelos . predominantemente fiiccionantes la estimación del asentamiento se basa en las cargas máximas, con una tolerancia para cualquier efecto dinámico. E n suelos predominantemente cohesivos el asentamiento diferido considera la carga muerta más una carga viva reducida, sostenida (promedio con el tiempo).

Los estados límite de servicio se comprueban usando un factor de carga unitario en todas las cargas características y efectos de ellas. Sin embargo, cuando las cargas vivas y las accidentales actúan simultáneamente, puede usarse un factor de carga combinado de 0.7, como se indicó para los estados límite de falla.

. . -. - . . -.

' .>

.. ,

Tabla 3.6, Límites de rotación relativa (distorsión angular) para estructuras (CGS, 1992)., .! .i .-

.,> 'í . . - , . .

Tipo de-límite y estructura . ,

- iooo - del

seguro para estructuras estáticamente determinadas Límite peligroso para marcos de acero abierto o de concreto, y de desplome de*

Límite seguro para marcos de acero abierto O de concreto, y de desplome estructuras rígidas altas Límite peligroso para muros panel en edificios con marcos

r ~ í m i t e seguro para e paneles en edificios con marcos .+; *j

1 Límite seguro contra pandeo de muros de carga no reforzados

decir; p = sfl

Para los estados límites de servicio, los factores de los valores característicos de las propiedades de deformación y compresibilidad de los suelos con frecuencia se consideran unitarios. De manera similar, se usa un factor de comportamiento

. unitario para asentamientos basados en pruebas de carga o de penetración. Sin embargo, en vista de la incertidumbre y gran variabilidad del suelo, se ha sugerido (CGS, 1992) usar un factor de comportamiento de 0.7 a 6n de tener una estimación confiable de la funcionalidad o servicio.

3.2.4 Verificación de la seguridad

La reglamentación vigente para construcciones en el Distrito Federal ODF, 1993; DDF, 1995) señala que el diseño de cimientos profundos debe considerar los estados límite de falla y de servicio. El estado limite de falla se refiere al desplazamiento plástico local o general del suelo bajo la cimentación y10 a la falla estructural de la cimentación o de sus componentes. Por su parte, el estado límite de servicio comprende los movimientos verticales de la cimentación (asentamientos o emersiones), inclinaciones de la estructura y deformaciones estructurales de la misma y de sus vecinos; en estos movimientos se consideran los componentes inmediatos bajo carga estática, los diferidos por consolidación y los accidentales por sismo o viento, así como la combinación de los tres.

l.

1 Limite peligroso para estructuras estáticamente determinadas

. - . . . 1 estructuras rígidas altas

Límite en el que puede ser visible el desplonie de edificios altos Límite donde pueden esperarse dificultades con grúas viajeras

Límite peligroso para muros de carga no reforzados Límite donde se esperan problemas con maquinaria sensible a asentamientos

Límite peligroso para quebranto de muros. de carga no reforzados Límite seguro contra quebranto de muros de carga no reforzados

;amiento diferencial, sf, medido entre dos puntos, y la distancia, 1 entre ellos,

3.3.1 cimentaciones en suelos predom temente fiiccionantes

La revisión de la seguridad de la cimentación an$,.:.; los estados límite de falla. de cada uno de 1&;,:: elementos y de aquella en su conjunto, consiste ei:'..' comparar la capacidad de carga neta'del suelÓ'~~''i$ afectada con un factor de resistencia, con .!]$s.'.-; acciones de diseño, a su vez afectadas por si;.::; factores de carga respectivos. En la revisión de..+, ?

L.1

cimentación ante el estado límite de seMcio;.-'FZ;:; toman en cuenta las deformaciones vertical&":: totales y diferenciales y la inclinación de'A$;: estructura,. de forma que no causen da%?;- intolerables a la propia estructura y a colindancitis:".::

., !'$' incluyendo servicios públicos. , , , ! ., . . .-- p. . + . . . .f

3.3 CARGAS VERTICALES DE COMPRE SI$^' .. .,

. . ,..,.'>

Se presentan a continuación los procedimientdd$ cálculo más comunes de cimentaciones profuiida+ sujetas a cargas verticales estáticas de ~ o r n ~ r e s i 6 ~ ~ : (ver Nota de los Editores al final de este Capi@.:j: .para el uso de métodos alternativos basados-en.Xjj

- ,

cono estático). d. - . :, ' , - i r<

En los siguientes párrafos se presentan cnt&4 más comunes de diseño para pilotes y pii&j

apoyados en suelos predominanteme&*!

itos homogéneos ó a depósitos estratificados

didad apreciable por debajo del extremo del cimiento ó están subyacidos por

s compresibles se tratan en el inciso "b" de

s y pilas en suelos s derivan su capacidad de carga tanto

ncia por punta como de la fricción go del fuste, es decir:

fricción lateral

Diseño Geotécnico

desplaza un volumen de suelo igual al del pilote y en los segundos ese volumen se extrae por excavación antes de ccilar la pila. También se consideran aquí los grupos de pilotes y pilas, así como los efectos del procedimiento constructivo en el diseño

a) Pilotes hincados

Existen diversos métodos para evaluar la capacidad de carga de pilotes hincados en suelos predominantemente friccionantes, que' en general se agrupan en: 1) criterios empíricos basados en resultados de pruebas de campo, 2) criterios estáticos fundamentados en relaciones teóricas y 3) criterios apoyados en pruebas de carga a escala natural.

Algunos especialistas sugieren también criterios que se basan en la resistencia dinámica al hincado, en particular en el método de la ecuación de onda. Sin embargo, las consideraciones hechas * - " . c.

e n las fórmulas dinámicas están muy ' 1

, -. simplificadas y sus resultados no siempre pueden . . .- relacionarse con la capacidad real del pilote; por . ,'

otra parte, el análisis de la ecuación de onda, . . aunque es una herramienta útil para determinar la capacidad de un pilote por punta, la hincabilidad y la selección del martillo, requiere de datos precisos de este último y de los parámetros del suelo y necesita se calibre, la energía de hincado y los esfuerzos generados durante éste con mediciones en campo o en pruebas representativas. Por lo anterior, los resultados proporcionados por las fórmulas dinámicas o por la ecuación de onda sólo se recomiendan como una guía.

De los criterios mencionados, el fundamentado en pruebas. de carga a escala natural e s el único considerado por todos los autores como el más conveniente.

Capacidad.de carga por punta

Además de los criterios que se basan en pruebas de carga, para el cálculo de la capacidad de carga por punta existen otros que utilizan los resultados de pruebas de campo -como los de penetración estándar, penetración de cono estático, ensayes presiométricos y mediciones con dilatómetro-, o bien, que se fundamentan en relaciones teóricas.

De los métodos -'que utilizan directamente resultados de pruebas de campo, en este manual

Cimentaciones Profundas

vertical de pilotes a partir de resultados de :'N únicamente se tratan los de penetración de cono estático y los de ensayes presiométricos. No se incluyen los de penetración estándar dado que la mayoría de los especialistas los consideran sólo como una guía 'y que requiere de u n manejo cauteloso. Tampoco se tratan los que usan mediciones con dilatómetro, ya que aún no existen criterios reconocidos para calcular directamente la capacidad de pilotes; los resultados de esas pruebas sólo permiten inferir el tipo de material predominantemente hccionante penetrado y su compacidad (Briaud and Miran, 1991a), para estimar parámetros que se emplean en los criterios teóricos.

pruebas de p son los d

lene tración e De R

lno es and

Schmertmann y del Laboratoire des Ponts .et ;, Chaussés, L.P.C., propuesto por Bustamante f ,, and Gianselli (Briaud and Miran, 1991b)- . Según verificaciones contra resultados de, .? pruebas de carga a escala natural, los tres::$ criterios en general sobrestiman la carga,? .! última de los pilotes, considerada ésta como la.';'! correspondie 1/10 de su

sent; más

nte a un . &áme.tr.o

elástica, aunque el que presenta dispersión es el del L.P.C. que se continuación.

Para calcular Qp, el criterio del L.P.C? introduce un factor de corrección a la ecuaciór- 1 (3.3), como sigue: 1 -

Con penetración de cono estático (CPT)

El penetrómetro estático se asemeja a un pilote de escala reducida, por lo que cuando se hinca en un suelo predominanteme& fiiccionante, homogéneo, su resistencia a la penetración puede correlacionarse con la de un pilote de tamaño natural.

donde:

La capacidad de carga última por punta de un pilote aislado se determina con la ecuación Weyerhof, 1976):

Kc, factor de que depende del

, . . . - - .. , . procedimiento de en pilotes hincados miento de suelo, s u valor es de en pilotes instalados en previas de 0.15.

donde: Algunos autores aplican a QD un factor&

qc, resistencia .de punta, promedio, medida en pruebas de cono. Para pilotes con diámetro mayor de 50cm (1.6ft), se recomienda usar el valor mínimo de qc en vez del promedio.

seguridad gl dependiendo

obal &mpi del númei

ndidc de 1

--

o ent pruel

realizadas y de la variación observada eni lp . . resultados de los ensayes. El valor mínirnc-. que se aplici número de re

cuer una

i ta u variz

s cuando s !sultados' cc

La experiencia indica que la ecuación anterior solamente es aplicable cuando el pilote penetra una longitud de por lo menos 10 veces su diámetro ó ancho en el suelo predominantemente friccionante; esta relación no se recomienda para penetraciones menores. La prueba de cono proporciona los mejores resultados en limos y arenas en estado suelto a compacto; no se recomienda utilizar en depósitos de gravas gruesas ni en arenas muy compactas.

del 10% del promedio. a - . < > :

r f

,- -. ,n

.- - . .,. . . ', ... < L.,.., "

. ... , . ... . Con mediciones presiométricas (PMT) :.,<.

.. . ,T. ;.: .. . i ) . . _ . _ \ L

Para relacionar la capacidad de carga últiÍ$ de pilotes con los parámetros presiométricici~:? .: desarrolló la siguiente ecuación emp'&i¿;i (Baguelin, 1978, Briaud, 1987): 7 - 7 J.

, . S!

En años recientes se han desarrollado otros criterios que predicen la capacidad de carga donde:

mediciones

profundidad de la punta del pilote.

obtenida con la ecuación:

presiones netas límites obtenidas en

situada 1.5 veces el diámetro del pilote arriba y abajo de la punta de éste.

tes hincados en arenas y gravas con miento completo de suelo, el valor de entre 3.2 en depósitos compactos y 4.2

de un pilote en suelos fiiccionantes, puede gulo de fkicción efectivo o una teoría sobre el

a del conjunto pilote- el análisis de esa fundamente en el ', en el que las dos

ral) se calculan

a por punta de un

. - -

tima, unitaria, en

Diseño Geotécriico

Varios investigadores han sugerido que la resistencia por punta de pilotes en arena homogénea debe ser proporcional a la presión vertical efectiva inicial a la profundidad de la punta de aquéllos, es decir:

4 P = p l o N ' , . .

donde:

py0, presión vertical efectiva inicial en la punta del pilote. Se ha sugerido que por debajo de la profundidad crítica, Dc, debe usarse la presión efectiva correspondiente a esta profundidad, aunque investigaciones recientes han puesto en duda esta recomendación (véase inciso "e" de 3.3.1).

NQ, factor de capacidad de carga.

Existen numerosas curvas teóricas y semiempíricas que proporcionan el valor de N$ como función del ángulo de fricción interna del suelo antes del hincado (Fig. 3.1). Las diferencias apreciables entre los valores propuestos muestran la gran variedad de enfoques para atacar el problema.

Uno de los criterios más utilizados para calcular la capacidad de carga por punta de pilotes hincados en suelos predominantemente friccionantes e s el de G.G. Meyerhof. El criterio ' propone utilizar la Fig. 3.2 (Meyerhof, 1976) para obtener el valor de N $ en la ecuación (3.8). Los valores de NQ están en función del ángulo de fricción b'para pilotes de sección circular o cuadrada de ancho B, y para distintas relaciones de profundidad DdlB, siendo Db la profundidad de penetración dentro del estrato de apoyo.

Como alternativa, la última edición del manual canadiense de cimentaciones (CGS, 1992) propone la ecuación:

onde:

Nt, factor de capacidad de carga en la base.


I I I I - Terzaghi (1943) I I I I

' 1

--e

I I I I

De Beer (1945) l I I l

Brinch Hansen (1951)

Meyerhof (1953) pilotes excavados + Skempton - Yassin - Gibson

+ Brinch Hansen (196 1

I I I I ( 1 8 1

1 1 l / 1 1 1 1

I I I I

I I I I I I I I

I I I I I I I I

1 ,C 1 1 I I I I p i 1 1 I , I I I I I I

- e - , - - ! - - r - , - Valor mínimo : 1 N', = en'"Qtan2(45 + $12) I I I I

30 35 40 45

Angulo de fricción interna $'

-1- - 1- - T - 1 1 1 1 - - - - - - - - - - I I I I

- J - - 1 - - 1 - - 1 - I I I I l I I . I

- l - - l - - l - - T -

I I I I I I I I - - l- - - l I I 1 , I I I I *

- J - - 1 - - 1- - .f - I I I .l

, I I ' I

1 1 l. l

i i n 0

I , ~ I I

l .I 1 I 1 . 1 I I

i r - , 1 1 . I l I I

.'I I I I

I I I I

Fig. 3.1, Factores de capacidad carga cimentaciones profundas circulares, (Vesic,

gos de valores de NI.

abla 3.7, Rangos de valores de Nt (CGS,

100 - 120 50 - 100 --- 150 - 300 80 - 150

sea el criterio adoptado, será

Diseño Georécnico

para predecir esos valores usando los resultados de la resistencia de punta con cono, qc. Con este fin se utiliza la Tabla 3.8 para clasficar al pilote según su procedimiento de instalación. Luego, para cada capa, en función del rango de resistencia de punta, qc, del tipo de pilote y . del procedimiento constructivo, determina con la Tabla 3.9 la curva de la Fig. 3.3 que debe utilizarse para obtener la fricción lateral máxima a partir de valores de qc. Apoyados en comparaciones con pruebas de carga, se ha recomendado (Briaud, 1988), que el factor de seguridad global mínimo que debe aplicarse a la carga última obtenida con este criterio es de 2:3.

Con mediciones presiométricas (FMT)

Cuando se cuenta con mediciones presiométricas, la 'capacidad de carga última por fricción puede estimarse con el criterio del Laboratoire Central des Ponts et Chausseés - Service d' Etudes Techniques des Routes, LCPC-SETRA (Briaud, 1987), mediante la ecuación:

donde:

f ep , fricción lateral última, determinada a partir de mediciones presiométricas.

p, perímetro' del pilote. D, penetración del pilote en la capa

considerada. La, longitud del pilote donde actúa la

fricción lateral.

La fkicción lateral última se obtiene en función del tipo de suelo, del tipo de pilote y de la presión límite, PL, medida en ensayes presiométricos a la profundidad de interés. Se utiliza la Tabla 3.10 para seleccionar la curva de la Fig. 3.4 que debe emplearse para determinar fsp a partir del valor de p~ considerado. Aunque para obtener los valores de &icción lateral admisible algunos autores han recomendado u n factor de seguridad mínimo de 2, otros, apoyados en pruebas de carga, indican sea de 2.8.

Diseño Geotécnico - - -- - .-

pilotes o p a de punta

para aplicar el método del 1 en pruebas de cono (Briaud

,.P.C. con los and Miran, 1

resultados de la .991b).

Descripción Instalada sin lodos de perforación. Aplicable sólo en suelos cohesivos arriba del nivel freático. Se utilizan lodos para soportar a la perforación. El concreto se coloca del fondo hacia arriba, desplazando los lodos. Perforada dentro de un ademe de acero que confina al suelo. El concreto se coloca en la perforación a medida que se extrae el ademe. Instalada utilizando un helicoide hueco, continuo, de longitud.igua1 o mayor que el de la pila propuesta. El helicoide se extrae sin giro, mientras se inyecta simultáneamente concreto a través de su hueco central. El método requiere la presencia de trabajadores en el fondo de la excavación; las paredes de ésta se soportan con elementos de cimbra c ademe. De diámetro menor a 25cm (10in). Se instala en perforación previa ademada. Después de llenar el ademe con concreto, se tapona su parte superior y se aplica presión por dentro del ademe, entre el concreto y el tapón. El ademe se recupera manteniendo la presión contra el concreto. No aplicable a suelos friccionantes bajo agua. Al frente de un tubo corrugadc se coloca una herramienta tipo tornillo. El tubo es empujado y atornillado en el suelo. Mientras se coloca el concreto se extrae el tubo aplicando rotación inversa. Pilote de acero, de sección tubular (15 a 50cm, 0.5 a 1.64ft) de diámetro exterior), H o formado con secciones soldadas de tablestacas. El pilote se hinca con una zapata protectora de mayor tamaño. Cuando el hincado prosigue, se inyecta concreto a través de una manguera cercana a la zapata, produciendo un recubrimiento alrededor del pilote. De concreto reforzado o presforzado. Se instala por hincado o vibrohincado.

Pilote de acero, hincado en el lugar, de sección H, tubular o de cualquier forma obtenida con secciones soldadas de tablestacas. Fabricado con elementos cilíndricos, huecos, de concreto, ligeramente reforzados y unidos mediante presfuerzo antes del hincado. Cada elemento mide generalmente de 1.5 a 3.0m (5 a 10ft) de largo y de 0.6 a 0.9m (2 a 3ft) de diámetro. Los pilotes se hincan con su fondo abierto. El hincado se logra mediante un tapón inferior de concreto. El ademe se extrae mientras se compacta concreto de bajo revenimiento dentro de él.

Se hinca un tubo con tapón en el fondo hasta alcanzar la posición de proyecto. El tubo se llena hasta arriba con concreto de revenimiento bajo y luego se extrae. El pilote es un elemento cilíndrico, de concreto, prefabricado o colado en el lugar, de 0.5 a 2.5m (1.64 a 8.2ft) de largo y de 30 a 60cm (1 a 2ft) de diámetro. Los elementos son empujados con gatos hidráulicos Pilote de acero, empujado con gatos hidráulicos.

Pilote menor de 25cm (10in) de diámetro. El acero de refuerzo se instala en la perforación antes de colocar el concreto de abajo hacia arriba. De diámetro mayor de 25cm (10in). El sistema de inyección debe producir alta presión en el concreto.

Manr --.-A

Tabla

* Qct

Fig.

Cimentaciones Pro fundas

liferentes tipos de pilas o pilotes, procedimientos de instalación y rangos de qc*.

--------------

O 5,000 ?O.OOO 15.000 20,000 25.000 30.000 35.000 40,000

Resistencia de punta del cono. q., kPa

. .. .


Con relaciones teóricas

La capacidad de carga última por fiicción puede determinarse con la ecuación:

donde:

Qs, capacidad de carga d t i m a por fricción

pó,, presión vertical efectiva media a lo largo del pilote; bajo la profundidad crítica se recomienda usar el esfuerzo correspondiente a esta profundidad, tomando en cuenta lo señalado en el inciso "e" de 3.3.1.

K., relación entre los esfuerzos horizontal y vertical del suelo, efectivos, en el fuste del pilote.

tan 6,coeficiente de fricción lateral pilote- suelo.

A, área de la superñcie lateral de la punta del pilote

El valor de K. está intluenciado por el ángulo de resistencia al corte, la compresibilidad y estado original de esfuerzos en el suelo, así como por el método de instalación y geometría del pilote. Al incrementarse la compacidad, el ángulo de resistencia al corte y la cantidad de suelo desplazado su valor aumenta. Para pilotes hincados con desplazamiento de suelo, se considera que K. es de 1 a 2 veces el coeficiente de presión de tierras en reposo, Ko , mientras que en los de poco desplazamiento (como los de sección H ó instalados en perforaciones previas), Ks está comprendido entre 314 y 5/4 de KO. E n pilotes instalados con chiflón, K. vana entre 112 y 213 de Ko. La Tabla' 3.11 contiene' valores de K. y S (Simons and Menzies, 1977) para pilotes hincados, y que toman en cuenta la compactación inducida durante .su instalación. Se recomienda que los valores empleados se verifiquen en pruebas de carga.

Tabla 3.11, Valores de los coeficientes*& y 6 para pilotes hincados en arena..

Material: del pilote

Debido a las dificultades de medición de -aP con frecuencia se combinan los términos ELI:: tan 6 como sigue: r"

d. ' .c . :

Concreto Acero

. .. por lo que la ecuación (3.12) se reduce a:?': f.a

-. 5 r , 4

IL

A este formato se le conoce como ~ é t o d o &:$ El valor de f l se ha determyll; : experimentalmente en pruebas de cargala .; escala natural. En la Tabla 3.12 apar+ii$ valores de p que sugiere el rnani$$ canadiense de cimentaciones ;t;q

L

6

suelta 1.0 0.5

. . ' \ Tabla 3.12, Rangos de valores del coeficiente'^';!

h n a 1 Arena 1

(CGS, 1992).

'compacta 2.0 1.0

Tipo ae (suelo hincados r

% 4 20"

Limo 0.3 - 0.5 0.2 Arena suelta 0.3 - 0.8 Arena med. compacta Arena compacta 0.8 - 1.2

1 Grava 1 0.8- 1.5

Para pilotes que provocan desplazam!enti: importante en arenas, otros auto&.: (Bhushan, 1982; Coduto, 1994) proponen,+lz! ecuación:

donde: . - .

C , compacidad relativa de la t&&?;

expresadaen. forma decimal. '-.. :!:.:: ; . ' - x, ., . . .. . , ?

0 Asentamiento.de pilotes aislados .:. : S S

. .. . 5'. ' e,;,. ,

Para el cálculo de asentamientos de $b$ aislados se aplican métodos empíri&<~~,

?miempíricos; sin embargo, el :eptado se fundamenta en los I . .

~ r u i b a s de carga. Algunos investiaarici~?! - - nsideran que el cálculo de asen lotes hincados basado'en propied:

itar ade

=.. - i . 5 -: . ~i,lijisUelo y del material del pilote es impreciso y

E+ek&r .,c ., . práctico reducido. . , s . .

:s.>.:;. . . - .. ..

q:+$&xperiencia ha mostrado que el F'aSeritamiento de un pilote aislado depende de s u ?,hhktro y de la relación "capacidadlcarga

Y'i:;. - tq..aplicada". Normalmente; cuando ésta relación p : g2 &@ayor de 2, el asentamiento en suelos , .. .:.

f;:."rictionantes es pequeño. pY- +L.:! y;, ; .>.% ,'A. '. ; - . g;;..':'. 1 r; y . &íé,f.odo basado en pruebas de cono estático

:p.,. ,('cPT) w . r

$:,,-',::- 8:. - :-,<Cuando se cuenta con valores de resistencia $> ,,-,%de punta con cono estático, qc, y de fiicción

.l, fa, puede ugge (Briaud;.

aplicarse 3991) pai

!. el criterio de ra determinar el

"' n.,; ' ?F.!, -asentamiento en la cabeza del pilote. El ?;: .3 :cidculo se realiza por iteraciones. En él se

! al pilote y al ido desde la su

p e d de iperficie d

valores de qc, - .el terreno hasta

:q;:.yi; :; ,, -+. .,..,,.; : -, p.,. u'~a:profundidad igual a 4B bajo la punta del %y.).-:: ,pilote-, en n capas o segmentos de espesor

,-. , - .! .%.

, ' constante, menores de 3m (loft), y & ., .l. . . . . $ir? a. .'. :'. -:numeradas de abajo hacia arriba. gg.-,,,:,.*!* ' '

. . / ' . E asentamiento se calcula aplicando

~~'%ucesivamente las ecuaciones:

para

2; ,; .,!¡>, ." ',+ .. A - . " 9 .,v ,.!, , * . 7. ,,&Ir:,

A SI? asentamiento en la capa l. E módulo de deformación del suelo en *.q;.:,,;,, *. .;:?., .. . .; la capa I , determinada con la

%.b?*?.~L ,,., 7;;: a y . *. t.!.;..,..> ,. ecuación (3.21). (<:.J: .:L,.,",..<.,

-.e+ T. , S , asentamiento en la capa i + 1. ,&,.:',i:., .,ii. .. .e., ;. . * - si, asentamiento en la capa i. &-. , .. ,.; -' . J.. , . , , .. . : . . longitud de cada segmento en el que $í ,Y j .;+ f.

. se dividió al pilote. +...>c ( 9 3 :E

.. ;.:;g;r. P' módulo de elasticidad del material

*. . _,- . . -,:,.-, t!:!'!y;. :. del pilote.

qi, carga unitaria aplicada'en la capa i.

Diseño Geotécn ico -- --

La ecuación (3.16) se aplica a la capa de apoyo o primera capa (i = I) y la (3.17) a las capas subsecuentes hacia arriba.

La carga unitaria, q~ , que actúa en la punta del pilote se estima preliminarmente con la ecuación:

donde:

q~ , carga- unitaria aplicada en la capa de apoyo o capa 1.

Q, carga aplicada en la cabeza del pilote. Ap, área de la sección transversal en la

punta del pilote. mc, factor igual a 0.2 para pilotes

hincados y a 0.5 para los instalados en perforaciones previas.

L, longitud total del pilote. B, diámetro del pilote.

La carga unitaria en las capas superiores se calcula con la ecuación:

donde:

qi+l, carga unitaria en la capa i+l. f i , ficción lateral unitaria en la capa i. p, perímetro del pilote.

El valor de f i a su vez se determina con:

siendo:

Esi, módulo de elasticidad de la capa i del suelo, dado por la ecuación:

en la que:

Manual

La ecuación (3.21) se recomienda para valores de q e > 400hPa (40Vmq y se utiliza tanto para pilotes instalados en perforaciones previas como hincados.

El asentamiento total calculado es sn+i y está ocasionado por la carga unitaria qn+i . Si el valor de qn+J es igual al de qi supuesto inicialmente, el cálculo termina; de lo contrario se efectúa otra iteración con un nuevo valor de q ~ .

Método de Vesic

Uno de los métodos más usados para calcular el asentamiento de un pilote individual es el conocido como semiempírico (Vesic, 1977), que utiliza la ecuación:

en la que:

Cimentaciones Profundas --------- ----m

m

donde:

st, asentamiento total en la cabeza de un pilote.

sp, asentamiento en la punta del pilote, causado por la carga transmitida a ésta.

S,, asentamiento provocado por la carga transmitida a lo largo del fuste del pilote.

se, deformación elástica del pilote. Cp, coeficiente empírico de punta dado

en la Tabla 3.13. Qop, carga neta admisible ó de trabajo en

la punta del pilote. B, diámetro del pilote.

. ,.. .

.... . 2

Se recomienda que as sea de 0.5 para.:uc+ distribución uniforme o parabólicá de ;$ fricción lateral a lo largo del pilote y de ,0ii?i

:durante pruebas de carga se derar como representativos del nto a largo plazo del pilote.

de carga (Capítulo 7)son ,.como el único método que ar asentamientos de pilotes

las pilas de concreto ando a éstas como m (2 f t ) de diámetro. de su confiabilidad

ndables elementos de

. .

Diseño Geotécnico

procesos constructivos también lo son. Se han desarrollado métodos empíricos, semiempíricos y teóricos para calcular la capacidad de las pilas, muchos de ellos calibrados con pruebas de carga a escala natural.

Las pruebas de carga en pilas constituyen la manera más conñable de establecer el valor de la capacidad última, aunque por su elevado costo sólo se ejecutan cuando son económicamente justificables, como es el caso de obras grandes o de investigaciones donde sus beneficios pueden extenderse a varios proyectos.

o Capacidad de carga en la base

La capacidad de carga unitaria en la base de pilas en suelos predominantemente friccionantes, es menor que la de pilotes hincados debido a que: 1) el suelo de apoyo se altera por el proceso de excavación, especialmente si éste es mecanizado; 2) no se presenta densificación del suelo bajo la punta de las pilas, como sucede con pilotes hincados; 3) ocurre un alivio temporal de esfuerzos en tanto la excavación (o perforación) permanece abierta y 4) la profundidad de influencia crece debido al mayor diámetro.

Al igual que en el caso de pilotes, los métodos de cálculo se agrupan en criterios apoyados en resultados de pruebas de campo (cono estático o presióme tro), en criterios estáticos fundamentados en relaciones teóricas o en criterios según pruebas de carga a escala natural, siendo estos últimos los m á s . recomendados.

Cuando se cuenta con valores de resistencia de cono, la capacidad de carga admisible de la capa de apoyo se determina con la ecuación (3.3) o con la (3.4) si se aplica el criterio del L.P.C. Para que el asentamiento de la pila no sea mayor de O.LBb, se ha sugerido (Albiero and Cintra, 1998), limitar el valor de Ke a valores comprendidos entre 0.08 y 0.15.

Si se dispone de mediciones presiométricas, es aplicable la ecuación (3.5) propuesta para pilotes hincados, pero con un valor de & de 1.1.

La capacidad de .carga Última también puede calcularse con relaciones teóricas .como las ecuaciones (3.8) ó (3.9) del inciso "a" de 3.3.1. En

Manual Cimentaciones Profundas -.

el caso de la ecuación (3.8), se utilizan con más frecuencia los valores de N; propuestos por Brinch Hansen en 1970 y Meyerhof en 1976; es importante señalar que cuando la pila es oblonga y con una relación de largo a ancho superior a 5, el valor de NL debe reducirse al menos en 30 %.

O Capacidad de carga por fricción

En la determinación de la capacidad de carga por fricción lateral de pilas coladas in situ son aplicables las expresiones señaladas para pilotes hincados, pero con los factores que toman en cuenta su procedimiento constructivo.

Si se tienen valores de la fricción lateral medida con cono estático, fue, se emplea la ecuación (3.10). En caso de contar sólo con valores de resistencia de punta, q,, puede utilizarse el criterio del L.P.C. con las Tablas 3.8 y 3.9 y la Fig. 3.3. Como

. opción, fue, puede estimarse a partir de. q, (Albiero and Cintra, 1998) con la ecuación (3.27), pero limitando su magnitud a 80kPa (8thnz) como-máximo.

Cuando se cuenta con mediciones presiométricas, se aplica la ecuación (3.12), con los valores de fsp obtenidos de la Tabla 3.10 y de la Fig. 3.4 para pilas, de acuerdo a su procedimiento de construcción.

La capacidad de carga por Cicción también puede estimarse con las ecuaciones (3.12) o (3.14) , pero tomando en cuenta el cambio en los parámetros por su procedimiento constructivo. Para la ecuación (3.12) se han recomendado valores de K de 0.7 si LB 8 m (26.4ft); de 0.6 si L. = 8 a 12m (26.4 a 39.6ft) y de 0.5 si L8 > 12m (39.6ft), siendo L. la longitud de la pila en la que actúa la fricción lateral (Albiero and Cintra, 1988); se recomienda que S = 4 - 3 O para tomar en cuenta

. el ángulo de fricción reducido por la perforación. En caso de aplicar la ecuación (3.14), se utilizan los valores de p de la Tabla 3.12 correspondientes 'a pilotes en perforaciones previas.

Es importante señalar que en pilas construidas con ademe perdido normalmente existe una separación entre el suelo y el fuste; por este motivo, no se considera la contribución de

pilotes o pilas en suelos ente fnccionantes

s o.pilas deben revisarse para ndiciones de capacidad de

Diseño Geotécnico

compacidad relativa inicial del suelo, el procedimiento constructivo, la longitud de pilotes y10 pilas, y el espaciamiento entre ellos.

En grupos de pilotes hincados con separación de 2 a 4 diámetros entre centros, las pruebas de carga a escala natural y en modelos han permitido observar que la carga última resulta frecuentemente mayor que la suma de las cargas últimas de los pilotes individuales; esto se atribuye a la compactación inducida que' aumenta la fricción lateral. Debido a que la intluencia de esa compactación no puede evaluarse en forma conflable, se recomienda tomar.a la carga última de un grupo de pilotes en arena no subyacida por u n estrato blalido, como la suma de las capacidades de carga de los pilotes individuales (Meyerhof, 1976). La resistencia por punta no se ve afectada prácticamente por el efecto de grupo, aún para espaciamientos pequeños entre pilotes.

Para grupos con más de 10 pilotes, el manual de cimentaciones canadiense (CGS, 1985) señala que si el espaciamiento es mayor de 7 Bb, éstos actúan como elementos aislados y que, por otra parte, ese espaciamiento no debe ser menor de 2.5 Bb + 0.02 D centro a centro, donde Bb es el diámetro del pilote o pila en la base y D la longitud de empotramiento media.

0 Asentamiento de grupos de pilotes o pilas

El asentamiento de un grupo de pilotes o pilas siempre es mayor que el de elementos aislados debido a la mayor profundidad de influencia del grupo. En la magnitud del asentamiento influye . el procedimiento constructivo, la geometría y dimensiones del grupo y la compacidad relativa de los suelos predominantemente fiiccionantes.

No existe una teoría general para estimar el asentamiento de grupos de pilotes, por lo que es frecuente que éste se evalúe con criterios empíricos, aunque son menos confiables que los que se aplican a pilas o pilotes aislados.

Debe tenerse en cuenta que cuando los pilotes o pilas apoyados de punta están sometidos a fricción negativa proveniente de un estrato superior de suelos consolidables, la fuerza de arrastre por unidad de área del grupo de pilotes se incluye como parte de la presión neta de contacto a l calcular el asentamiento.

Man ual Cimentac - - - --

Entre los métodos más utilizados para calcular el asentamiento de grupos de pilotes en suelos friccionantes se encuentran los sigiientes:

Método basado en CPT

El asentamien'to de un grupo de pilotes en suelos predominantemente friccionantes, saturados, también puede estimarse con los resultados de pruebas de penetración de cono estático, mediante la ecuación (Meyerhof, 1976):

donde:

p, perímetro del pilote B', ancho del grupo. I,, factor de influencia, dado por la

ecuación (3.30) y usualmente comprendido entre 0.5 y 1.0.

qc, resistencia promedio de punta con cono estático, en la zona de influencia del asentamiento

donde:

D', profundidad .efectiva del grupo de pilotes o pilas en la capa de apoyo.

Existen otros métodos para estimar el asentamiento de grupos de pilotes a partir de resultados de pruebas de cono estático, modelando a los pilotes como elementos ñnitos, a la respuesta del suelo con resortes no h e a l e s y a la interacción pilote-suelo con las ecuaciones de Mindlin (Briaud and Miran, 1991).

Método de Vesic

Este método (Vesic, 1977) propone calcular el asentamiento de un grupo de pilotes con la ecuación:

Diseño Geotécnico

de chiflones para instalar el pilote, procedimientos que reducen la compacidad de la arena y disminuyen ese efecto de densificación.

Hincado de grupos

La arena situada al centro de un grupo está influenciada por más de un pilote y, por tanto, llega a densificarse más que la que se encuentra en la orilla; esta situación puede conducir a que los pilotes centrales soporten un mayor porcentaje de la carga total. Además, se recomienda que el hincado del 'grupo se inicie desde la parte central de aquél y hacia fuera, para evitar que el desplazamiento lateral de la arena cause una excesiva densificación que posteriormente dificulte el hincado.

Con frecuencia los pilotes hincados no quedan exactamente en la posición especificada por el proyecto. En general se consideran aceptables desviaciones hasta de 5-lOcm, 2-4in (Bowles, 1996); desviaciones mayores requerirán de revisiones y adecuaciones en el diseño de la subestructura para tomar en cuenta las excentricidades que se generen por esas deficiencias ó el hincado de pilotes adicionales.

Uso de chiflón

El uso de chiflón, es decir, la inyección de agua bajo la punta del pilote, reduce la compacidad de la arena situada bajo dicha punta, permitiendo el avance del pilote con pocos o ningún golpe de martillo. Con frecuencia este método se utiliza para penetrar rápidamente a través de capas arenosas y alcanzar un estrato de apoyo más profundo. Cuando los suelos predominantemente friccionantes contienen gravas que no son extraídas por el agua a presión, la penetración puede lograrse con una combinación de chiflón y golpes de martillo. El procedimiento puede causar algún arrastre de los suelos predominantemente friccionantes que circunden o se encuentren bajo pilotes adyacentes. Para no afectar la capacidad de carga considerada en el pilote,


el chiflón debe suspenderse al menos l m (3.3ft) por arriba del desplante especificado; para completar la penetración se utiliza martillo.

0 Pilas coladas in situ

En el caso de pilas es necesario tomar en cuenta, entre otros, los siguientes factores constructivos: .

Rugosidad producida por la herramienta en las paredes de la perforación. Aiivio de esfuerzos en el suelo, el cual está influido por el tiempo de construcción. Errores geométricos al perforar. Fluido de perforación (en caso de usarse) y tiempo de exposición del suelo. Efectos de construcción de pilas cercanas. Resistencia al agrietamiento del concreto en tensión e influencia de defectos constructivos menores en la resistencia a la tensión del concreto si el elemento es cargado lateralmente.

e) Comentarios sobre algunos aspectos de capacidad ' de carga en suelos predominantemente friccionantes

En la determinación de la capacidad de carga de pilotes o pilas en suelos predominantemente friccionantes es importante considerar los siguientes aspectos. . .

O Profundidad crítica

La teoría convencional de capacidad de carga está limitada a elementos cortos, de longitud igual o menor de 15 a 20 diámetros. De experimentos a escala natural y observaciones de campo, algunos investigadores (Meyerhof 1976), determinaron que las relaciones teóricas son válidas sólo cuando la punta del pilote o pila se encuentra arriba de una cierta profundidad crítica De.

Abajo de esa profundidad crítica, tanto la presión vertical efectiva en la base del cimiento 0, por tanto, su resistencia por punta), como la resistencia por fricción.latera1 promedio en un depósito . homogéneo de arena, alcanzan asintóticamente valores Últimos y permanecen prácticamente constantes debido a efectos de

. .. compresibilidad del su arqueo y. otros facto profundidad mayor que carga es independien sobrecarga efectiva y propiedades mecánicas de la arena.

En la mayor parte de está comprendida entre 4 = 45"). Valores inter hincados en arena apa determinación de D, influencia de la sobrecarga por arriba de la capa,.

en la presión vertica

resultado de ignorar

iniciadas éstas (CG disponibles a la fech algunas dudas sobre de profundidad críti

recomienda preca largos en suelos tes.

O Efecto de escala

capacidad de car arena puede esti

estático en rela

.. -- .

s de mayor diámetro, particularmente an en arena compacta, Meyerhof

factor empírico de reducción de la carga por punta, Rb ; el valor de ese ce a medida que aumentan el pilote y la compacidad de la arena.

diámetro mayor o igual de de reducción se determina

Diseño Geotécnico

pruebas de carga ó bien efectuar un diseño conservador. Se tratan por separado los pilotes hincados, las pilas coladas in situ, los grupos de pilotes o pilas, así como la infiuencia del procedimiento constructivo.

a) Pilotes hincados

En los análisis debe tenerse en cuenta que el hincado de pilotes en suelos predominantemente cohesivos induce alteración en éstos, lo que trae consigo una pérdida temporal de su resistencia y, por tanto, una reducción en la capacidad de carga, como se trata en el inciso "d" de 3.3.2.

Cuando se hinca un pilote en arcilla saturada o limo plástico de consistencia blanda a media, es decir, con resistencia al corte no drenada menor de lOOkPa (10.2t/mz), y su punta no descansa en un estrato duro, la capacidad de carga depende casi totalmente de la fricción lateral o adherencia a lo largo del fuste. Por otro lado, en un pilote hncado en arcilla de consistencia muy firme a dura, la capacidad de carga depende tanto de la resistencia por punta, como de fricción lateral.

O Capacidad de carga por punta

Para estimar la capacidad de carga por punta de .

pilotes hincados, se aplican métodos fundamentados en pruebas de campo con cono o presiómetro, ó en relaciones teóricas.

Con penetración de cono estático (CPT)

La capacidad de carga última por punta de un pilote en suelos predominantemente cohesivos, usando la resistencia por punta del cono estático, está dada por la ecuación (3.3) del inciso "a" de 3.3.1. Esa capacidad también puede estimarse con el criterio del L.P.C. mediante la ecuación (3.4) del mismo inciso, con un valor de Kc de 0.6 para pilotes hincados con desplazamiento completo de suelo y de 0.37 para los instalados en perforaciones previas.

: Con ensayes presiométricos (PMT)

Cuando se cuenta con mediciones presiométricas, la capacidad de carga última se determina con la ecuación (3.3, pero utilizando un valor de K, de 1.8 en pilotes hincados con desplazamiento completo del

u r e u u uc ~ c r r t c r e c u c c u r c w x r v j u r e u l ~ . ,;%y, c;:, . +; A-

, ., <?!', .:

.., :- .:- -.- ., ,.%):q <- .t: suelo cohesivo, y de 1.2 en los instalados en CI Capacidad de carga por fricción ' . .

perforaciones previas. . ;..:r%2 Para el cákulo de la capacidad de carga:$?; fricción de pilotes hincados en sue!oq predominantemente cohesivos, existen ta$b&i

Con relaciones teóricas métodos que se fundamentan en pruebas 47.:: .;<:'.' campo y en relaciones teóricas.

La capacidad de carga última por punta de tc$ . ,., ' un pilote en suelos predominantemente

, .. .. . Con penetración de cono estático (CPT) ;;y

cohesivos, se puede estimar con el criterio de .+,. .

Skempton (195 l), mediante la ecuación: La capacidad de carga última por fricción;$;. partir de resultados de pruebas cono,

(3.33) calcula con la ecuación (3.10). A falta+&?

Q P = CU N ' c A P mediciones de fricción laterai, . p~i&:: emplearse el criterio del L.P.C., usando:E!

donde: Tabla 3.8 para definir el tipo de pilotey"1$;: Tabla 3.14 para definir, en función del,G.t~&

Qp, capacidad de carga última de un de suelo, del pilote y del rango de resistghr!$ pilote. de cono, la curva de la Fig. 3.5 que perm;.&

A*, área de la sección transversal de la obtener el valor,& f,, en función de:;&?! . .?.$ resistencia de punta del cono. punta del pilote. L .;:a-. V. -

cu , valor mínimo de la resistencia al .'. , ..L..? ? .:-!&

corte no drenada de la arcilla en el con mediciones presiométricas (PMT) : : :,;<:

desplante del pilote. La capacidad última por fricción pue~ijd +:z,;.v

N'=, coeficiente de capacidad de carga,. estimarse con la ecuación (3.11), emplea;& igual a 9 en pilotes con diámetro el valor de fW obtenido con las curvasd2i3 menor a 0.5m (1.64fi los de diámetro mal .- - .

:)- y de 7 pa ror de 0.5

- . - - - .

- -

ra Fig. 3.4, a partj irn del tipo de pilot

de la pr y suelo

wesión dado . .

(1.64ft) pero menor de 1.0m (3.3ft). 3.10. .. . ., " . . . .. 2 '.'.

Arcillas y limos plásticos ".;',,' 2 . .L.',> t;.. ,

_ . ' , E , , I I , , , , , , - - - - - - - - - - - - - - - - .. * -. , 1 1 1 I I I I , I l l

<.: 5 - . , . l. -r ' .,;.f-

O 1,000 2,000 3.000 4,000 5,000 6.000 7,000. 8.000 ' .-', fi.4 &'!.,::,

. . ..:.,,.+ ,. . Resistencia de punta del cono, q, @Pa) j l - -, ,'> b ' ... .Q . . .

Fig. 3.5. Relación entre la resistencia de punta del cono y la fncción lateral máxima en arcill&$$ limos plásticos, (Briaud and Miran, 1991) .:,, .?. -

..T..

Diseño Geotécnico

urvas para iara diferen

--

a r ~ ites

cillas tipos

y limos de pilas

Tipo de pilote (Tabla 3.5)

1-17

plásticos en el método d o pilotes, procedimientos

L.P.C. (Briaud and Miran, 1991) instalación y rangos de qc*.

Comentarios del procediníiento de instalación

Valores muy probables cuando se usan herramientas sin dientes o con hojas cortadoras de mayor diámetro y donde pueda formarse una costra de material remoldeado a lo largo de la perforación. Usar estos valores también en perforaciones profundas bajo el nivel freático que requieran limpiarse varias veces. Asimismo, usarlas en los casos donde se permite la relajación de las paredes de la perforación debido a incidentes que retrasan o detienen la colocación del concreto. En todas esas condiciones, la experiencia muestra, sin embargo, que fmox puede estar entre las Curvas 1 y 2; usar un valor intermedio de fmox si éste se garantiza con una prueba de carga. En los pilotes de acero la experiencia muestra que, para suelos plásticos, el valor de fmar es frecuentemente tan reducido como el dado por la Curva 1; por tanto, cuando no se disponen de pruebas de carga previas, usar esa curva. Para pilotes de concreto hincados, usar la Curva 3 en suelos de baja plasticidad con arena o con capas de arena, grava y boleos y cuando qc > 2500kPa (255UmP). Usar estos valores en suelos donde qc 2500kPa (255UmP) y . - la velocidad de penetración es lenta; de otra forma usar la. Curva 1. Para penetraciones lentas, cuando qc > 4500kPa 1458Um2), usar la Curva 3. Usar la Curva 3 apoyándose en pruebas de carga previas.

Usar estos valores cuando se utiliza un método cuidadoso de perforación mediante helicoides equipado con dientes, y se coloca de inmediato el concreto. E n suelos con qc > 4500kPa (458Um3, puede usarse la Curva 3 s i se cuenta con una supervisión constante, con limpieza y rimado de las paredes de la perforación, seguida por la colocación inmediata del concreto. Para perforaciones en seco. Se recomienda vibrar el concreto después de sacar el ademe. E n el caso de pe.rforaci0ne.s bajo el nivel freático, donde se requiere bombeo y se necesita un movimiento frecuente del ademe, usar la Curva 1, a menos que se disponga de resultados de pruebas de carga. En condiciones usuales de ejecución.

E n el caso de que haya inyección en forma selectiva y repetidamente, con baja velocidad de flujo, será posible usar la Curva 5, si esto . e s justificado con pruebas de carga

.a promedio S punt ?bas de cono estático.


Con relaciones teóricas

Hasta hace algunos aiios, la práctica general para evaluar la capacidad de carga por fncción de pilotes en suelos predominantemente cohesivos se funda- mentaba ' en un enfoque de "esfuerzos totales", es decir, con la resistencia al corte no drenada de la arcilla, CU. Para ello, se desarrollaron correlaciones empíricas entre cu y la fiicción lateral de un pilote. Debido a que ese enfoque no ha demostrado en forma deñnitiva su confiabilidad, particularmente cuando cu > 25hPa (2.5t/mz), algunos investigadores propusieron como método alternativo de cálculo un análisis en función de "esfuerzos efectivos", esto es, con el método utilizado Para suelos predominantemente friccionantes.

- Criteiio de esfuerzos totales

Este criterio, conocido también como Método a, propone calcular la capacidad de carga Última por fricción lateral o adherencia de un pilote hincado en arcilla homogénea, con la ecuación:

donde:

Q8, capacidad de carga Última de un pilote por fi-icción lateral.

a, factor de adherencia dado por la Fig. 3.6 según su condición de hincado.

CU., resistencia al corte no drenada, promedio, del suelo a lo largo del fuste

A, área lateral del fuste del pilote.

Los valores de a varían en u n rango amplio y disminuyen rápidamente a l aumentar la resistencia a l corte; en pilotes hincados a varía aproximadamente de 1.0 para arcilla muy blanda, a 0.25 en arcillas duras.

Siempre se recomienda que la capacidad de carga última que resulte de la ecuación anterior se confirme con pruebas de carga.

- Criterio de esfuerzos efectivos

Inmediatamente después del hin un pilote, la fricción lateral o ad está dada prácticamente por la re a l corte no d r e n a d a de la

corte drenada, c y 4: de 1

fuste.

En el caso de fricción lateral última puede

decir, la adherencia sólo d ángulo de fricción efectiva arcilla y el fuste del pilote; 1 de carga última, Qs, se calc con las ecuaciones (3.1 establecidas para suelos temente friccionantes.

El valor medio de fs se c

distintas profundidades a 1 del pilote, usualmente sup Ko y que S= 4', donde Ko e empuje de tierra en repos de fricción entre el suelo

Resultados de" prüebas que para arcillas con cu (10.2t/mz), poco precons entre 0.25 y 0.32 (CGS, 1992).

En arcillas de consiste dura, la capacidad por no puede estimarse e que se conoce poco hincado en la adhere contacto efectiva pilo preliminares puede Fig. 3.6, pero e recomienda dete

Arena o grava

arenosa

Arcilla dura

Arcilla

blanda

Arcilla dura

Arcilla dura

Manual de Cimentaciones Profundas " ,... " ------- - -- A

Algunos autores recomiendan para obtener la capacidad de carga permisible del pilote se recomienda aplicar un factor de seguridad mínimo de 2.5, siempre y cuando se realicen pruebas de carga durante la construcción de la cimentación. De no efectuar estas pruebas, debe emplearse un factor de seguridad mínimo de 3.

o Asentamiento de pilotes aislados

Se considera que, los pilotes trabajan aislados cuando el espaciamiento entre ellos es mayor de siete diámetros y su cabeza no está en contacto con el suelo. Las pocas observaciones de campo disponibles indican que el asentamiento se produce principalmente debido a deformaciones locales por cortante a lo largo del fuste del pilote, en vez de consolidación; por ello, se recomienda fundamentar en pruebas de carga el análisis de asentamientos de pilotes.

b) Pilas coladas in situ

Las pilas coladas in situ (con o sin ampliación en su base), se han usado preferentemente en suelos predominantemente cohesivos duros, es decir, con c,, > lOOhPa (10.2thmz).

o Capacidad de carga en la base

Para el cálculo de la capacidad de carga en la base o punta de una pila en suelos predominantemente cohesivos se aplican los mismos criterios que en pilotes 'hincados, con algunas variantes que toman en cuenta el tipo de pila y su procedimiento constructivo. Se pueden utilizar criterios apoyados en pruebas de campo.0 fundamentados en correlaciones teóricas.,

Cuando se tienen mediciones de cono estático, la capacidad de carga última en la base de una pila se calcula también con la ecuación (3.3) del inciso "a" de 3.3.1, o con e'l criterio del .L.P.C. mediante la ecuación (3.4), pero con un valor de Kc de 0.37.

Si se cuenta con mediciones presiométricas, la capacidad de carga última se determina con la ecuación ( 3 4 , utilizando un valor de Kq de 1.2.

En el caso de aplicar relaciones teóricas, la carga Última de pilas puede estimarse con el Criterio de

Skempton (1951). mediante la ecuación (3.33) @j un valor de N', = 7 para diámetros de la base Bt;;; comprendidos entre 0.5 y 1.0m (1.64 y 3.3ft,,5? N', = 6 para Bb > 1.0m (3.3ft). A 4 ,.. ' " k

P.-.'

., *A ._ I . < ' o Capacidad de carga por fricción

Los Por

cril terios para fricción

m la pila

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re dominante mente cohesivos son tarnhi&.d:;' util Por

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los en pilol )rocedimier

!S h ina ;o const

- -

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- < _ . Si se dispone de mediciones de fricción canyof3 la capacidad de carga úitima por adheren&': calcula con la ecuación (3.10). A f&$ mediciones de fricción lateral, puede emplear~i'j criterio del L.P.C., con la Tabla 3;8~:.:.$; establecer el tipo de pila y de£í.nir con .lá-$ak:/ 3.14 la curva de la Fig. 3.5 que debe usa&$ij obtener el valor de fsc en función de la resis!irjii

.- 4 de punta del cono qc, y del tipo de suelo y-.piIaj;a2 ..... :?,-' ; [;i

Si se tienen mediciones presiomékri&$':i!~ , .. , wj

capacidad ultima por fricción- se estimw&+ . ., ecuación (3.11), utilizando el valor de fybt:& en las curvas de la Fig. 3.4, a partir de Iaaiprcssj límite, p ~ , y del tipo de pilote y suelo dado.p>;$ Tabla 3.10. . ; 6

I T . . ,,-.,& , . ., . . S r S - *

L ,% \ -

E n la determinación de la capacidad de carza aplican también los criterios de esfuerms:t&.!l y de esfuerzos efectivos citados en el inciso ' a.i 3.3.2, con algunas particularidades. . . . . . . - \! .

; .-,a .:.' -.S Criterio de esfuerzos totales L , -S , , . ,- . P.<<

. ,. r . :+: I , r

La capacidad de carga última por-,$+; lateral entre la arcilla y el fuste de una p; colada in situ, Qs, puede obtener& ,a;*

"S' ecuación (3.34). El valor de a está de?;; en forma importante por el proce¿jinim:

' -&? de perforación ó excavación, que $e ocasionar el remoldeo o reblande.ci$$ de la arcilla, así como por la estruciur<

~articul recomi~ o entre

.ar e nd: 0.2

en esa ecuación se emplea el valosmyS de la resistencia al corte no dre&d~

'9 limitándolo a un máximo de" iC;)& (lothmz).

\ ' 1

valores de a se considerarán ndiendo del tipo de perforación (en o con lodos) y de si tienen o no ación en 'la 'base (campana). Se ha endado (Reese and O'Neill, 1989) r un valor de a = 0.55 para k P a ( 1 9 h q y despreciar la lateral en el tramo superior del la pila hasta una profundidad de pilas con campana se desprecia la teral en un tramo igual a una vez

del fuste por arriba de la sten gráficas que relacionan n CU. para pilas perforadas o

- . . . . ... las pilas coladas ecuación (3.12).

que normalmente

Diseño Geotécnico

La capacidad de carga de un grupo de pilotes en arcilla homogénea, no sujeta a fricción negativa, con sus cabezas por arriba del terreno natural, puede definirse como el valor mínimo obtenido con los siguientes dos criterios:

. La suma de las capacidades de todos los pilotes individuales.

; La -capacidad de carga de la base de la envolvente del grupo más la fiicción sobre el área lateral de dicha envolvente.

Usualmente se adopta el primer criterio, aplicando u n . factor de reducción que depende del espaciamiento entre pilotes (Tabla 3:15).

Tabla 3.15, Factores de reducción de capacidad de carga para grupos de pilotes en arcilla

(SMMS, 1983).

Es común en la práctica despreciar los efectos de grupo en la capacidad de carga de grupos de pilotes apoyados en arcillas con valores de cu mayores de lOOkPa ( 1 0 . 2 h q .

O Asentamiento de grupos de pilotes o pilas

El asentamiento de grupos de pilotes hincados en suelos predominantemente cohesivos se trata para dos condiciones: grupos de pilotes de punta y grupos de pilotes de fricción.

Grupos de pilotes o pilas de punta

El asentamiento de grupos de pilotes o pilas de punta, aunque puede ser ligeramente mayor que el de elementos aislados, en general es aceptable p&a las condiciones de servicio, por lo que en muchas ocasiones se omite su análisis. Sin embargo, en


estructuras sensibles a asentamientos o cuando en el subsuelo existen capas compresibles subyacentes, no debe omitirse.

Se acostumbra reemplazar a l grupo de pilotes o pilas por una zapata imaginaria en la base de éstos y usar criterios elásticos para calcular el asentamiento, añadiendo la propia compresión de los elementos.

Grupos de pilotes de fricción

Los asentamientos de pilotes de fricción hincados en suelos predominantemente cohesivos, son principalmente de dos tipos: inmediatos, es decir, se presentan al aplicar la carga. y diferidos o por consolidación, los cuales ocurren bajo cargas permanentes de larga duración.

- Asentamientos inmediatos

Los asentamientos inmediatos son generalmente despreciables comparados con los debidos a consolidación. Para su estimación existen criterios como los señalados en el inciso "c" de 3.3.1 para grupos en suelos predominantemente friccionantes.

transversal de la pirámide profundidad.

1 - 1 \ \ 1 ,'

1 1 ;'I Capa dura

Fig. 3.7, Distribución de esfuerzos bajo un grupo concepto de zapata eq

Los asentamientos los métodos emple superficiales, usa ricas sobre la t r grupo de pilotes los asentamient difei-enciales entre grupos de pilotes, .$;

Para determina consolidación s incremento de e

!nte (CGS, 1985).

Iénto por consolidación primaria . de pilotes . es igual a la de la capa de espesor H bajo la :de cargas indicada y se calcula

por consolidación

presibilidad, igual al lación de vacíos para ítmico de esfuerzo urva e - Eog pó del

Diseño Geotécnico

Las cargas actuantes son las de servicio más la de arrastre causada por la deformación por flujo plástico de corte en combinación. con la diferencia en rigideces entre el suelo y pilotes. En consecuencia, para calcular el asentamiento de un grupo de pilotes (o de un pilote aislado) en un suelo sujeto a asentamiento por consolidación debido únicamente a las cargas de servicio, se sigue el mismo enfoque que el de pilotes en suelos donde ocurre asentamiento por consolidación del suelo alrededor del pilote debido a otras causas.

Se recomienda que el análisis de asentamientos incluya el efecto de la reconsolidación del suelo alrededor de los pilotes después de hincados éstos. En suelos arcillosos esa reconsolidación puede tomar mucho tiempo -más de un año en grandes grupos de pilotes.

En grupos de pilas coladas en arcillas duras (cu >. lOOkPa, lkg/cm2), por su alta capacidad de carga, el asentamiento se analiza generalmente como el de un elemento individual.

d) Influencia del procedimiento constructivo en el diseño

En los siguientes párrafos se tratan algunos aspectos constructivos que influyen en el diseño y comportamiento de una cimentación profunda en suelos predominantemente cohesivos.

O Pilotes hincados

E n paotes hincados es importante de considerar lo siguiente:

Resistencia.al hincado

Para el hincado de pilotes de punta apoyados en suelos arcillosos duros se aplican las consideraciones hechas en el inciso " d de 3.3.1 para suelos predominantemente friccionantes. Sin embargo, cuando los pilotes se hincan en suelos predominantemente cohesivos homogéneos suaves subyacidos por arcillas duras, dentro de perforaciones previas de menor diámetro, la resistencia al hincado puede confundirse

Manual u - de .- Cimentaciones Profundas

con el llamado efecto de "émbolo o pistón". Este efecto se presenta cuando el agua o lodo dentro de la perforación están impedidos de fluir lateralmente o hacia la -superficie y a 'su vez restringen la penetración del pilote durante su hincado.

Para evitar ese efecto, los pilotes se diseñan y fabrican con un tubo o conducto central que comunica la punta de aquellos con una salida lateral. El conducto debe tener el diámetro necesario para que permita la salida completa del fluido atrapado en la perforación. Además, es necesario que unos días después de terminado el hincado de cada pilote, se realice un rehincado para

. asegurar la profundidad de desplante . ' especificada.

Desplazamientos debidos al hincado

El volumen de suelo desplazado por el hincado de ' pilotes en suelos predominantemente cohesivos, generalmente provoca un bufamiento en la superficie del terreno; también puede ocasionar una emersión en los pilotes adyacentes, que les hace perder capacidad.

El volumen expandido en' la superficie del terreno es del orden de un 40 a 60 % del volumen del pilote (CGS, 1985); si ese volumen de bufamiento es inaceptable, se utiliza la perforación previa para disminuirlo. Se ha observado que e n un

' radio igual a 1.2 veces el diámetro del pilote a partir de la periferia de éste, el suelo es arrastrado hacla abajo, mientras que de 1.2 a 9.0 diámetros se mueve hacia arriba (Coduto, 1994). El problema es de mayor importancia cuando se hincan grupos con numerosos pilotes.

Alteración causada por el hincado

El hincado de pilotes en suelos predominantemente cohesivos induce en éstos cierta alteración que depende de: 1) las propiedades de los suelos, en particular de su sensitividad al remoldeo; 2) la geometría de los pilotes (forma, diámetro, longitud), su número y espaciamiento entre ellos y 3) el método de hincado. La alteración provoca una pérdida

--

temporal de resistencia en correspondiente reducción carga. Se ha observado adyacentes a pilotes remoldearse hasta en u una vez el diámetro del pilote.

cercano a la resiste embargo, los an f ~ n d ~ m e n t a n en la considerando implíci entre ésta y la residual.

puede ocasionar el

adyacente al pilote un cierto aumento

alrededor de un p que en uno de

estructura del suelo.

terrenos inclinados.

Diseño Geotécnico

V F . .- i S ir'?, La relación entre el exceso de la presión de

. - :':' !.$pricomo 1.5 y 2.0 junto al pilote, y disminuir L L

::*: .;'-gradualmente a O en un radio de 20 a 30 ,- :", diámetros (Poulos and Davis, 1980).

"$y.' ; ;*, t.:++; . y ._ -y; ..El exceso de la presión de poro reduce en

., . , _, .. .'l. . ..,,.;-:~:~rdel pilote. La presencia de ese exceso de ?--8~.{i.&?presión de poro es"siempre una condición

~ 7 : ' ~ ... ii',~::',7:,~::transitoria; con el tiempo se .restablece la . 2 .

: . -;;.',2: .. condición hidrostática; un pilote aislado se p. ;>y.*&.

.,.-.. i.~-;disipa aproximadamente en un mes, pero en .-, . . * E;::: .'~?~~sgiwpos, -. ' dado que el exbeso de presión se

'j..,:,':":. - :..<.desarrolla en un volumen mucho mayor de $ ~ . ~ , ~ --. ?melo: puede requerirse de más de un año

..e -* , ' ..: :.-* :': ::.:para .,. su completa disipación. ;<,a, .,+a. ,: A. .. -

,i<-.-'*'.El ,v A;. ., hincado de pilotes en la vecindad de : ?'taludes ha sido en ocasiones el detonador de

- , - - < , ,

,í$;;,;~~.deslizamientos, debido 'al aumento de la .. ,:, / > . . , ' " ' presión de poro que genera (CGS, 1985). Las . . .:. ,' ;< ..;,:!'presiones de poro pueden reducirse con (,..,. I.:'; . L,.: . l . ,. . .secuencias de . hincado adecuadas y10

m.. .. " ' i

8: i-,2:i4ealizando perforaciones previas. r-?:;' :- 3, .L.:. , , , --. L r.4:

;'. ..'.J;" . G;f~ = . . ,- E ;., -*< -

$: .&:::Pilas coladas in situ y , L . :!.i.--. '

;,,d. .. !Tm.' . , ir: .~:i'~onstrucción pilas coladas in situ en a r d a s

- 1 1 ~ ' ,<, 5:::ind~ce: remoldeo y reblandecimiento considerable , , ., .1 ':..,&l.~s~elo b... . , perimetral, con espesor del orden de ' . S',:,. Lk~mm, ..., lin (Meyerhof, 1976). La experiencia ha

.'.~'... : .aemostrado que no se produce aumento :' : <; , & .,

';.-..spreCiable de la capacidad de carga por fricción ,,,,,,;:.

í;:a!ecal con el tiempo, debido a que la qj::.::.,. r;-,~6@lidación . de la arcilla blanda adyacente al

J c ' f&+:ec:muy lenta. ,:: :;:, ..

7 %id15 s.ensitividad, para fines a7 .. E! :j3raCtikos sin cambio apreciable durante la . , '. -'hhrucción de la pila. c. < n L -;. 3.:: ... 1 c; ikpniebas de carga a escala natural realizadas

E: $ienumdo dichas perforaciones se .realizaron-en .*,i<% Lo anterior se atribuye a que tanto la

bentonita ligera como el polímero protegen al suelo y producen juntas a través de las cuales puede penetrar el exceso de agua de la mezcla de concreto, para ayudar a mantener los esfuerzos laterales efectivos y reducir por su acción lubricante la alteración que provoca la herramienta de perforación en las paredes de ésta (O'Neill, 1999).

f) Algunos aspectos de capacidad de carga de pilotes en suelos predominantemente cohesivos

En la capacidad de carga de pilotes o pilas en suelos predomiriantemente cohesivos es importante considerar los siguientes aspectos:

0 Efecto combinado de punta y fricción

Si el diseño considera que la carga se va a transmitir por el efecto combinado de punta y fricción, se debe tomar en cuenta que la proporción de la carga soportada varía según el tipo y geometría del pilote, las propiedades del suelo el procedimiento de hincado y la magnitud de la carga aplicada. La capacidad de carga en pilas coladas in situ puede considerarse c'ompuesta por la fricción lateral y la resistencia por punta. Como se ha señalado, la 'contribución, relativa de estas dos componentes es función de la rigidez de la pila y de la compresibilidad de la arcilla alrededor del fuste y por debajo de su base.

Si el suelo bajo la base tiene una compresibilidad igual o mayor que la del suelo alrededor del fuste, la carga última del pilote está dada por la ecuación (3.2). Sin embargo, cuando el suelo bajo la base es menos compresible que el situado alrededor del fuste, los movimientos relativos entre el fuste y el suelo serán generalmente demasiado pequeños como para movilizar la fricción total y se recomienda utilizar como carga última en el pilote el valor de Qp.

La decisión de tomar en cuenta la contribución de la fricción lateral y de. la resistencia en la base, deberá hacerse con precaución una vez que se hayan llevado a cabo pruebas de carga. Estas pruebas deben indicar si la resistencia disponible es compatible con las deformaciones, tanto alrededor del. fuste como en la base, y defuiir cualquier posibilidad de reducción de la resistencia por fricción lateral con el tiempo. La

Manuaf de Cimentaciones Profundas

selección de la carga permisible se fundamenta en el asentamiento permisible' de la pila determinado a partir de dichas pruebas.

o Efecto de escala

Como se trató para suelos predominantemente friccionantes en el inciso "e" de 3.3.1, en el caso de pilotes o pilas de diámetro mayor o igual de 0.5 m apoyados en arcilla dura, se recomienda corregir la capacidad de carga última por punta mediante un factor empírico de reducción (Meyerhof, 1983).

Para pilotes hincados en arcilla fisurada dura, el factor empírico de reducción Re puede determinarse con la ecuación (3.32) usando un valor de n = 1. En el. caso de pilotes o pilas instalados en perforaciones previas el factor de reducción está dado por la ecuación:

donde:

Rb, factor empírico de reducción, adimensional.

Bb, diámetro de la base o punta del pilote, m.

La fricción lateral unitaria de pilotes o pilas en arcilla fisurada de una cierta cohesión, es prácticamente independiente de su diámetro.

3.3.3 Cimentaciones profundas en suelos con condiciones especiales

Se trata a continuación lo relativo a cimentaciones profundas en suelos con condiciones especiales, como son las alojadas en materiales con cohesión y fricción y en depósitos estratificados, así como sometidas a la acción de fuerzas ambientales, en particular suelos expansivos y fricción negativa.

a) Cimientos profundos en suelos con cohesión y fricción

Cuando los cimientos profundos se instalan en arcillas arenosas que tienen un carácter predominantemente cohesivo, la capacidad de carga por punta y por fricción se determina

Qp = [ l e ' c u ~ c + ~ ' o (N, - l)] A,

donde:

pilote o pila.

3.16).

indiquen valores mayores.

3.3.2.

rtante distinguir a los suelos cohesivo- s, uniformes, de los suelos S, ya que en una investigación del bremente realizada no llega a

Cimientos profwdos en depósitos

pósitos estratificados, se diseña con los

ncisos 3.3.1 y 3.3.2, o atención tanto a la ia de las distintas

pilote o pila y que asentamiento del

rato resistente, la de fundamental- ada en el estrato

Geotécnico ..

tal que se garantice la seguridad contra falla por punzonamiento en el estrato subyacente débil.

El factor de seguridad contra falla por punzonamiento puede evaluarse (CGS, 1985), suponiendo que la carga total, Q,' sobre el grupo de pilotes, se transmite al suelo a través de una zapata hipotética localizada en la base del grupo, distribuida piramidalmente con sus lados con inclinación 1:2 (horizontal a vertical). El esfuerzo resultante, w', en la frontera superior del estrato débil se calcula como muestra la Fig. 3.8.

e Grupo de pilotes de / ancho B y largo L

Arcilla con resistencia al corte no drenada, c. donde:

w' = Q ( B + H')(L + H ' )

El grupo de pilotes no fallará por punmnamiento si

Fig. 3.8, Seguridad de grupos de pilotes contra faila por punzonamiento (CGS, 1985).

Cuando la capa débil es un suelo cohesivo, con resistencia al corte no drenada igual a cu , el margen de seguridad contra falla por punzonamiento será suficiente si:

Manual de Cimentaciones Profundas -- ---

Para evaluar los asentamientos de grupos de pilotes en suelos estratificados se aplican los métodos presentados en el inciso "c" de 3.3.1, siempre que la capa de apoyo se extienda hasta una profundidad cuando menos igual a tres veces el ancho del grupo de pilotes. Se considera que el asentamiento bajo la punta de los pilotes se debe únicamente a las capas compresibles, suponiendo que la carga total, Q, sobre el grupo se transmite y distribuye en el suelo como indica la Fig. 3.8; los esfuerzos se calculan actuando sobre las capas compresibles por debajo de la punta de los pilotes y los asentamientos correspondientes se determinan con la ecuación (3.35) del inciso "c" de 3.3.2. En general este tipo de análisis sobrestima los asentamientos.

C) Cimientos profundos ante fuerzas ambientales

El análisis y diseño de cimentaciones profundas debe incluir también los problemas inducidos por fuerzas generadas ante condiciones ambientales diferentes de las fuerzas verticales u horizontales debidas a cargas muertas y vivas nominales de la estructura. En general un pilote o pila se diseña con una resistencia satisfactoria por punta, fricción lateral o ambas, pero en muchas ocasiones se omiten las fuerzas ambientales a las cuales la cimentación profunda puede quedar sujeta durante su vida útil.

Entre las fuerzas ambientales que pueden tener influencia en el comportamiento de una cimentación profunda se encuentran las provocadas por los siguientes fenómenos:

O Movimientos de hielo, nieve y congelación del agua.

o Empuje lateral del agua -en movimiento rápido o en avenidas de ríos con arrastre de materiales (sobre todo en estribos y apoyos de puentes).

O Hundimiento de la superficie del terreno en suelos colapsables, al aumentar la humedad o al saturarse.

o Acción de suelos arcillosos expansivos, al modificarse su contenido de agua.

O Oleaje sobre estructuras en costas o fuera de ellas.

. - -- - . .

O Vientos huracanado~ que p laterales en la superestructura.

0 Fricción negativa motivada regional, al abatirse los nive o por sobrecargas adyacente

por licuación de suelos p friccionantes finos.

cimentaciones profundas se

el factor nominal de seguri

no pueden evaluarse con matemáticos; se tiene q empíricas basadas en tomando, además, en

profundas es muy importante.

d) Cimientos profund

expansivas pueden est tensión debido a los ca capas superiores de

zona activa. En el profundos debe consi fuerza de tensión, estructural, como e cimentación. asegura tramo localizado bajo para soportar, por tensión generada.

La magnitud de expansión de la ar por el pilote o pila,

L=LU

e. = P C c Y ~ L-O

donde:

ocasiones puede convenir el empleo de pilotes ilas con ampliación en la base bajo la zona va; en estos elementos, el fuste debe diseñarse

.: soportar las tensiones ejercidas por las as de extracción y llevar el acero de refuerzo

arse aislando a los pilotes o pilas de la zona

imientos profundos sujetos a ficción

arcilla que se encuentre sometido de consolidación, induce en los

dos fuerzas de arrastre que a r la 'cai-ga sobre ellos. A este oce como fricción negativa y se S suelos están sujetos a alguna

S condiciones: 1) tienen métricos por extracción de sobrecargas en la superficie ientes o a otras estructuras y lidación de la capa de arcilla

de los pilotes o pilas.

requiere entre el suelo y el a generar fricción negativa enor de lmm (0.04in) 1969 y Fellenius, 1972). ocurre como resultado de 'entre cimiento y suelo y '

nde cuando ésta tiene ; la fuerza de arrastre te caso es el peso del o entre los pilotes de

rior al remoldeo por un volumen anular y el peso transferido

a debe tomarse en

se desarrolla por acto entre el suelo o en la envolvente

Diseña Geotécnico

de un grupo de ellos, no puede ser mayor la resistencia al corte del suelo. Este esfuerzo máximo solamente puede desarrollarse si el suelo alcanza la deformación angular límite.

O La fricción negativa desarrollada en un pilote o pila o subgrupo de ellos en el interior de un grupo, no puede ser mayor que el peso del suelo correspondiente al área tributaria del o de los elementos considerados.

O Los esfuerzos de descarga inducidos en el suelo por la fricción negativa, no pueden ser mayores que los que resulten suficientes para detener el proceso de consolidación que la origina.

En suelos predominantemente cohesivos, un método que con mucha frecuencia se utiliza para calcular la fricción negativa unitaria, fn, consiste en suponer que ésta es proporcional a la resistencia al corte no drenada de los suelos, es decir:

donde:

fn, fricción negativa unitaria a, factor de adherencia dado en la Fig. 3.6

y que usualmente varía entre 0.5 y 1.0 CM, resistencia al corte no drenada del suelo

cohesivo a lo largo del fuste del pilote o pila.

Algunas observaciones en pilotes instrumentados han mostrado que la magnitud de fn es función del esherzo efectivo actuante en el pilote y se calcula de la misma forma que la resistencia por fricción positiva, es decir:

donde:

p',, presión vertical efectiva, media, a lo largo del fuste del pilote o pila, incluyendo el esfuerzo debido a la parte consolidada de rellenos recientes.

K , relación entre los esfuerzos horizontal y vertical del suelo, efectivos, en el fuste del pilote o pila, igual o mayor que Ko.

4, ángulo de fricción efectivo de la a r d a .

En la mayoría de las arcillas y limos plásticos, puede suponerse que el valor de j? está comprendido entre 0.2 y 0.3.

Manual de Cimentaciones Profundas - . -. . - -. - . -. -. .-e -. - - . - -. . . .. -- - . . - - -- - . -- . - - -

Para el caso de suelos predominantemente friccionantes, la Ficción negativa unitaria está dada por:

donde:

4, ángulo de frjcción interna del material para la condición de esfuerzos totales.

La fuerza total de fiicción negativa, Fn, en un pilote o pila es:

donde:

As, área del pilote o pila .en contacto con' la capa de arcilla en proceso de .consolidación.

E n un grupo, la fuerza Fn está limitada por el peso de la arcilla comprendido en aquél, de manera que:

donde:

:S, espaciamiento de los pilotes o pilas en el grupo.

H, espesor del estrato de arcilla considerado. y,, peso volumétrico de la arcilla.

Se ha sugerido que la fricción negativa en el fuste de un cimiento profundo es menor que la Ficción positiva desarrollada en la misma capa de suelo por una carga de compresión, aunque se cree que es mayor que la desarrollada ante una carga de extracción (CGS, 1985). La fricción negativa en pilotes se ha intentado disminuir con la aplicación de bitumen o alguna otra capa viscosa en el fuste de éstos antes de instalarlos; en pilas coladas en el lugar se han usado camisas flotantes.

La fricción negativa y la resistencia por fricción . positiva no pueden ocurrir simultáneamente en el

mismo tramo de pilote o pila. Si se aplica una carga temporal (por ejemplo carga viva) en la

- - 2 6 ) f T

cabeza de un pilote sujeto a fiicción nega t6 ,~ .ji'

deformación elástica - inducida en ,la-' p;::: superior de- éste es suficiente resistencia por fricción positiva y reducqla de arrastre. Cuando se retira la carga.emk; se restablece la fricción negativa en el.pilfitsi~ decir, el rebote elástico del pilote: corresp longitu

ndie a f ~

novim invic

ient ?rte

fuerzas cortantes a lo largo de él. ~or.,l&&fi$; deben considerarse separad&merib$?:'i4i

.. , i.;'.;. combinaciones de carga: carga permanent{m fricción negativa (sin carga viva): Y:,$; permanente más carga viva

- , negativa). . . .

, . a ,

' ;. < I . . ir;'.

,... .-.q --tq; ,t.) En el diseño se debe considerar .q~e,:,!c;><~:p:

. - - 2

penetran en el estrato compresible 'gei& velocidad que el nivel neutro que ~ei;~qa+

1 zonas y en el cual no existe desplazamie'&?iil:i . ::x,i,.,'.y pilote-suelo. El plano neutro correspyp:,$i$ donde la fricción negativa cambia a f i i c ~ ~ , $ $ Su posición se determina por ap~))i '?z sucesivas hasta c u m ~ l i r con la i~ualdaii;' f.:. '

~ .. . , donde: . . l r ., . h. . .., - .'- . y- &y :'?

Qp , capacidad de carga por punta,,isi<'[4 resistencia, FR , ... í ... ‘.. ,

,,<'. ...>v..>

Fp fuerza total ---debida a fnccih'~~:;:G . ..~ afectada por FR = 1 .4 - :c;';

Fn, fuerza total debida a fricc$m;.ñ4 +,:: .:j

afectada por FR = 1 . y r , , y : : 4 C&, combinación de cargas perman~.&'

factor de carga Fe. , ., .& ,;;yq .., L

' . ... - . + r ' :yi La ubicación del plano neutro gotiier-nc~,w carga máxima en el pilote como su .?,:+% Para evitar la emersión de la cimentatmq

,.;i . ,,- '.. verificarse en el diseño que el mve, .ie'ue ? l.? 7, , 5: encuentre suficientemente alto, : 2 i g pi

asentamientos resulten exce~iv~i?~'~~1:~$i fricción positiva

nege Y la

como itencia . . . ,

determinan suponiendo. valores que s u t i h i resistencia del suelo, la carga máxima cdl&4 el pilote es también subestimada y el pl&$ queda localizado a mayor profundidád:c< subsuelo. ~ . . ' . . j - < .. .. ; e > - - -.

, ,.:+ EL asentamiento de la cabeza de uh pilote3$?; será igual al asentamiento del suelo baj-¡'.f!;p&

~?ii&itro . . más la compresión elástica del pilote y a la fuerza de análisis que el

3cipduhiento de la punta del pilote o pila sea L.! . ;. .iiual;:o mayor al requerido para movilizar su

mayoría de los para ello en

A,-,. -. i.: inlo'ies hincados es de 1 a-2 % el-diámetro del

. - . -r>, . . . +- +,i rcalculo de asentamientos se realiza con los :' I.A .m$tados . , convencionales. La carga muerta !- aplicada en la cabeza del pilote se supone que

. Es condición para este

ia última de punta; en la 1 movimiento requeridc

la punta, ' y en pilas d

.. -. .

localizada a la y la carga

$ $ftribuida desde este plano. El asentamiento de :%:a cábeza del pilote es la suma del asentamiento

mpresión de los

$2. il~&acidad estructural de un pilote cuando está <''s+& a carga permanente más fricción negativa,

ernada por su La resistencia se determina

;a a la carga .e *a,\' ."':<' :. -

wmanente,' más la carga viva, pero sin fricción

. , le1 -caso de pilotes inclinados sometidos a 3" *..

.*.5ik6n negativa, éstos quedan forzados a p,,:< -;.,. :,.:m-io$arse por el asentamiento del suelo. Por c.?,,.: ' :: $'+pi:,razón, se recomienda evitar s u uso ó, al -'A . l . . - - r . . ~$&enos:limitar la inclinación a valores que pueden $ h 2 ., ,.. 3:

,. g q . ei asentamiento sin que se induzca $,&Gilti flenión en ellos. Los pilotes que queden $$x':<&dos, combados o dañados durante la h.: ., . . . .~SiinSt;ilación, tendrán reducida capacidad de

;-

:?jqpo!tar la carga de servicio en condición de &Gip8.de arrastre. ;r.y,'* -.'.::.. *L":.;!:* ,,> ;< .-,. ., .,y- r-j:i,4, Cimentaciones profundas en roca A L 1 . a -. . @S;.::,.., k:.52.25is:'i ... c. I - .cimentaciones --profundas apoyadas o ~@ri~otradas en roca son capaces de soportar

c.';: -J+;grá?idec .cargas; las más usuales consisten en

$ T . , : . : . . : : . . ,, ~.ilas_~oladas in situ, aunque también se iGem$ean- pilotes hincados de acero o de concreto F...&

?con:púnta de acero. ,q< , ,

~$~3i5$nayoría . .- de las cimentaciones profundas . - ,($n,;c formaciones rocosas se necesita una e.ploración detallada del subsuelo que debe L;,:,, .

Lnciulr ,por lo menos: 1) sus características

Diseño Geotécnico

estructurales, como estratificación, foliación, rumbo y echado de los estratos, particularmente cuando existan problemas de estabilidad, y 2) la presencia de discontinuidades, tales como juntas, fallas o canales de disolución en rocas sedimentarias y oquedades en rocas ígneas extrusivas.

Para el dise'ño es importante tomar en cuenta los siguientes aspectos:

- Las rocas sedimentarias laminadas, como caliza y arenisca, a menudo se encuentran en capas delgadas separadas por arcillas o lutitas blandas. La capacidad de carga de estos materiales depende en gran medida de las propiedades de la arcilla o de las lutitas blandas, por lo que se hace necesario el muestre0 inalterado de ellas para determinar su resistencia.

- Ciertas lutitas, limolitas y argilitas se reblandecen o expanden al ser expuestas al aire. Los materiales que contienen sulfatos en forma de piritas o anhidritas pueden hidratarse con gran expansión volumétrica. E n esos casos se recomienda ensayar núcleos de estas rocas en pruebas de desmoronamiento (slaking) por inmersión en agua y determinar sus características de expansión si la tendencia al desmoronamiento es pronunciada.

- Las rocas calcáreas con cavernas de . disolución constituyen un problema difícil de ,

cimentación, por lo que a l construir sobre terreno calizo se debe revisar la información geológica y aerofotogramétrica para encontrar evidencias de dolinas o de formación de cavernas.

a) Pilotes hincados

Cuando en roca se hincan pilotes' de acero de sección H, pilotes de tubo metálico o pilotes de concreto precolado con punta de acero, quedan incertidumbres en cuanto a la profundidad de penetración alcanzada y a la calidad de la roca en el desplante.

Por esta razón, la capacidad de carga de este tipo de elementos no puede calcularse con certeza mediante los métodos empíricos y semiempíricos convencionales, y deberá estimarse a partir de observaciones de hincado, experiencia local y pruebas de carga.


Las características de dureza y echado de la roca condicionan la selección del tipo de pilote y el diseño de su punta; por ejemplo, la punta de los pilotes H se refuerza generalmente agregando placas soldadas o remachadas para reducir la presión entre el acero y la roca a valores comprendidos entre 21 y 42MPa (210 y 420kg/cm4). En la Tabla 3.17 se presentan algunas propiedades de las rocas en las que con mayor frecuencia se apoyan cimentaciones.


Cuando se emplean pilas coladas in situ puede conocerse, por inspección visual, el área de contacto con la roca y evaluar la capacidad de carga por medio de los métodos de diseño que se presentan más adelante.

Se recomienda que las pilas queden empotradas en la roca una longitud de 1 a 3 veces su diámetro. Dependiendo de las condiciones de empotramiento, la capacidad de carga se determina con uno de los siguientes criterios:

- La capacidad de carga se deriva únicamente de la resistencia por punta. Esta hipótesis puede . ser , conservadora, independientemente del proceso de construcción; sin embargo, si el fondo de la excavación no se limpia adecuadamente, la capacidad de carga se desarrollará después de que ocurran asentamientos provocados por la expulsión o compresión de azolves dejados en el fondo de la perforación.

- La capacidad de carga se deriva de la fricción lateral o adherencia entre el concreto y la roca a lo largo del área lateral de contacto. Esta hipótesis no es necesariamente conservadora, ya que la resistencia por adherencia depende en gran medida de la calidad de la superficie de la roca en las paredes del tramo empotrado.

- La capacidad de carga se deriva tanto de la resistencia por punta como de la fricción lateral. Esta hipótesis conduce a valores altos de la capacidad de soporte; no se debe emplear a menos que se verifique su aplicabilidad con pruebas de carga a escala natural o en experiencia local bien fundada y documentada.

(3 Capacidad de' carga por punta

Existen diversos métodos para capacidad de carga por punta; entr más frecuente se encuentra el fund la resistencia a la compresión simple de núcleks,; de roca y el que '-se apoya e presiométricas.

Con el índice de calida @&DI

Un criterio simplista, pero de para estimaciones prelimi presión de contacto admisib el que utiliza el concepto Calidad ó RQD por sus si

' (Rock Quality Designation). Tabla 3.18, se determina contacto admisible tenta fisuradas, qa, para el RQD muestreo. Los . valores establecidos con base en asentamieni'os permisibles. Si estos valor resistencia a la co muestras intactas de roca el caso de algunas lutitas utilizar en el prediseño es

Con mediciones presio

Como opción, las propied rocosa pueden determina presiométricas. Se consi límite presiométrica, p resistencia de la roca y carga Úitima de. una-pil está dada por la ecuación:

e, =kb, - p d + P J A , donde:

PL, presión límite p zona comprendi arriba y abajo de

pho, presión horizon roca, en el des obtenida .- ' ' "

presiométricas.

Diseño Geotécnico

(abunda el cuarzo). -Diorita @oco.cuano)

-Predomina hierro y

feldespato, color claro: w n la extmsión.

produce residuos micáceos arcillosos.

la intemperización es rasposo con partículas resistentes de

Gran variacibn en las propiedades mecánicas de materiales formados por wmpactación únicamente o por cementación.

Lutita (tamaños de desmoronarse y expandirse al aire. Los tipos de cementación

Su resistenchy permeabilidad dependen del tipo y gra-do de

-Brecha (grano grueso) -Arenisca de grano medio . . .. - ..

. . - . . . . -


Tabla 3.18, Presión de contacto admisible, qa, en rocas fisuradas (Peck et al., 1974).

1 ; 1 g; 1, 1 25 2.8 0.9

* RQD, índice de calidad de la roca, en %

RQD*

po, presión vertical total a la profundidad de desplante del cimiento.

Kb, factor presiométrico, adimensional, que depende de la relación D a (penetracióddiámetro) de la perforación en roca, según la Tabla 3.19.

40 MPa . kgicm2 '

Tabla 3.19, Valores del factor presiométrico, Kb , para rocas.

Para determinar la capacidad de carga admisible generalmente se recomienda un factor de seguridad global mínimo de 3.

Con resistencia de núcleos de roca

La capacidad de carga última en la base de una pila puede calcularse como función de la resistencia a l corte de la roca con la ecuación:

en la que:

d=1.0+0.4Db I B 1 3

9. , 2 . L -

1% ,- 4 - -- - - - -- h' .. . . 5 '.- . estratificadas blandas, como es el caso de , algunas lutitas y calizas.

v - t . . .. , .-- ? ',

, <

; - ' 3 Capacidad de carga por fricción . - .a L .- . i'LTCuando la carga se transmite por fricción ; . 'lateral en el tramo de ~ i l a e m ~ o t r a d a en la roca.

capacidad de carga última puede estimarse

(3.50)

ntacto expuesta por la límites usualmente varían

ca se recomienda utilizar un global no menor de 2.5.

. '!. $&:, - ,; ;. $&:.':donde: ,'t. - > . -. . .. ,. L . p*: < :: ..' .. . .: y.-.;.. Q capacidad de carga última por f. .; P..,?,'

fricción lateral. .+:: - .;.; :,P~,: ..'T. Ts, resistencia última unitaria, @ :. ,;,:: promedio, por fricción entre pila y $Y?': ,: !< i?, : .. ..:: : roca @< "".

,, , , Q.1: .: .- .+: . , :Elcvalor de T, depende de la resistencia del *t. , . '

L.,;., ;,concreto y10 roca, así como de la calidad de la

.,TI .': F..:'--:.entre 0.7 y 2.1MPa (7 a 21kg/cm2). Para -?;;~:ileterrninar la capacidad permisible por fricción

@:<;:::. &!$;j~n:la resistencia última por fricción entre pila y -:::, ;i-raca influye en forma importante la rugosidad i : ~ . - .WIa perforación. Se consideran dos condiciones ;t't;:. ., . .,'>de rugosidad (CGS,. 1-985), una para pilas : : ;: 1 .. ,. . d . .. . .:convencionales y otra para pilas ranuradas o

!;a; ;. .estriadas.

, ; -..c , : .. . .,<.. !:.j::-: ' . * Pilas convencionales

Las. pilas que se excavan y construyen con métodos convencionales. normalmente tienen un contacto concreto-roca

Q : relativamente liso. La relación entre la &;" fricción pila-roca y la resistencia a la

, compresión del material de menor

' i e . , y . .-. , resistencia (roca o concreto), está dada ; aproximadamente por la ecuación (Horvath ,..

LJ.:'..',, . et al., 1983):

L... p,- -; <y'%,.:. ,i

$'a-. 'r.. ,Y?. ,.:..<.

Diseño Geotécnico

donde:

p,, presión atmosférica. b, factor empírico, igual a 0.63.

Sin .embargo, si la resistencia a la compresión del concreto, f e , de las pilas es menor que qu, la resistencia admisible no

' será mayor de:

Pilas ranuradas o estriadas

En las paredes de la perforación en rocas pueden hacerse ranuras, hendiduras o estrías, para aumentar la rugosidad roca- concreto y, por tanto, incrementar la resistencia en el fuste de la pila. Para determinar el valor de .rs se emplea la ecuación (3.51) con un valor de b = 1.9 para ranuras de ancho y profundidad mayores de lOmm (0.4in) y espaciamiento de ellas comprendido entre 50 y 200mm, 2 y 8in, (CGS, 1992).

Para aplicar este criterio de diseño es necesario que la roca expuesta en la perforación se encuentre razonablemente sana, sin fracturamiento producido por el proceso de excavación y libre de lodos y detritus de perforación. La experiencia muestra que, aunque factible, esto no es fácil de lograr. Antes del vaciado del concreto se requiere de una cuidadosa inspección visual de la perforación.

O Asentamientos

El análisis de asentamientos de pilotes y pilas apoyados o empotrados en roca es un problema difícil y con frecuencia impreciso, debido a la naturaleza discontinua de las masas rocosas.

En roca sana los asentamientos elásticos generalmente son muy pequeños y pueden despreciarse. Los asentamientos importantes están comúnmente asociados con la presencia de juntas abiertas en la masa rocosa y, en rocas sedimentarias, con intercalaciones de material compresible. Cuando se prevea esta última

Manual Cimentaciones m---- --

situación, se necesitarán investigaciones y análisis especiales ylo pruebas de carga, los cuales deben realizarse por personal capacitado en este tipo de trabajo.

En cimientos de grandes dimensiones o que transmitan cargas importantes, se requiere la estimación de asentamientos, para lo cual .conviene tomar en cuenta lo siguiente:

.Estimación con módulos elásticos de núcleos de roca.

La magnitud de los asentamientos determinada con los módulos elásticos de núcleos de roca es poco confiable, ya que por las dimensiones de éstos se desprecia. el efecto de las juntas y discontinuidades de la formación; las hipótesis que se establecen sobre la influencia de las juntas son arbitrarias y, por tanto, los resultados del cálculo deben considerarse con cuidado.

.Estimación con mediciones presio- métricas.

Este procedimiento requiere de un gran número de pruebas para determinar la variación del módulo presiométrico de la roca, incluyendo en alguna medida la influencia de , juntas y otras discontinuidades. Las pruebas presiométricas pueden ser el mejor procedimiento para' obtener resultados confiables en rocas muy fracturadas; sin embargo, no toman en cuenta el efecto de juntas horizontales de reducido espesor o de vetas compresibles.

m Estimación con soluciones elásticas.

El manual de cimentaciones canadiense (CGS, 1985). utiliza el método propuesto por Pells y Turner para estimar el asentamiento de pilas trabajando por fricción o por fricción y punta:

E n pilas de fricción se determina por tanteos el diámetro y longitud de la perforación requeridos en el empotramiento para que el esfuerzo cortante medio inducido sea menor o igual que la resistencia Úitima por fricción

.. . . entre pila y roca. Con las dimensione la pila consideradas y los módulo elasticidad de la roca y concret calcula el asentamient

donde:

sp, asentamiento en la bas pila.

Q, carga aplicada en la cabe .. . - .. .

asentamiento. B, diámetro de la perforaci

empotramiento en roca. E,, módulo de elasticidad de la roe*‘<:

El método propone una gráfi obtener Is a partir de distintos valores.:d~: .: L&. y de EdE, (donde L., e s la longituc. ;. nominal de empotram es el radio de la perforació empotramiento y Ee es el m elasticidad del concreto), y o determinar un . kctor de redu empotramiento (Pells CGS, 1985). Si los asen calculados exceden a los perm procede a ajustar el diámetro y

E n el caso.de pilas de procede también por tanteos; elige el diámetro de la perfor empotramiento y, despre resistencia de punta, se d longitud de empotramiento (Lsr)mar, para que la carga d

soportada por la base calcula eligiendo u n v empotramiento, L., menor para obtener, por medio de u relación Qd& La resistenci del tramo de pila e? roca se ecuación Q, = (1 - dividirla entre el

Diseño Geotécnico

como su capacidad estructural para resistir los esfuerzos inducidos.

Las fuerzas de tensión pueden ser permanentes, temporales o accidentales. Son provocadas por la excentricidad en la aplicación de carga en un grupo de pilotes ó, en el caso de estructuras hidráulicas, por subpresiones hidrostáticas en exceso al peso propio de las estructuras. En chimeneas, ef ic ios altos, tanques elevados y puentes basculantes levantados, pueden generarse tensiones por efecto de sismo o viento. Asimismo, como se trata en el inciso "d" de 3.3.3, la expansión de arcillas puede también generar esfuerzos de tensión en pilotes o pilas.

El movimiento ascendente estático puede tolerarse en aquellos casos donde se pueda confiar en la tensión sin que se presenten movimientos excesivos. La fuerza de tensión sobre una estructura se transmite al pilote por fricción entre la superficie lateral del pilote y el concreto; cuando esta fuerza es mayor que la resistencia que puede desarrollarse por fricción, se requerirá de anclajes mecánicos.

La capacidad a la tensión de cimientos profundos puede estimarse de manera similar a la capacidad a compresión, pero ignorando la contribución de la base (salvo en pilas con campana).

La fuerza de extracción es resistida por la fricción lateral a lo largo de su fuste o vástago y por el '

peso del pilote o pila; la ecuación general para estimar esta capacidad es:

donde:

Qt, capacidad de carga .última a la tensión ó extracción

Q.t, capakidad última a la tensión, por fricción lateral.

Wp, peso del pilote o pila.

3.4.1 Cimientos profundos a tensión en suelos predominantemente friccionantes

Por la infiuencia que tiene el procedimiento de instalación en la resistencia a la tensión en suelos


predominantemente friccionantes, se tratan por separado los pilotes hincados y las pilas coladas in situ.

a> Pilotes hincados

El fuste de los pilotes generalmente tiene sección transversal constante y s u fricción lateral se supone que es igual a la componente de capacidad de carga del pilote a compresión, calculada como se indica en el inciso "a" de 3.3.1. Sin embargo, se conoce que la resistencia real a la extracción es considerablemente menor que la resistencia a la compresión.

Cuando los pilotes se construyen fundamentalmente para resistir fuerzas de tensión, es común aumentar la resistencia a la extracción ensanchando el diámetro de aquellos en una o más de las secciones transversales; como ejemplo se citan los pilotes de base ensanchada y los de tipo tornillo. Para esos pilotes, la resistencia última a la tensión está dada por la fricción lateral a lo largo del fuste, así como por la resistencia movilizada por arriba de las secciones de mayor diámetro; esta última componente se considera como resistencia por punta.

La capacidad de carga Última por tensión de pilotes aislados, Qt, se acostumbra estimar con la ecuación:

donde:

p, perímetro del pilote K, relación entre los esfuerzos horizontal y

vertical del suelo, efectivos, en el fuste del pilote.

S, ángulo de fricción pilote-suelo. Le, longitud efectiva del pilote. p',,, presión vertical efectiva promedio a lo largo

del fuste del pilote. AL, diferencial de longitud del pilote. WP, peso del pilote o pila

Puede notarse que la ecuación es similar a la utilizada para calcular la capacidad de carga por compresión, pero aplicando un factor de re'ducción de 213.

-- -.---.-.u ---.u---. -- -----.-v..-

En la Tabla 3.11 del inciso "a" de 3.3.1, ap valores de & para pilotes hincados en are caso de pilotes instalados con chiflón, el Ks se reduce hasta 0:3.--0.6.

Es importante destacar quq,el valor de 1 pó, aumenta con la profundidad profundidad crítica, más ailá de permanece constante. Además, el peso debe considerarse como sumergido en donde se encuentre bajo el nivel freático.

Usualmente se. recomienda usar un seguridad global no menor de 3. Sin algunos autores señalan que la resiste extracción es aproximadamente la mit de compresión, por lo que recomien factores de seguridad globales del orde de los que se aplican.,en elementos compresión.

E n el caso de pilotes de sección "H", p la capacidad a la extracción se expresiones ya señaladas, considera perímetro corresponde al de su envol que se tratan como si fue rectangulares.


La capacidad de carga por tensión fuste recto. en suelos friccionantes, puede estimarse con (3.55), pero consideFando valores mayores de 0.4 y de S comprendido 314 del Sngulo de ficción interna de caso de usar botes excavadores de freático, el valor de 4 se limita a 1986).

En pilas con campana, de construcción intervienen factores ser controlados en forma confi estimar su capacidad a la te método confiable para conocer es partir de pruebas de extrac predominantemente friccionan deben emplearse campanas.

C) -Grupos de pilotes o pilas

Se considera como condición úl de un grupo de pilotes o pilas c suelo alrededor de éste mues

El tamaño y la forma del bloque

a carga de tensión al suelo. Este es

a la extracción de grupos con el iguientes dos valores:

viduales del grupo.

ctivo del suelo comprendido en la uncada, cuadrada, con su base

punta de los pilotes o pilas y os 750 respecto a la horizontal.

s cálculos, el peso de los pilotes nerse aproximadamente igual ado; debe añadirse, además, el

mente cohesivos . . ,.

la iduencia del proceso n por separado los pilotes

(3.56)

- .

-. . .

Diseño Geoiécnico

lateral. La zona de variación estacional dependerá de las condiciones locales; usualmente se supone una profundidad de 1.5m (5 f t ) cuando no se cuenta con información local. El factor de seguridad global que se recomienda aplicar a la ecuación anterior es generalmente de 3. En pilotes de sección " H , se aplica lo señalado al final del inciso "a" de 3.4.1.


Para pilas de sección transversal constante, la capacidad de carga admisible por tensión puede calcularse con la ecuación (3.56), pero considerando el valor de a acorde al procedimiento constructivo.

Respecto a pilas con campana, la capacidad de carga a la tensión se determina con el menor de los siguientes valores:

- La capacidad última del área anular, Qbr,

existente entre la campana y el fuste de la pila, calculada con la ecuación:

donde:

&,diámetro de la campana de la pila. B., diámetro del fuste de la pila. CU, resistencia al corte no drenada del

suelo sobre la campana Ne, factor de capacidad de carga,

adimensional, igual a 9. WP, peso propio pilote

La capacidad última por fricción lateral, Qa, a lo largo de una superficie cilíndrica, considerando un diámetro medio de la campana y del fuste, según la ecuación:

donde:

cm, resistencia no drenada del suelo a lo largo de la longitud de la pila.

WP, peso propio pilote

Man uaC u de Cimentaciones Pro fundas

Para cargas sostenidas, la capacidad admisible puede obtenerse utilizando un factor de seguridad global mínimo de 3. Sin embargo, para el diseño h a 1 se recomienda efectuar pruebas de carga a escala natural.

c) Grupos

La capacidad admisible a la tensión de un grupo de pilotes o pilas en suelos predominantemente cohesivos, se considerará igual al menor de los siguientes dos valores:

o La suma de la resistencia a tensión de los pilotes o pilas individuales del grupo.

o La suma de la resistencia al corte movilizada a lo largo de la super&ie lateral de la envolvente del grupo, más el peso, total del suelo y de los pilotes o pilas individuales del grupo.

3.4.3 Cimientos profundos a tensión en roca

La estimación de la capacidad a la tensión de pilas empotradas en roca se realiza con los criterios de capacidad de carga por fricción señalados en el inciso 'Y de 3.3.4, utilizando las ecuaciones (3.50) a (3.52) según el caso, con las limitaciones que ahí se señalan. Sin embargo, el diseño h a 1 de las pilas debe fundamentarse preferentemente en pruebas de extracción.

3.4.4 Diseño con pruebas de extracción

Cuando la capacidad de carga a tensión de los pilotes o pilas es una limitante importante para el diseño de cierta estructura, se recomienda determinar esta capacidad con base en resultados de pruebas de carga a tensión a escala natural, que permitan, además, analizar los efectos diferidos en el tiempo.

Sin duda, la manera más confiable de diseñar pilotes o pilas sujetos a extracción, es por medio de pruebas de carga. Las pruebas deben diseñarse y realizarse de acuerdo con lo señalado en el Capítulo 7. La capacidad admisible 'a tensión generalmente se calcula a partir de la resistencia última a la extracción obtenida en esas pruebas, afectada porun factor de seguridad global mínimo de 2.

3.5 SOLICITACIO ESTATICAS

3.5.1 Antecedentes

Frecuentemente las deben ser diseñadas axiales comó cargas de aplicación son:

Cimentaciones profundas de edjñcios torres de transmisión, grúas torre, otros, para soportar cargas de viento o

Cimentaciones profundas de m estructuras similares, sujetas a e oleaje, corriente's marinas o fluviale de embarcaciones.

Cimentaciones pro sometidos a cargas dinámicas, coceo o simplemente empuje de sue

Ante las solicitaciones horizont adoptarse dos criterios para el diseño:

lo Diseño por carga laterdúltim un adecuado factor de seguri faila.

2" Diseño en función máxima permisible, bajo trabajo.

Por lo general, el segundo crite finalmente, ya que funcionalidad de la estructur casos resulta que al aplicar est admisible que se obtiene está la carga última.

A continuación se e métodos para el análisis de los que se puede determin última, o bien evaluar su cargas de trabajo, en cuant elementos mecáriicos que diseño estructural.

En los primeros subcap elementos individuales, separado los casos de cime en suelos predominanteme

t:; $,,r$uelo,s - .:,,, predominantemente cohesivos, distin- m..

-, :guiendo entre pilotes de fricción y pilotes de c z punta o pilas.

k- h:. Tosteriormente se presentan también casos

r especiales en que se tienen suelos estratificados ' o pilotes sujetos a cargas excéntricas o

p-' , inclinadas, así como grupos de pilotes.

* ' &

*'+ p'. ,$-, '37.2 Diseño de pilotes individuales, por carga

lateral última (Poulos and Davis, 1980)

1 los des

pilotes como las pilas resisten cai al movilizar la reacción pasiva

:gas del

"suelo circundante. La magnitud y distribución 5.. de la reacción depende de la rigidez relativa de j:.* r.

,S loa elementos de la cimentación y del suelo, así :i lcomo de las condiciones de frontera de su cabeza L . $"punta.

., . a Pilotes de fricción

9 . lr ' & .- ,'a En suelos predominantemente friccionantes Ir

:.,% Criterio estático *E-

!? ,El método más simple para estimar la resistencia ~*h. .eral última de un pilote no arriostrado en su ' :< :+beza, consiste en -revisar las condiciones de

.quilibrio a partir del diagrama de cuerpo libre t. l ~ u e se muestra en la Fig. 3.9. 2'. ,i ,-

Dametro del pilote = d \ 1 Zr 1

6- . '- Fig. 3.9, Pilote de fricción con carga lateral. .'- '.'l.:. , & , - S . . k;i.l-pü& está sujeto a una fuerza horizontal H y a % $n,momento M, y la presión de suelo Última a

profundidad z. bajo la superficie p,. La combinación h i t e de H y M,

? provoca la falla, se puede obte ido el equilibrio de - las fue1

del Hu ner zas

4' ,"h¿krzontales y momentos, y resolviendo las E... ,

Diseño Geotécnico ----

ecuaciones simultáneas resultantes para la profundidad' de rotación desconocida, zr, y la carga horizontal Última HU. En la Fig. 3.10 se muestra la solución en firma gráfica.

desde cero en la superficie hasta PL en la punta -

Pu = P ~ 1 2 0.5 1 .O 0.5

Fig. 3.10, Resistencia lateral Última de pilotes de fricción, con cabeza libre, (Poulos and Davis, 1980)

Criterio de Broms

Se considera que la distribución de la resistencia del suelo con la profundidad es:

donde:

a,, = Esfuerzo vertical efectivo

K, = I + sen 4. 1-sen 4

+'= Ángulo de fricción interna (en términos de esfuerzos efectivos).

En la Fig. 3.11 se encuentra graficada la resistencia lateral Última para pilotes cortos (a), en función de los parámetros adimensionales L / d y Hu/KmdJ, y para pilotes largos (b), en términos de Hu/Kmd3 y MyddyKp, con cabeza libre o fija.

Man ual Cimentaciones Profundas

MOMENTO DE FLUENCIA. ~ y f K p i b

(b)

Figura 3.11, Resistencia lateral Última de pilotes de fricción, (Poulos and Davis, 1980)

Criterio de Brinch-Hansen

Es aplicable para cualquier otra distribución de la resistencia del suelo con la profundidad, en'el cual el centro de rotación se determina por tanteos. Y luego la carga Última se calcula empleando la expresión:

donde, q = esfuerzo vertical a la profundidad zr c = cohesión

K f y & = factores que dependen de 4 y de d d (Fig. 3.12).

4- + Fig. 3.12, Factores de resistencia lateral & y jiq

(Poulos and Davis, 1980)

U En suelos predominantemente cohesivos ...p.> -:5. *'

- . . .<< - .

.;, *: S

donde Kc es el factor de resistencia lateral, el N&'.! depende de la relación entre la adherencia y 4akfi

' 1

c a .{, cohesión -, y del factor de forma del pilotd 2 -

def

" ', <, : -- .\

En la Fig. 3.13 se muestra como varía di~hq:,~ factor en función del factor de forma para valore,\;

C " T .* ; .4

,L,verio de Broms <:

C' .,:. En la Fig. 3.14 se presenta graficada la carga. última esperada en pilotes de fricción con cabék,; libre o fija, en función de los parámeti.GS-

Criterio estático

carga última se obtiene como:

C

- = r y u . C

rn i

.. L H" .- fi:

adimensionales - y - para pilotes cort& d C, d 2 , . )"J

, 3 . L . . t. (a), y en términos de los parámetm~

adimensionales 2 -.-y Y -

C, d 2 C, d3 A :: -2;

largos (b). 2 .

,.-S$

( a ) LONGITUD DE EMPOTRAMIENTO Ld

1 b) MOMENTO DE FLUENCR khll~<d=

esistencia lateral Última de pilotes n en suelos predominantemente

cohesivos'(F'ou10s and Davis, 1980)

s de deformación plana

so se emplean soluciones que placa rígida con un

diámetro del mismo, la cual puede uramente cohesivo,

edio que divide a porción superior y otra inferior.

ida, cercana a un talud vertical. la falla, la presión en la porción

es 5.14~ (Davis

can las soluciones obtenidas inferior y superior.

para fines prácticos, ambas

iones de la Fig. 3.15 por lo que tienden a

Diseño Geotécnico

ser conservadoras para suelos con un peso considerable, sin embargo resultan adecuadas para tablestacas hincadas someramente y grupos de pilotes en filas con poco espaciamiento.

Fig. 3.15, Falla de una placa rígida vertical sometida a carga horizontal y momento

b) Pilotes de punta y10 pilas

En el caso- de pilotes o pilas empotrados en un 'estrato resistente, son aplicables los mismos criterios antes expuestos, sea que se trate de elementos con cabeza arriostrada o no- arriostrada. La única modificación consiste en hacer intervenir la presión actuante en la punta como una fuerza resistente horizontal, cerca de la cual se encuentra el centro de rotación.

3.5.3 Diseño de pilotes individuales, por deformación lateral (F'oulos and Davis, 1980 y Hunt, 1985).

E n muchos casos prácticos, el diseño de pilotes o pilas sometidos a cargas laterales dependerá de

' l a satisfacción de u n requerimiento de deformación lateral o deflexión máxima, que puede resultar en cargas laterales admisibles mucho menores que la resistencia lateral Última.

Los métodos de diseño tradicionales consideraban valores empíricos de cargas admisibles para ciertos tipos de pilotes, con las cuales se ,limitaban sus deformaciones. Sin embargo, ahora existen métodos teóricos que permiten predecir razonablemente la magnitud de las deformaciones para cualquier caso particular.

Manual - Cimentaciones Profundas -- -

Los métodos empleados son: + hdp =

El análisis a partir de un módulo de reacción lateral.

El análisis elástico, que considera al suelo como un medio continuo.

>.. Esta ecuación puede resolverse analíticamente o., . : bien numéricamente. La solución anaütica :.! resulta conveniente cuando el módulo de.,;;, reacción es constante a todo lo largo del pilote o* , * .

pila. Si no es así, conviene más aplicar unai, :>

solución numérica, mediante diferencias finitas. ; 4

Dependiendo de la relación entre la carga y lac

- l deformación, el análisis puede tener dos': variantes: 4

- Análisis lineal, cuando hay una relación S

directa entre la presión y la deflexión en:,: cualquier punto a lo largo del pilote o la pila. ,

- Análisis no lineal, cuando no existe ta'i*-7 relación entre la presión y la deflexión del pilote, a o la pila. . " x *

. >

a) Método del módulo de reacción

Fue propuesto originalmente por Winkler (1867) y consiste en caracterizar al suelo mediante una serie de resortes linealmente elásticos e independientes, cuya constante de deformación es el módulo de reacción lateral (kh), el cual relaciona la carga (p) que actúa en un cierto punto del pilote o la pila con la deflexión (p) medida en el mismo punto, como se indica a continuación:

Otra forma en la que se acostumbra expresar la relación es:

. . .. , , . .: En suelos predominantemente friccionantes;:jj usualmente se asume que el .módulo de reaccibn .:S crece linealmente con la profundidad. . .,. .. ; -.'.. : 3

., ..-.::. . , '. ' p.

Para tal caso, la variación de hh a lo largo del.;:; .. . '-7

pilote o la pila puede expresarse como: :::< 6 .

donde,

w = reacción del suelo por unidad de longitud del pilote o la pila.

K = módulo de reacción en unidades de fuerzanongitud2 (K=khcE)

D = diámetro o ancho del pilote o la pila nh= coeficiente del módulo de reacción .: t - =profu d = anch

didad o diáme Para el análisis, se asume que el pilote o la pila se

comporta como una viga cuya deformación está determinada por la ecuación:

!1 pilol

Si bien no hay una solución exacta, existen: métodos aproximados para obtener la deflexioil (p) y el giro(@ en la cabeza de pilotes o pilas;pbv; ejemplo aplicando las siguientes ecuacione+~ generales : ,, :

donde, E,, = módulo de elasticidad del pilote o la

pila Ip = momento de inercia de la sección del

pilote o la pila Z = profundidad en el suelo d = diámetro o ancho del pilote o la pila

Combinando las ecuaciones (3.62) , y (3.64) se obtiene la ecuación que gobierna la deflexión en un pilote o pila: .

COEflClENTE DE DERWON, Cy

Fig. 3.17, Coeficiente de deflexión CI (Poulos and Davis, 1980)

En realidad la relación entre la presión y la deflexión en cualquier punto a lo largo de un pilote o una pila no es lineal

Para tener en cuenta tal condici6n existen varios procedimientos, sin embargo el enfoque más comúnmente empleado parece ser el de las curvas "p-f, desarrollado por Reese @ = presión, y = deflexión).

Fig. 3.18, Coeficiente de momento Cm (Poulos and Davis, 1980)

La ecuación diferencial que se plantea en este caso es la siguiente:

donde:

p = deflexión. M = momento a la profundidad z en la

pila. z = profundidad. Pz = carga axial en la pila a la

profundidad z. p = reacción dé1 suelo por unidad de

longitud (en este caso, p actúa como una carga lineal equivalente).

Esta - e s una ecuación más general que la ecuación 3.66, ya que incorpora los efectos de la carga axial y de la variación de la rigidez del pilote o la pila con la profundidad.

Como antes se mencionó, la solución se obtiene aplicando diferencias finitas.

El objeto del método es definir una serie de curvas "ppy", en diferentes puntos a lo largo del pilote o pila (Fig. 3.19), tales que cumplan la compatibilidad entre la carga y la deflexión correspondiente a cada punto. Reese desarrolló un programa de cómputo conocido como "LPILE" (1977), basado en este procedimiento. Al igual que en el método del módulo de reacción lateral, para definir las curvas mostradas en la Fig. 3.19 se tiene como premisa que el comportamiento del suelo a una profundidad determinada es independiente de los puntos vecinos. Si bien esto no es estrictamente cierto, Reese comprobó a través de pruebas de carga que los resultados obtenidos son bastante cercanos a los reales.

Frydman (1975) propuso un procedimiento alternativo y quizás más generalizado para la determinación de las curvas "ppy", haciendo uso de los resultados de pruebas de campo con el presurómetro, considerando que pueden representar el comportamiento deformacional de un pilote o pila sujetos a una carga lateral, y teniendo en cuenta un cierto factor de escala igual a la relación de diámetros.

Fig. 3.19, Esquema de las curvas '3-y"

b) Método del medio continuo y elástico 4 . ,

Para este análisis se considera al suelo como I+& medio elástico continuo con un módulo del:- elasticidad Es y una relación de Poisson va; y,.a.i:i'; pilote o pila como una lámina j vertical,'; rectangular y delgada, de ancho d, longitud L:$:?

. . rigidez E& constante. . .

8 . ' ' _

:,; ;..?, <

El método consiste en dividir al pilote o la pil'a.~,; en n+l elementos, todos de aquellos cercanos a la pun presentan una longitud 2 2 . Entonces, a cadai.4

tL elemento se le somete a un esfuerzo horimnta!';l/ uniforme p, el cual se considera constante e?.: toda la sección del pilote o la pila, y se ca1culár.j sus desplazamientos.

Asumiendo que el su comportamiento puramente zamientos horizontales del tación profunda deben ser i g

sarse, como:

e10 elás sue

pale

sen los la

Los desplazamientos del suelo pueden ex$;\; , :t.. -+. -. -, 4

. . . . vector' de carga horizontal

= matriz de factores de influencia

Iij de la matriz [ IS] se obtienen integración sobre un área la ecuación de Mindlin para el plazamiento horizontal causado puntual dentro de la masa de

nación de los desplazamientos se a ecuaci6n (3.64), que al ser

'r+ielta mediante diferencias finitas,

la cabeza y la punta, se obtiene de soluciones expuestas en el

ouios and Davis, 1980).

Diseño Geotécnico - -

ü Diseño por deformación lateral

Para tener en cuenta la influencia de la estratigrafia en la deflexión de pilotes o pilas sujetos a una carga lateral en el método del módulo de reacción, Davisson y Gil1 han propuesto, para un sistema de dos estratos, ajustar los factores de iduencia I p ~ , I'M e I ~ F para suelos con un módulo de reacción k uniforme (Fig. 3.16). empleando otros factores de corrección que se encuentran graficados en las Figuras 3.20 a 3.22.

Los factores de corrección dependen de la relación entre el espesor del estrato superior h~ y la longitud del pilote L, así como de la relación entre el.módulo de reacción del estrato superior k~ y del estrato inferior h.

Estos resultados aplican a pilotes de mediana

rigidez - = 256 [;:1; j

Fig. 3.20, Factor de corrección del valor de IOH para un sistema de dos estratos

Fig. 3.21, Factor de corrección del valor de IOM para un sistema de dos estratos

Fig. 3.22, Factor de corrección del valor de IOF para un sistema de dos estratos .

b) Pilotes o pilas sujetos a cargas inclinadas

O Diseño por carga lateral Última

En suelos predominantemente friccionantes

En este caso la car

resistencia vertical del pilote o la pila.

Por lo anterior, la' filla lat solamente que la inclinación considerable, y en tal caso simplemente se compara la resistencia lateral última, Hu calculada con alguno de los criterios antes descritos, contra la componente horizontal de la carga aplicada, P, verificando que:

donde, 6 = ángulo de inclinación de la carga,

respecto a la vertical

En suelos predominantemente cohesivos

A diferencia del caso anterior, la resistencia lateral no depende de la resistencia vertical. De manera que independientemente del grado de inclinación, deben revisarse los dos tipos de falla probable. Entonces el valor admisible de la carga- inclinada, Qu, será el me?or.de los siguientes' valores:

Qu = Pu sec S

Qu = Pu cosecS

.Equivalencia con pilotes o pilas in .... ..

Es razonable aceptar que un pil inclinados, sujetos a cargas vertica considerarse como elementos verticales..:!: equivalentes, sujetos a cargas 3.23), de manera que son aplicables criterios de revisión antes descritos.

O Diseño por deformación lateral .

Haciendo referencia a l métod reacción, los valores de kt, y n obtenidos para pilas verticales, por no son directamente aplicables a p inclinados para el cálculo de lateral. En investigaci.ones realiza con modelos en arcillas, y po Petrasovits con modelos en aren que la inclinación positiva contraria a la carga later disminuir la deflexión.

Diseño Geotécnico

( a I CEOMETRU DEL PILOTE INJiN4W

I

Fig. 3.23, Pilote inclinado

- &+,G .

, a Diseño por carga lateral última flr; .. ,r,.*. > d . ,. ..:. d,.: t:.:-.,!@iesistenc& lateral de un grupo de n pilotes

$.%l.'$ igual al menor de los siguientes valores: 7 . ' i

S de pilotes y10 pilas (Poulos and Davis, 1980)

suma de la resistencia lateral de los n

resistencia lateral de un bloque

. - . . .

ra de los criterios descritos en los

cortante que puede bloque equivalente,

la dirección de la carga

vamente angosto y es go, la resistencia lateral

g2 ,],., pilotes que forman el grupo.

,:.:,.equivalente definido con la envolvente del

.. . ' ::El.'primer valor se puede obtener aplicando

t-; -: i- A. :[email protected] ,., el segundo valor debe considerarse

?; :iehendo en cuenta el ancho &e si tiene en

última del bloque podrá determinarse aplicando la teoría de la plasticidad.

Por otra parte, si el grupo está compuesto por pilotes ligados con un cabezal rígido, la resistencia última del bloque podrá calcularse como la suma de la resistencia lateral de un pilote muy rígido, con cabeza arriostrada, más la resistencia al corte de la base.

Así como en el cálculo de la capacidad de carga vertical, en la determinación de la resistencia lateral de un grupo de pilotes también existe el concepto de eficiencia del grupo, que se define como:

Resistencia lateral última del grupo nL =

n x Resistencia lateral tiltima de un pilote individual

La eficiencia disminuye a medida que aumenta el número de pilotes o que se reduce el espaciamiento entre ellos.

Comparando la eficiencia n de los grupos de pilotes. solicitados por cargas axiales con la eficiencia nL de grupos solicitados por cargas laterales, se observa que siempre es mayor la primera.

Para un análisis más detallado de la eficiencia de grupos de pilotes ante cargas laterales, puede aplicarse el método de elementos finitos.

Haciendo un análisis de deformación plana, en el que se considere el comportamiento no-lineal del suelo puede obtenerse una curva py para todo el grupo-

En caso de tener grupos de pilotes verticales con algunos pilotes inclinados, para el cálculo de la resistencia lateral se procede tal y como se ha dicho, se elige el menor de los siguientes valores:

- La suma de la resistencia,lateral de los n pilotes que forman el grupo.

- La resistencia lateral de un bloque equivalente definido con la envolvente del grupo de pilotes

Sin embargo, dependiendo de la ubicación y distribución de los pilotes inclinados dentro del

Manual - de Cimentaciones Profundas --

grupo habrá que tomarlos en cuenta en el cálculo del segundo valor.

Por ejemplo si se encuentran solamente en el perímetro y presentan una inclinación hacia fuera, puede asumirse que el área en planta que cubre la base del bloque resistente es la envolvente que definen las puntas de los pilotes inclinados perimetrales.

Por otra parte, si también existen algunos pilotes inclinados en el centro, debe considerarse la resistencia al corte adicional que proporcionan en la dirección contraria a la carga.

b) Diseño por deformación lateral

Muchas métodos para analizar el comportamiento de grupos de pilotes o pilas hacen uso de la teoría del módulo de reacción, sin embargo el criterio elástico permite hacer un análisis más adecuado, ya que a l considerar un medio continuo permite valuar los efectos de interacción, y además presenta la ventaja de poder incluir en los análisis elementos inclinados sujetos a diferentes tipos de cargas.

Empleando el método elástico Poulos analizó en primer lugar la interacción entre dos pilotes para posteriormente extender los resultados a l comportamiento de grupo, mediante el principio de superposición.

Aplicando el principio . de superposición, el análisis de dos pilotes o pilas puede extenderse a un grupo de cuatro o más elementos, para obtener la deflexión y el giro provocados por una

- . carga lateral y/o momento.

De manera que empleando los desplazamientos unitarios de los elementos individuales y aplicando los factores de interacción apropiados se puede valuar e l desplazamiento del grupo. Dicho despl'azamiento puede ser expresado convenientemente en términos de una, relación de desplazamientos RR, que es la relación entre el desplazamiento del grupo y el desplazamiento de un solo pilote solicitado por la carga o momento promedio de los pilotes individuales.

Otra alternativa consiste en expresar el desplazamiento en términos de un factor de reducción de grupo RR, definido como la relación del desplazamiento del grupo y el

desplazamiento de un pilote solicitado po carga o momento total como grupo.

RR se calcula como:

PG R R =- . H G P

donde p es el desplazamiento unitar

referencia apropiado y pc es el desplaza del grupo. Cuando prevalecen las con elásticas en el suelo, RR y R, se re simplemente como:

R,, = R R n - . ... .

donde n es el número de pilotes del grupo.

En problemas prácticos, R, es el indica empleado. Sin embargo, al anal comportamiento teórico de varios gr pilotes, el empleo de RR present

ventajas, ya que s u valor oscila entre 1

El coeficiente RR puede tener significados, dependiendo de condición de frontera en la ca a deflexión o giro. Estos valores se i como sigue:

R R ~ H = factor de ,reducción de gr deflexión causada por carga hor

R R ~ M = factor de reducció deflexión causada po momento.

RRN = factor de reducción causado por carga ho

RRN = factor de reducción de gru causado por la aplicación de

RR,,F = factor de reducción de gru con cabeza arriostrada

3.5.6 Diseño a partir de pr

Las pruebas de carga lateral ge emplean para la obtención de val del módulo de reacción del suelo se puede efectuar diseños aplicando las teorías ya com cálculo de deflexiones.

., -

bas de carga lateral pueden ser ..en dos pilotes o pilas adyacentes,

una hacia el otro, o bien, os. El último procedimiento el efecto de la superposición de i los pilotes se encuentran muy

ía de los casos, las pruebas no solo la medición del desplazamiento de e los pilotes (con teodolitos y

&&ros de precisión), sino que además se s flexionantes (con

de deformación colocados en el cuerpo de elementos

emás de las deflexiones en función didad (a través de tuberías de

ITACIONES DINÁMICAS

dos anteriores se han expuesto S métodos de diseño de rofundas sujetas a cargas

es, las cuales por nsideran estáticas, utilizando agnitud máxima que pueden

. . ..

ocasiones puede requerirse fecto dinámico o cíclico de las

o tales condiciones se a, expresada como xión, entre otros., y

de las cargas aplicadas

,''':JTc'':.. La dehción de las cargas que adúan y n a través del suelo

El empleo de métodos adecuados de

Geotécnico

La selección de los parámetros del suelo y de la cimentación para emplearse en el análisis.

Por ejemplo, en caso de que la medida de referencia sea la deflexión. se sabe que una carga horizontal cíclica al actuar sobre un pilote individual provoca la disminución de la rigidez del suelo que lo rodea, lo que se traduce en un aumento de la deflexión, la cual puede llegar a duplicarse si la carga se repite 50 veces o más; dicho de otra forma, la carga cíclica provoca que el módulo de reacción del suelo se reduzca a un valor aproximado del 30%, del correspondiente a una carga monotónica (TGC, 1992).

El estudio detallado de estos tópicos puede consultarse en las referencias: Leonards, 1962; CFE, 1981; CFE, 1993; y, Nieto y Reséndiz, 1967.

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Nota de los Editores:

E n relación con el diseño de cimentaciones profundas utilizando correlaciones empíricas basadas e n la prueba de "CPT" (Penetración con Cono Estático), por razones de espacio varios métodos no han sido incluidos en este Capítulo 3, sin embargo, tomando en cuenta las sugerencias de los revisores de este Manual, se considera recomendable utilizar alternativamente los métodos contenidos en la referencia que se indica más abajo, para valuar la carga por punta y por £ricción, tanto en grupos de pilotes como en elementos aislados.

Lunne, T. et al., 1997, Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice, Blackie Academic Publishers, UK.

4. Diseiío Estructural

INTRODUCCI~N'

dotes para apoyo de cimentaciones mente se clasifican de acuerdo con el 1 de que están hechos, a saber:

a, en el grado en que sean

Resistencia y rigidez de la subestructura

Calcúlense las fuerzas y momentos transmitidos a la cimentación por la superestructura.

Supónganse unas dimensiones para la cimentación (el área de cimentación debe ser tal, que bajo las cargas y momentos que la estructura transmite a la subestructura no se exceda la capacidad de carga calculada del terreno).

Supóngase una distribución de presiones de contacto entre la subestructura y el suelo o, en su caso, en el sistema formado por el suelo y los pilotes, que cumpla con las condiciones siguientes:

Existe equilibrio local y general entre las presiones de contacto, las fuerzas internas en la subestructura y las fuerzas y momentos transmitidos a ésta por la superestructura Los hundimientos diferenciales, inmediatos más diferidos, calculados con la presión de contacto supuesta actuando sobre el terreno y los pilotes, son menores que los tolerados por la superestructura Los asentamientos diferenciales, inmediatos más diferidos, calculados con la presión de contacto supuesta, actuando sobre la combinación de superestructura y subestructura, son menores que los permisibles.

: se cumple alguna de las condiciones anteriores, debe suponerse .otra distribucioii de presiones de contacto y repetirse el proceso. La distribución supuesta que satisfaga los tres requisitos mencionados puede usarse para el diseño estructural de la cimentación.

Como alternativa, el diseño puede basarse en esfuerzos admisibles en el terreno bajo las cargas de trabajo. Los esfuerzos permisibles, en lo que se refiere a evitar la falla del suelo por corte, se determinarái a partir de la capacidad de carga calculada para el suelo de apoyo. Los esfuerzos admisibles, por lo que toca a evitar hundimientos excesivos, deben determinarse en cada caso particular, de acuerdo con el tipo de suelo y la forma y área de cimentación probable.

Una vez que se ha determinado el esfuerzo admisible en el terreno sea por falla del suelo o :'


por control de hundimientos, pueden calcularse el área de cimentación y la rigidez de la subestructura de modo que no exceda ese valor admisible. Para lo anterior, será aceptado suponer que el suelo es u n medio elástico y continuo (semi-infinito) , o que está formado por resortes elásticos independientes entre sí (reacción de la subrasante) . En estas condiciones, se podrá realizar el análisis del conjunto suelo- subestructura, es decir, será posible aplicar las soluciones de vigas y placas sobre cimentaciones elásticas. Cuando la solución analítica no exista, o sea muy difícil de obtener, puede recurrirse a soluciones numéricas, empleando por ejemplo, el método de elementos finitos.

4.1.1 Capacidad estructural de pilotes y pilas

Los pilotes y pilas se diseñarán con los procedimientos y los factores de seguridad incluidos en las normas aplicables de diseño

1 estructural de concreto, acero o eventualmente en obras provisionales pueden utilizarse pilotes de madera, según el caso.

. . . . . - - . " máximo de 80% de la correspondiente a . un . $ elemento comparable en la superestructura. :.. . .. '(

i; ; Los pilotes totalmente enterrados en los que la :-i'. fuerza lateral actuante de diseño no excede del ;.,; 5% de la carga axial de diseño, pueden diseñarse como sujetos a carga vertical, considerando una -:$,: excentricidad accidental igual a 0.005 h > 2cm '.'':+ (0.8in), donde h es la dimensión del pilote en la .: . m dirección en que se considera la flexión.

L . ... Se recomienda que u n pilote se diseñe que pueda resistir la carga que máxima capacidad del suelo para

. . .. . ,-' . .

Puede omitirse la revisión por pandeo, excepto cuando el suelo' tenga una rigidez lateral::..,: sumamente baja, o cuando el pilote se encuentie:,': parcialmente fuera del terreno. E n aquellosy~~ tramos sin soporte lateral, los pilotes deben,::.:: diseñarse como columnas sujetas a carga axial y a . : ' j cualquier otra fuerza lateral actuante. 2 2

.,r- , ': , . I t .<:

Deberán considerarse los efectos de las siguiente^'?.! ,- acciones para el diseño estructural (CFE, 1981): 2

Los pilotes se deben seleccionar considerando en términos generales los siguientes factores:

1) Longitud necesaria de pilotes 2) Tipo de superestructura 3) Disponibilidad de materiales 4) Cargas estructurales 5) Factores que originen el deterioro 6) Programa y facilidades de mantenimiento 7) Costo estimado de los distintos tipos de

pilotes, tomando en cuenta el costo inicial, esperanza de vida y costo del mantenimiento, y

8) Presupuesto disponible.

En la mayoría de los casos, la capacidad de carga de una cimentación profunda está gobernada por la resistencia del suelo más que por la resistencia estructural del conjunto.

En términos generales, se puede decir que la instalación e inspección ' de un elemento de una cimentación profunda es menos controlable que la de un elemento similar de la superestructura, y que las condiciones del medio ambiente en una cimentación profunda son potencialmente más dañinas .que en la superestructura, Por esta razón, se recomienda limitar la carga estructural permisible de una cimentación profunda a un

.-!.c.,*I ,. - Fuerzas transmitidas por >..;d

superestructura. Además de la carga.{'< axial deberán incluirse, cuando sean.:-? significativos, los--.momentos flexionanteb.?$ v las fuerzas laterales a~l icados en el': :'a extremo superior del pilote - -- e

- Los efectos del peso propio del pilote y dé la fricción, negativa o positiva-;. desarrollada a lo largo del fuste. 1

, ,' - E n pilotes prefabricados deberán, ademá~~'" revisarse las condiciones de esfuerzcis durante el manejo, el transporte y el izaje . así como las que se presenten durante el"'; hincado. 3 .

... . , >J - -1

4.1.2 Separación entre pilotes :,'4.? . ,, '8

Para definir la separación entre pilotes se deber; Y .3 tomar en consideración las características de! .

suelo así como la longitud, tamaño, formai$,3 rugosidad superficial de los pilotes. Si los pilotb: están muy juntos no sólo se reducirá la capacid&':j de carga de cada pilote, sino que tambj tendrá el riesgo, durante el hincado subsec de pilotes, de bufamientos en la cimentación y d$ levantamiento u otro tipo de daño en los piloti;ia ya instalados. $ 4

1 espaciamiento mínimo entre centros no deberá diámetro del pilote, o

'75 veces su dimensión diagonal, y no menos de cm (2.62ft) para pilotes apoyados en roca, cm (2.59ft) para pilotes hincados en suelos, as recomendaciones establecen que los pilotes punta se separen no menos de tres diámetros ,pilote centro a centro y que los pilotes de

s características de los aciados un mínimo de

s a cinco diámetros de pilote. La elevación y ión de cada pilote se deberá determinar és del hincado para poder establecer si

. ....

reverse las condiciones de carga a que etido el pilote durante. su manejo desde

s distribuciones de ocasionados por las prácticas comunes

es se utilizan dispositivos de izado ) que distribuyen las cargas en tres

transporte e izado de pilotes (CFE, 1981)

q es el peso del pilote

4.1.4 Esfuerzos dinámicos durante el hincado

Se aceptará que los esfuerzos dinámicos debidos al hincado dañarán únicamente el extremo superior del pilote. En pilotes de concreto reforzado se recomienda absorber estos esfuerzos con una longitud adicional de pilote, la cual se destruye después del hincado; esta longitud será como mínimo de (lm).

En casos en que sea necesaria la determinación de los esfuerzos debidos al hincado, se resolverá la ecuación de onda (CGS, 1978) con la cual se representa la variación de esfuerzos y deformaciones en el pilote debido al impacto del martinete. Este tipo de análisis queda fuera de los objetivos del presente manual.

4.2 PILOTES DE MADERA

4.2.1 Uso de pilotes de madera

Los pilotes de madera son particularmente adecuados para trabajar como pilotes de fricción en arenas. lirnos y arcillas. No se recomienda hincar pilotes de madera a través de grava compacta o hasta la roca ya que son vulnerables a daños en la cabeza y en la punta durante el hincado. Comúnmente, los pilotes de madera se emplean para profundidades comprendidas entre 6 y 16m (19.7 y 52.5ft), con diámetros de 20 a 40cm (0.66 a 1.31ft), correspondientes a las . .

dimensiones reales de los troncos de .árbol disponibles. Tienen un peso relativamente ligero en comparación con su resistencia, se manejan fácilmente y su costo inicial es comparativamente bajo en sitios donde abunda la madera. Resulta difícil empalmar tramos de pilotes de madera.

Cuando se recortan por debajo del nivel freático o cuando están permanentemente sumergidos, los pilotes de madera tienen una duración indefinida y no necesitan tratarse, cualquiera que sea la calidad del agua subterránea. Cuando no están constantemente . sumergidos o cuando están expuestos al ataque de insectos barrenadores marinos o de termitas, se deben tratar para darles protección y evitar su deterioro.

En México se emplean ahora muy poco los pilotes de madera, usándose generalmente en cimentaciones de carácter temporal o quedar permanentemente sumergidas.

que van a

147

Manual de Cimentaciones Profundas "

4.2.2 Diseño estructural - Son adecuados para hincarse en suelos q contienen.boleos cuando se diseñan para el1

Los pilotes generalmente se ,emplean para cargas axiales y laterales comparativamente bajas y

- Se han usado en ' longitudes hasta de 2

cuando las condiciones de cimentación indiquen (66ft) si son pilotes precolados sin empal

que no se dañarán con el h'incado, las cargas de hasta de 40m (132ft) si son presforzados empalmes, 'y hasta profundidades ilimi diseño pueden variar entre 10 y 50t, es decir, 98 y

490kN. (Se emplearán solamente en obras cuando cuentan con dispositivos de emp

provisionales) - Se puede lograr resistencia a la corrosi construyen con'cementos adecuados

Los <dotes de madera deben estar bien atiesabs - son inmunes al ataque , de arriba de su empotramiento en el terreno natural barrenadores marinos y de termitas o arriba del nivel del agua. Si se hincan a través de agua, la parte por encima de la superficie se - . Son resistentes al fuego cuando sobre

rigidizar con atiesadores diagonales y las terreno natural. partes sumergidas diseñarse como columnas libres. Las secciones transversales típicas de estos .;'

pilotes son cuadradas, hexagonales, oct La siguíente ecuacih Para determinar los 'ochavadas, triangulares y circulares pu esfuerzos de fibra f en pilotes de madera de constantes a todo lo largo del pilote o diámetro d y longitud LP actuando como variable y generalmente tienen pu columnas, así como también a flexión Y extremo inferior. Las dimensiones pu compresión, se basa en un esfuerzo permisible de entre 20 y 60cm (0.66 y trabajo de 70hg/cmP (6867hPa) Para madera diagonalmente, o alcanzar hasta humedecida permanentemente (Leonards, 1962). diámetro si son de sección cilíndrica.

f = 70 (1 - L J6Od) (4-1) .En este último caso los pilotes sección hueca o presforzados si

Ningún pilote que tenga una longitud sin soporte grande. Los pilotes cilíndricos mayor de 'Od se debe usar 'Om0 Debe adecuados para resistir mómentos fleiionantes. considerarse una sección reducida en las fórmulas, para tomar en cuenta el efecto de des-

Entre las desventajas de los pilot composición y abrasión. tiene la necesidad d-e p a n d e s colado para su fabricación y un

DOS Y PRETENSADOS 4'3 'ILoTES DE curado durante el almacenaje, as pesado para su manejo e hinc es diñcil prefijar la longitud

4'3.1 Uso de de precO1ados y en costos ,adicionales par pretensados

demasiado largos o para c Debido a su alta resistencia estructural y a la resulten muy cortos. A me gran variedad de tamafios posibles, 10s pilotes de ~'etensados, son d n e r a

concreto precolados y pretensados poseen una otro lado los pilotes prete ampfia gama de valores de capacidad de carga. empalmar- Al hincarlos S

Entre sus ventajas pueden mencionarse las considerable del siguientes:

4.3.2 Diseño estructural - Son adecuados para usarse como pilotes de

fricción cuando se hincan en arena, grava o Los pilotes se deben reforzar con acero para ...

arcilla resistir los momentos flexion - Soportan grandes cargas cuando se emplean manejo, a esfuerzos combina

como pilotes de punta flexión inducidos por el hinca - son adecuados para fuerzas de estáticas y los esfuerzos

por el izado. Los efectos de m tensión cuando así se diseñan

148

:onsiderar Mavores

en el análisis detalles sobre

4- I:, &tos factores se pueden encontrar en ACI, 1973, 2--cl-cual contiene además recomendaciones para el

instalación

. y 2% de como mí1

. de pilotes de

acero, usando iimo colocadas

:-.*a

,i+; hgitudinalmente y alejadas de la cara cuando $.'nénos 40mm (1.57in) mas el grueso de los

' deben ser o más de 1 del estrib

, es común ieguridad S

sotécnica ba r el equir inete y sufr

del No.' 3 como .6 diámetros de o, o el lado o

:reto precolados

en la práctica uficiente contra jo las cargas de )o de hincado, 'idera del pilote,

Diseño

con base en la capacidad estructural del pilote, tomando en cuenta la posibilidad de que los esfuerzos de hincado puedan exceder. en 150%. los esfuerzos de trabajo.

Para pilotes de concreto presforzados, se recomienda emplear la siguiente expresión para tomar en cuenta la reducción en la capacidad de carga a la compresión, debida a la aplicación del presfuerzo (CGS, 1978).

donde:

P combinación de cargas actuantes multiplicada por un factor de seguridad adecuado, t

Ae área total de la sección transversal del pilote, cm*

FR factor de resistencia

Pilotes cuadrados

Poso S vueltas Poso d e 5 0 , -l I - - Paso de 150 -. , de 50, &vueltas

+un chodo Pilotes octagonoles

Acotaciones en mm

Figura 4.2, .Pilotes de concreto precolados (Leonards, 1962)


EC deformación unitaria del concreto en la falla, supuesta igual a 0.003

Es módulo de elasticidad del acero de presfuerzo, Vcmz

f.o esfuerzo después de las pérhdas en el acero de presfuerzo, Vcmz

fpc esfuerzo efectivo en el .concreto debido al presfuerzo después de las pérdidas, Vcmz resistencia especificada del concreto, Vcmz.

EA la mayoría de los casos prácticos la fórmula se reduce a:

Debe ' tenerse en cuenta que ésta es una formulación de resistencia última de diseño y no un valor de esfuerzo de trabajo.

4.4.1 Uso de pilotes de acero de sección " H

Se recomienda que el perfil estructural de los pilotes de acero de sección "H" se ajuste a los siguientes requisitos dimensionales (CGS, 1978):

- La proyección del patín no debe exceder de 14 veces el espesor mínimo del metal, ya sea en el patín o en el alma, y el ancho del patín no debe ser menor que el 80% del peralte del perfil

- El peralte nominal en la dirección del alma no debe ser menor de 20cm '(0.66ft)

- . '.Los patines y el alma deben tener un espesor mnimo nominal no menor de l c m (0.4in).

Entre las ventajas de los pilotes "H" se tienen las siguientes:

- Son adecuados para usarse como pilotes de fricción, pilotes de punta y combinaciones por fricción y punta. Ya que generalmente desplazan un mínimo de volumen de suelo se pueden hincar más fácilmente a través' de depósitos granulares densos y de arcillas muy

duras. Los problemas asociados con to 'del suelo a menudo se reducen co pilotes H

- Son adecuados para hincarse en contengan obstrucciones tales co siempre que su punta se proteja debidamente

- Se emplean generalmente para cualquier ':: profundidad, ya que se empalman con relativa :.:>, facilidad

- Tienen una- alta capacidad de carga tanto axialmente como por flexión

- Pueden soportar manejo brusco, aunque lo pilotes largos se deben proteger contr flexiones excesivas

- La separación entre pilotes se p debido a su área relativamente pequeña en 1 base y bajo volumen desplazado.

Como desventaja se tiene su vulnerabilidad a corrosión cuando los pilotes están expuestos y riesgo de daños o deflexioñes cuando se atravi san obstrucciones grandes.

La experiencia indica que la corrosión no .es problema común en pilotes de acero suelos naturales, debido probableme de oxígeno en el terreno. Sin embar artificiales y10 arriba del nivel llegarse a presentar una corrosión moder Cuando se confirmen estas c deberán proteger los pilotes, ya sea con recubrimiento antes de hincarlos, ahogándo concreto colado en el lugar dentro de un ademe, ;,: con protección catódica, o especifi nido de cobre en la aleación del acero, entre

.. .

4.4.2 Diseño estructural

La longitud sin soporte de pilotes " H s diseñar con las fórmulas para colum perfiles de acero.

Debido a la alta resistencia del generalmente no se consideran las condic manejo en el diseño de pilotes "HM.

La experiencia indica que los es que se desarrollan en un pilote o proceso de hincado, si el pilote se hinca cierto rechazo arbitrario. A me con experiencia local acep

----

es de hincado de un cierto proyecto, los se pueden calcular con el análisis de la de onda (CGS, 1978). A falta de este la carga permisible aplicada al pilote terminarse a partir de consideraciones S, procurando evaluar el tipo de n de esfuerzos..que se desarrollará a lo

de carga de pilotes Ot (392 y 1962kN).

TES DE TUBO DE ACERO

de pilotes de.tubo de acero

e tubo de acero se pueden hincar con ierta o cerrada. Se pueden dejar narlos con concreto y usarse como

mpotrados en roca.

base de tubo con punta cerrada se ándoles una zapata de hincado para remo inferior del pilote. Se emplean cuando los pilotes se pueden apoyar un estrato resistente que soporte

Son adecuados de recimentación donde el espacio

as es limitado, ya que se pueden ir ase de tramos cortos. El tubo se

reto después de o caso ambos materiales soportan

punta abierta se usan rrado; salvo que idades grandes.

.",-',Debido al área relativamente pequeña de su incado de los pilotes de

splazamiento del suelos cohesivos,

levantamiento de narían los pilotes

a), sobre todo cuando se el material que penetra sos en'los que el terreno leos, roca blanda u otro

estrato de apoyo, permite a veces la

les y garantiza que la te al estrato de

n la roca. Los pilotes usan como pilotes de car en tramos cortos e extrae el suelo del nar con concreto.

Diseño Estructural

Entre otras ventajas de los pilotes de tubo de acero se tienen las siguientes:

- Se pueden tener longitudes variables, hasta de 55m (180.4ft), ya que los empalmes se hacen fácilmente

- Los diámetros pueden alcanzar hasta 60cm (2ft) o más (120cm, 48in, para plataformas marinas).


Para el diseño estructural de pilotes de tubo de acero se deben seguir las normas relativas a este tipo de materiales. Cuando se rellenan con concreto, éste debe tener un revenimiento mínimo de 13cm (5.lin) y se debe colocar a través de un embudo corto para que el concreto caiga hacia el centro del pilote permitiendo así la expulsión del aire y eliminando la posibilidad de que formen vacíos. Se ha encontrado que el concreto en condiciones confinadas desarrolla una mayor resistencia a la compresión que si no estuviera confinado, aunque este hecho no se toma en cuenta en el diseño.

Debido a las propiedades del acero no es necesario considerar las condiciones de manejo en el diseño. En los pilotes de tubo de acero se pueden alcanzar capacidades de carga hasta de 200t (1962kN).

Cuando las condiciones del .terreno de hincado pueden causar corrosión en el acero los pilotes se pueden proteger con algún recubrimiento aplicado antes de su colocación o especificando un cierto contenido de cobre en la fabricación del acero.

4.6 PILOTES Y PILAS COLADOS EN EL LUGAR

4.6.1 Uso de pilotes y pilas colados en el lugar

Los pilotes colados in situ pueden tener diferentes formas y dimensiones. Cuando presentan un diámetro de más de 60cm (2ft), se conocen como pilas cilíndricas. Este tipo de cimentación se fabrica haciendo una perforación en el suelo y llenándola con concreto. Pueden o no construirse con ademe. El ademe o cimbra ahogada está formado, ya sea por un tubo metálico lo suficientemente pesado como para poder hincarse sin mandril, o por un tubo metálico ligero hincado con un mandril que se extrae después del hincado.

Ambos tipos se pueden reforzar con varillas si es necesario; su uso se ha.generalizado debido a su alta capacidad de carga.

Las ventajas de los Pilotes colados en el lugar son las siguientes:

- Resultan adecuados como pilotes de alta capacidad por punta apoyados en roca y se han usado con éxito en arcillas duras

- Se pueden usar con longitudes variables, en diámetros hasta de 2.5m (8.2ft) y para cargas hasta de 2000t (19 620kN)

- Se requiere poco espacio de almacenamiento y no hace falta equipo especial de manejo;

- Se eliminan los daños por manejo - No se necesita recortar ni prolongar el pilote

para alcanzar la longitud necesaria - Se eliminan los daños a l concreto durante el

hincado, salvo los que puedan ser causados por el hincado de pilotes adyacentes.

No se recomienda, sin embargo, usar este tipo de pilotes cuando se tengan que atravesar depósitos de materiales no cohesivos sueltos o cuando se presentan condiciones de agua artesiana; en tales casos puede ser imposible excavar con éxito aunque se empleen lodos bentoníticos.


Para analizar estructuralmente la pila bajo carga axial o lateral se deben seguir las recomendaciones para pilotes.

Cuando el colado del concreto se hace con el método tremie (ADSC-SMMS, 1976) el revenimiento es generalmente de 18cm (7 . l in) . El proporcionamiento del concreto lo deberá efectuar personal capacitado.

Se recomienda que, la resistencia del concreto esté limitada a 350kg/cmP (34 335kPa). Dependiendo de las circunstancias e n las que se realice la instalación, puede ser aconsejable despreciar los 2.5cm ( l i n ) exteriores del concreto en pilotes sin ademe, cuando se calcula el área de la sección transversal que contribuye a la capacidad.

Si los pilotes se excavan con lodo bentonítico, se deberá determinar la calidad del fluido (densidad, viscosidad, entre otros) y controlarla constantemente (ver Capítulo 8) para asegurarse de su correcto comportamiento (ADSC-SMMS, 1976).

El porcentaje de acero de refuerzo y la longitud del tramo que debe reforzarse se determinan en . base a los esfuerzos de compresión y flexión que . se determinen en el análisis. E n algunos casos puede omitirse el refuerzo de acero, mientras que en otros será menester colocarlo en toda la longitud del pozo. : . .

Si se proyecta introducir acero de refuerzo en pilas construidas con ademe, aquél debe llevarse hasta el fondo de la excavación.

El refuerzo se diseñará-según dos criterios:

- Por requisitos estructurales en cuanto a la flexión y la compresión que se .transmite desde la superestructura.

- Por un porcentaje de refuerzo mínimo, que no debe ser menor a l 0.6% del Ag para reducir el flujo plástico del concreto

El acero de refuerzo tiene por- supuesto satisfacer las especificaciones bajo las que construye la obra e n lo referente a calidad y limpieza. Se debe ten. cuidado al diseñar el acero de refuerzo para garantizar que sea estable durante el manejo y colocación. .Algunos proyec- t i s t a ~ emplean cinchos. .de -'acero colocados por debajo del zunchado en hélice para dar a l armado una mejor estabilidad. Los cinchos res mucho más eficientes cuando es posible sold

Un detalle. crítico en el diseño del acero de refuerzo es que debe dejarse una separación suficiente entre el armado y las paredes del. barreno, así como entre las varillas mismas, para permitir el paso libre del concreto colado. El recubrimiento mínimo debe ser de 7.0cm (2.76iri), excepto en pilotes expuestos a l agua de mar u otros ambientes muy agresivos, donde S

10cm (4in) como mínimo.

, . . . . . No'se puede diseñar una cimentación a pilas o pilotes colados en el lugar sin tomar e cuenta los procedimientos constructivos a segui Además, el diseño debe considerar la dispo bilidad de equipo y materiales y la experiencia los contratistas locales.

Mayores detalles sobre el diseño y constru pilas de cimentación se pueden encontrar 1972.

Diseño Estructural

.. 6

' : .En las ampliaciones de base de pilas en forma de ipana (Figura 4.3), l o s costados tendrán u inación no mayor a 30" con respecto a

r Y

t . . 'vertical. El espesor del borde del extremo inferior :será por lo menos de 15cm (6in) y el diámetro del

: ':fondo no debe exceder tres veces el diámetro del

' 1 t ~ - ~ n c l o s de columniir, oolocodor can . plantilla, siempre aue seo necesario - .- ' ,

B. Refuerzo de lo pilo

IT ~roiánouese seoún rrn noi

p. ',,' '. . &

;.-.-. .Figura 4.3, C ~ ~ g u r a c i ó n de una pila (CFE, 1981) c '. - .. Y - ' El diámetro del dado debe ser por lo menos 15cm

6 , ' v f - i . (6in) mayor que el diámetro del fuste. La altura 4:' c . : ael dado debe ser suficiente para alojar el pi' . .desarrollo del refuerzo vertical procedente del "5 , ' S , - . - . '

fuste, y las preparaciones o pernos de anclaje de la columna.

4.7 PILOTES SU JETOS A SOLICITACIO- NES HORIZONTALES

Cuando , los pilotes deben soportar fuerzas laterales significativas, deberá recurrirse a pilotes inclinados, o en s u defecto considerar dichas fuerzas laterales en el diseño de la forma que se indica a continuación.

En la mayoría de los casos, a excepción de pilotes rígidos cortos, la carga horizontal máxima que se puede aplicar con seguridad a . un pilote vertical está limitada no por la capacidad de carga del suelo circundante sino por la magnitud de la deflexión del pilote y de los momentos fiexio- nantes resultantes sobre el pilote.

El análisis del comportamiento de pilotes cargados horizontalmente puede basarse en el concepto de reacción elástica. Siguiendo este enfoque, se supone que el suelo alrededor de un pilote es equivalente a una serie de resortes horizontales, cada uno de ellos representando el comportamiento de una capa de suelo de espesor unitario (Figura 4.4). Cuando el pilote es empujado contra el suelo al actuar las cargas horizontales, el suelo se deforma y genera una reacción elástica que se supone idéntica a la fuerza que sería producida por un resorte ideal sujeto a la misma defor- mación. Con la hipótesis adicional de que el suelo es homogéneo. o de que todos los resortes del modelo son idénticos, el comportamiento del suelo se puede determinar si se conoce la constante equivalente del resorte. A esta constante del resorte, definida a continuación, se le llama coeficiente de reacción (&).

4.7.1 Coeficiente de reacción

Aunque su definición es simple, el coeficiente de reacción hL ha demostrado ser un parámetro muy dificil de evaluar. Esto se debe a l hecho de que no se puede medir en pruebas de laboratorio sino que más bien debe calcularse por retroalimentación a partir de pruebas de campo a escala natural. Las investigaciones han mostrado que varía no sólo con el tipo de suelo y sus propiedades mecánicas, sino también con el nivel de esfuerzos y la geometría del pilote. ,


Figura 4.4, Modelo para representar un pilote cargado lateralmente (CFE, 1981)

- A falta de mejor información, el coeficiente de reacción puede .estimarse con el método propuesto por Terzaghi (Terzaghi, 1955) quien establece las siguientes fórmulas y constantes de referencia para calcularlo.

a) En suelos predominantemente friccionantes:

donde

- Ks coeficiente de reacción horizontal a la profundidad t , t/m3

- z profundidad, m

- D diámetro del pilote, m

- nh constante relacionada con la compacidad del suelo, cuyos valores aparecen en la Tabla 4.1.

Tabla 4.1, Valores de nh para suelos predominantemente friccionantes

-

b) En suelos predominantemente cohesivos:

Ka = (67~u)/1.5D

donde:

- Ks coeficiente de reacción horizon

- cu resistencia al corte no drenada del t/cmz

- D diámetro del pilote, e n m.

Debido al efecto del nive1,de esfuerzos y geometría del pilote en el valor de Ks, así carácter empírico de estas expresio coeficiente de reacción determinado de es presenta un alto grado de incertidu usarse con criterio. .

4.7.2 Determinación de momentos y de

,Por simplicidad, sólo se considerará el común de pilotes con trabes de lig apoyadas sobre la corona de las pilas.

La distribución y magnitud de los deflexiones en un pilote sometido horizontales, es esencialmente funci rigidez relativa T del sistema pilote-sue dada por (CGS, 1978):

I / S . . . . 7- = [E] donde:

E módulo de elasticidad del m pilote, t/mz

I momento de inercia de transversal del pilote,

K8 coeficiente de reacción, t/m3

T rigidez relativa, m.

A partir de los valores d e T se pueden momentos Mp y las deflexiones bp profundidad, usando las siguientes fó

M p = F m P T

Compacidad del suelo

Suelta Media

Compacta

Nh, t/ms Arriba del nive1

£re&ica 230

680

1800

Abajo del nivel freático - 130

450

1100

.. . .

(4.8)

ones anteriores son aplicables a ales: Se dispone de poca

portamiento de grupos que el efecto de grupo

ducción en el coeficiente de e la separación entre

cción de la carga, según se

nte de reacción en grupos de el espaciamiento entre pilotes

1.00 Ks

0.70 Ka

0.40 Ka

,-. . 0.25 Ks

tre pilotes perpendicular a la no tiene influencia, siempre

rma aproximada las fuerzas n en un pilote por efecto de das en sus extremos, será 1 pilote empotrado a una el nivel de contacto con el teracción con el suelo en o de restricción en el

..- . -

momento a la profundidad z, t-m

deflexión a la profundidad z, m

factor de momento a la profundidad z, dado por la Figura 4.5

factor. de deflexión a la profundidad z, dado por la Figura 4.5'

" "

carga horizontal, t

rigidez relativa, m

módulo 'de elasticidad del material del pilote, t/m*

momento .de inercia d e . la sección transversal del pilote, m*.

Diseño Estructural

extremo superior del pilote se determinará a partir de la rigidez relativa pilote-cimentación

La longitud le se determinará como:

donde T está definida por la ecuación 4.6. .

Un método más refinado para realizar el análisis por cargas laterales se basa en la ecuación diferencial general para pilotes cargados lateralmente, expresada como'sigue:

donde:

y deformación del suelo

x profundidad a lo largo del pilote

E8 módulo secante de reacción del suelo, definido a su vez por. E8 = -p/y

En la que p es la presión de contacto entre el suelo y el pilote y depende de la interacción entre ambos.

Un modelo que permite resolver numéricamente con la ayuda de computadoras la 'ecuación diferencial 4.10 se ilustra en la Figura 4.4 . Las

. cargas se indican en el extremo superior del pilote, el cual presenta dos cambios en la rigidez a flexión. Una serie de resortes no lineales re presenta las características fuerza-deformación del suelo.

Una curva típica p-y para un suelo a una profundidad determinada se muestra en la Figura 4.6 . Tales curvas pueden obtenerse a partir de datos de pruebas de laboratorio.

Un análisis refinado del efecto de las cargas laterales se requiere sobre todo en estructuras marinas como duques de alba o plataformas, en las que se presentan cargas laterales importantes, debidas a impactos de embarcaciones en movimiento, al efecto del oleaje- y a la presión del viento sobre la superestructura. El método no se aplica a cargas sostenidas ni a sismo.


El método diferencial antes mencionado requiere la compatibilidad. entre el comportamiento de la superestructura, la cimentación a. base de pilotes y el suelo de apoyo. Esta compatibilidad se logra entre pilotes y superestructura manteniendo las condiciones de frontera apropiadas, para la ecuación diferencial de cuarto orden que define el comportamiento del pilote (ecuación 4. lo), y entre pilotes y suelos por medio de soluciones iterativas de la ecuación diferencial.

La solución de la ecuación 4.10 conduce a la definición de las distintas características del pilote; las expresiones correspondientes se pueden consultar e n la referencia CFE, 1981.

5 10 l 1 I l I

-0.2 O 0.2 0.4 0.6 0.0 1.0 Coeficiente de dcflexio'n .F 8

Coeficiente de momento. F,

K8 Coalicirnta da noccio'n E Uddulo da ilorlicidod del molariol da1 piloli 1 Momenia de inercia dr la srcciOn tron8uar8ol.dal pilote

Figura 4.5, Coeficiente de deflexión y de momento para pilotes sometidos. a carga lateral

(CGS, 1978)

DeflexiÓn del pilote, y

Figura 4.6, Curva típica p-y de u n suelo .a una profundidad r, (CFE, 1981)

REFERENCIAS

ACI Committee 336, Suggested design and construction procedures for pier foundations, ACI Journal, Proceedings Vol. 69, No. 8, USA, 1972.

ACI Committee 543, Recommendations for design, manufacture and installation of concrete piles, ACI Journal, Proceedings Vol. 70, No 8, USA, 1973.

ADSC-SMMS, Cimientos profundos colados en sitio, Memorias de la Reunión Conjunta ADSC- SMMS, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, México, D. F., 1976.

CFE, Manual de diseño de obras civiles. Estructuras, Fascículo C.2.2: Diseño estructural de cimentaciones, Comisión Federal de Electricidad, Instituto de Investigaciones Eléctricas, México, D. F. 1981.

CGS, Canadian foundation engineering manual. Part 3: Deep foundations, Canadian Geotechnical Sóciety, Montreal, 1978.

Leonards, Foundation engineering, G.A.., ed., McGraw-Hill Book Company, Chapter 7: Pile Foundations, New York, 1962.

Terzagh, K., Evaluation of coefficients of subgrade reaction, Geotechnique, Vol. 5, No. 4, London, 1955. '

Suelos, A.C. de Pilas y

Manual EM U.S. Army,

Diseño Estructural. - --

Design of - pile structures and foundations, Engineer Manual EM 1110-2-2906, Corps of Engineers, U.S. Army, USA, 1958.

Poulos, H.G. and Davis, E.H., Pile foundations analysis and design, J. Wiley and Sons, Chapter 15, USA, 1980.

Construcción de Cin

ste capítulo se presentan los procedimientos

fines de mayor claridad, se ha integrado al un apartado dedicado a los equipos que

nmente se utilizan en la construcción de

quipos, cuyo uso es común en otros países.

ue sirven para el levantamiento y

malacates que acciona a uno o ontados sobre una pluma y cuyos

idad motriz y los uina le permiten a l y a la pluma

ientaciones Profundas

adelante se describen, o bien para ejecutar maniobras.

Fig. 5.1, Esquema de una grúa sobre orugas

En el Anexo 5.A.1 se muestra una lista de grúas usuales para trabajos de . construcción de cimentaciones profundas.

Para el montaje de equipos de perforación o hincado, usualmente se requieren grúas de 45 a 80t de capacidad nominal, con plumas rígidas de 18.3m (60ft) de largo.

Para las maniobras se emplean grúas de menor capacidad nominal, aunque superior a 15t. Las condiciones del terreno dictaminan la conveniencia de que estén montadas sobre neumáticos o sobre orugas.

El uso de grúas telescópicas para construcción de pilas, es poco recomendable, por su ineficiente manejo de armados y tuberías de colado.

5.1.2 Perforadoras

Son máquinas para hacer barrenos en el suelo, por rotación o por percusión.

E n el caso de las rotatorias, la torsión se transmite por medio de una barra 'en cuyo

Manual de ~imentaciones Profundas " - .,..--...--.,-.M.-. "

extremo inferior se coloca una herramienta de avance tal como una broca, un bote cortador, una hélice. La barra se hace girar con algún mecanismo, o bien se levanta y se deja caer sobre el fondo de la perforación, lo cual da lugar a que las perforadoras sean rotatorias o de percusión, respectivamente.

a) Perforadoras rotatorias

Con hélice continua, montada sobre grúa o sobre orugas (Fig. 5.5). El suelo se extrae de manera continua, conforme se perfora el Suelo.

Cirulación inversa. Con estos equipos, se opera con el principio de un air-lift, como se describe en el apartado 5.2.1. -Para la construcción de pilas, estos equipos. pueden perforar profundidades mayores a lOOm (328ft) , Fig. 5.6.

Para la construcción de cimentaciones profundas, se emplean generalmente dos tipos de perforaciones con sistema rotatorio:

Con barretón o kelly de perforación; ya sea montadas sobre orugas, sobre grúa o sobre camión (Figs. 5.2 a 5.4). En este caso, el kelly puede ser de una sola pieza o bien telescópico de varias secciones, con el cual se extrae de manera intermitente el suelo perforado.

kelly

La selección de la perforadora más adecuada para un proyecto dado, dependerá de las características que presenten los materiales del lugar, así como del diámetro y profundidad de las perforaciones por realizar, el uso de ademes metálicos o lodos bentoníticos, entre otros.

En el Anexo 5.A.1 se muestra una lista de perforadoras comunes en la construcción cimentaciones profundas.

Fig. 5.2, Perforadora rotatoria montada sobre orugas (Bauer)

Construcción de Cimentaciones Profundas

ntada sobre grúa (Watson)

Fig. 5.4, Perforadora rotatoria montada sobre camión (Watson) ,

de fondo. Su aplicación principal es en rocas, ya que en suelos se .reduce su eficiencia. Para

mentaciones profundas, pueden alcanzar hasta n)de diámetro, como se indica en la

Tabla 5.1, Características de martillos de fondo @TH-Numa)

. .. .. .. . . -. . . .. . . . . . . . .. . . . . . . .. .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . .

perforaciones

61-86 2488 925 1322 83-109 5707 925 2454

Construcción Cimentaciones Profundas - -- - . .-u . -. . -

El sistema de corte opera con un par de torsión alto y baja velocidad angular, a una velocidad de avance vertical constante. Este equipo puede perforar a profundidades hasta de 100rn, 333ft, cortando inclusive roca, Fig 5.8.

En la Tabla 5.2 se presentan algunos modelos y capacidades de estos equipos.

Tabla 5.2, Almejas e hidrofresas

Marca Casagrande

hidrofresa Soilmec

Soilmec

Bauer hidrofresas

Modelo 1 Ancho, cm K 2200 1 50-120

5.1.4 Vibrohincadores t

Los vibrohincadores -(Fig. 5.9), también llamados martillos vibratorios, son máquinas diseñadas para llevar a cabo el hincado o extracción de tubos o perfiles de acero en el suelo, con la acción dinámica de un generador de vibraciones.

El equipo toma su energía de una unidad de potencia formada por un motor de combustión interna generalmente diese1 que acciona ,un generador eléctrico o una bomba hidráulica, con base en contrapesos excéntricos de rotación contraria.

Con un sistema de control remoto se arranca o para el generador de vibraciones y se accionan mordazas hidráulicas para .sujetar los tubos o perfiles durante su hincado.

La operación para el hincado de un tubo ademe se inicia cuando el vibrohincador se amordaza al borde superior de aqiíél; después se coloca verticalmen",:? cn el sitio indicado y se deja que penetre hasta ia p&; . ! i+dad de proyecto, por medio de la aplicación de vitr;:,!+,i-:;::, e1 P F ~ S O de! martillo vibratorio, y del tubo.


Fig. 5.9, .Esquema de funcionamiento de un vibrohincador (Harris, 1983)

En el Anexo 5.A.1 se muestran aparecen algunos modelos, . marcas y características de vibrohincadores.

5.1.5 Osciladoras de ademes

Equipos utilizados para hincar ademes, con un movimiento rotacional alterno y una fuerza vertical, Fig. 5.10.

Se. utilizan combinados con perforación rotatoria o la extracción de inaterial con almeja de gajos.

Usualmente están acoplados a una perforadora rotatoria sobre orugas, con la que se comparte la central hidráulica', aunque también operan en forma independiente, con una central propia

En la Tabla '5.3 se presentan algunos modelos y capacidades de osciladoras.

5.1.6 Desarenadores

Se emplean para remover partículas de suelo en los lodos de perforación. Sus principales componentes son: Fig. 5.11:

: G = Malla vibratoria para captar partículas . ?,

mayores de 5mm, 0.2in. . >

Hidrociclones. aue remueven las ~artículas finas en suspensión @ig. 5.1 1).

Fig. 5.10, Osciladora de ademes (Casagrande)

Tabla 5.3, Osciladoras de ademes

:Marca Modeb - Diámetro . máximo,

, . , . - cm Bauer BV 880-04

BV 100-04 Casagrande GCP-S-1000 220

GCP-S- 1500 270 GCL-S- 1000 205

Soilmec MGT-700 180 MGT-1000 200 MGT-1500 250

Par de

1280 ,

1200 2200

El lodo circula a través del conjunto de componentes por medio de bombas y tanques de ' - _ . almacenamiento temporal. . .

. w En la Tabla 5.4 se presentan diversos modelos y., . capacidades de estos equipos.

~ .' Tabla 5.4, Desarenadores de lodo bentonítico . ' -

. / 1 Marca 1 Modelo 1 C ~ p a c i d a d 1 Potencia 1 1 Bauer 1 BE-50 1 5 0

1 ~ ~ 1 5 0 1 150 39 Casagrande 1 D6 60 1 15

D 12 '. . .... 120 25 .Caviem Lyon 40

Blayais 100 1 SB-16 ( 200 1

Soilmec 50


dos (Bauer, Casagrande)

Vapor Neumáticos

Cerrados Vibratorios Baja frecuencia >

Alta frecuencia

Los martillos piloteadores originales, fueron masas de caída libre, que se colocaban en posición previa a l descenso mediante sistemas manuales o mecánicos, Fig. 5.13.

Con el desarrollo de la tecnología, se utilizó. vapor de agua o aire comprimido para levantar

actos en serie para pilotes. Existen diversos tipos de el hincado de pilotes:

Caída libre

Neumáticos

. . . . .

- , Fig. 5.12, Hidrociclones conectados en batería la masa que cae; mejoras posteriores dieron lugar al uso del vapor y aire comprimido para acelerar la caída de la masa durante su descenso lográndose una mayor energía en el impacto, Fig. 5.14.

Los más comunes, son martillos de combustión interna que emplean diese1 como combustible para levantar la masa golpeadora, al mismo tiempo que se aprovecha su explosión para incrementar el impacto del hincado.

Manual .

Cimentaciones - -- -- -- Profundas --

de martillo

Fig. 5.13, Martillo de caída libre

El ciclo de operación de los martillos diese1 se inicia con la caída libre de un pistón guiado dentro de un cihndro que, al comprimir el aire en el interior de la cámara de combustión, produce el encendido y explosión súbita del diese1 previamente inyectado. La explosión y el impacto de la masa que golpea provocan la penetración del pilote en el terreno y la expansión de los gases quemados impulsa al pistón hacia arriba y así sucesivamente, Fig. 5.14.

Los martillos de doble acción utilizan aire o vapor, que se inyecta en cilindros superior e inferior del martillo (Fig. 5.15) alternativamente, por medici de una válvula accionada por un pistón. Cambiando el suministro de aire a l cilindro inferior. se levanta el pistón, y el aire en el cilindro superior es expelido, para repetir el ciclo.

Con los martillos hidráulicos, el pistón es levantado hidráulicamente y entonces se deja caer libre o aceleradamente.

Casi toda la masa del martillo se encuentra en el pistón y s u caída se puede controlar automáticamente. E n general producen menos ruido y vibraciones que los martillos diesel, Fig 5.16.


5.2 CONSTRUCCI~N DE PILAS

Las pilas de cimentación tradicionalmente se construyen empezando por perforar el suelo con algún procedimiento, en seguida se coloca el acero de refuerzo y finalmente se vacía el concreto dentro de la excavación. Existen otros métodos, que integran estos tres conceptos, y otros elementos, tales como ademes, lodos, u otros.

Las condiciones geotécnicas, la selección del equipo y la técnica de cons.ucción adecuados son los aspectos fundamentales, que influyen en la construcción de pilas de cimentación.

Se deberán seleccionar .los equipos y métodos constructivos que garanticen la localización precisa de la perforación, s u verticalidad, que el suelo adyacente a la excavación no se altere, en lo posible, y que se obtenga una perforación limpia, que tenga y conserve las dimensiones de proyecto

' en toda su profundidad.

5.2.1 Perforación

El proceso .de perforación puede dividirse en varias etapas: aflojar el suelo, retirarlo o removerlo y el soporte temporal de la perforación.

Para cada etapa, distintas técnicas, herramientas y equipos pueden utilizarse, dependiendo del tipo de suelo a perforar, la geometría de la perforación, las condiciones estratigráficas e hidráulicas y las condiciones ambientales en el sitio de trabajo.

a) Aflojar el suelo

E n la Tabla 5.6 se muestran las distintas técnicas que pueden utilizarse. para aflojar el suelo, dependiendo de su compacidad o consistencia suelo, así como de la dureza de la roca;en sucaso.

Estas técnicas se comentarán brevemente, a continuación.

O Corte

Almeja de gajos. Esta herramienta tiene forma semicircular y penetra en el suelo por caída libre, compensando el peso de la almeja contra las fuerzas ascensionales causadas por la acción de cerrado de los gajos, Fig. 5.18.

: -.:g Tabla 5.6, Técnicas para aflojar el suelo . g . *

corte

almeia 1 dientes

% i G z q elemenlo

dientes de 1 uiilizado dientes de

1 de - 1 planos 1 punta de 1 carburo de 1 1 de fondo ( *i: '

gajos 1

1 botes.

bala herrui 7

tungsteno nienlu botes.

Fig. 5.18, Almeja de gajos (Bauer)

-

Encajar los gajos en el suelo incrementa la .?:i penetración de la almeja.. Si los gajos están;,.;:+ . .. soportados adecuadamente en la estructura :y principal de la almeja, pueden servir también'.-:$ . . como trépano en estratos muy duros. .. . . . . .* . . .

..::;: 11

Dientes planos,. cuchillas, botes, brocas. Durante r ,.G1

la perforación rotatoria, los dientes de corte‘,.^;,^ . . inclinados son rotados horizontalmente. 'La . , i cantidad de suelo aflojada durante cada rotación :?k varía en función de la inclinación de los dien@s:>.; - .- Asimismo, la inclinación de los dientes causa que.. ::; la herramienta de perforación se empuje por sí::!>,:: misma dentro del suelo, siempre y cuando se le i.'.:

.S : prov.ea del adecuado par de torsión. ..SI , ,':-,'

.A*. *

. > .- . . A 6

, . - - . . , . -1.; ,.i i 7

brocas broc;, bote . 9

corona

medidas en pulgadas 9/16

Fig. 5.19 se muestran diferentes tipos de y cuchillas 'planas, que se usan en

s tipos de suelo. Las aplicaciones de estos 'Bn brocas y botes de perforación se

.- brocas. El ripeado de liza con dientes, de tipo


- N" TO- 1

TO-5

Aplicación Portadientes

Acepta los dientes 101

Portadientes

Acepta los dientes 201, 21 1

Diente pequeño

Suelos duros, compactos, coral suave. Rotación recomendada 40 rpm '

Diente estándar

Suelos duros, compactos, coral suave. ~otac ión recomendada 40 rpm

Diente estándar de orilla

Suelos duros, compactos, coral suave. Rotación recomendada. 40 rpm

Fig. 5.19, Dientes planos y portadientes (Texoma)

de punta de bala, o con aplicaciones de carburo de tungsteno, Fig. 5.20; se colocan con un ángulo de ataque, y cortan un trozo de suelo durante la rotación de la herramienta de perforacibn.

Posteriormente, el resto del suelo o roca es removido con herramientas equipadas con dientes planos.


medidas en pulqadas 7-

C-30 BLOCK

Fig. 5.20,Dientes con punta de

Dado que los dientes tienen la tendencia a levantarse, las herramientas de- perforación requieren de ser empujadas hacia abajo durante la rotación. Con el uso de equipos de perforación equipados con par de torsión y facilidad de empuje vertical para la herramienta, además


Aplicación Diente con aplicaciones de carburo de tungsteno

Puede ser usado en materiales no fracturables, suelo congelado, materiales abrasivos. Roca media a dura. Rotación recomendada 20.a 2 5 r p m

Diente de orilla con aplicaciones de carburo de tungsteno

Puede ser usado en materiales no fracturables, suelo congelado, materiales abrasivos. Roca media a dura. Rotación recomendada 20 a 2 5 r p m

Cortador'de cuatro puntas cónicas de carburo de tungsteno

Puede ser usado en materiales no fracturables. El ángulo de ataque y las puntas cónicas incrementan las velocidades de penetración en la mayoría de los materiales perforables. Rotación recomendada 20 a 2 5 r p m Cuchilla de acero endurecido

Para perforar en suelos blandos. Rotación recomendada 4 0 r p m

Portadientes

Para usarse con dientes TRT-1, TWT-2, TK-55-C Y TDB-31

S con insertos de carburo de tungsteno y portadientes (Texoma)


En suelos muy duros, usualmente es más eficiente cortar primero un anillo exterior utilizando una herramienta conocida como '"bote corona" (core barrel) , Fig. 5.21, que es un tubo con dientes de punta de bala en la orilla inferior, generalmente de carburo de tungsteno. Se utiliza para cortar y remover corazones de roca, cuando ésta es demasiado dura para que las brocas la perforen eficientemente.

Fig. 5.21, Bote corona (core barrel)

Los botes corona se fabrican inclusive con una pared doble, con puntas tricónicas en la superficie de corte. El material así cortado es removido por circulación de aire, si la perforación es en seco, o por circulación de agua o algún otro fluido de perforación. La dureza de los dientes de las puntas tricónicas puede modificarse, para s u uso en diferentes tipos de roca. Es posible utilizar dientes tipo trépano, largos en suelos más blandos y cortos en suelos duros.

Uno de los problemas asociados con el uso de los botes corona es el corte y recuperación del corazón de material, una vez que la herramienta ha penetrado. Se pueden utilizar varias técnicas para este propósito; por ejemplo, si el corazón se rompe en una superficie de falla horizontal, un perforista experimentado puede levantar el corazón con un giro rápido de la herramienta. Alternativamente, es posible utilizar una herramienta en forma de cuña (core-lift) colocándola en el espacio anular, recuperando el corazón o cortando y recuperando. Si el barreno está seco y no es muy profundo, un obrero puede bajar al barreno, colocar un cable al corazón y retirarlo con una grúa. Si se tiene una almeja disponible, .puede ser usada para levantar corazones sueltos.

O Corte por percusión

Con este procedimiento, una carga puntual alta se aplica en la roca a l fondo del barreno, mediante la cual el material e s pulverizado en el punto de

Construcción Cimentaciones Profundas ,- - - -,.

De acuerdo con la resistencia al corte de la roca por perforar, la carga requerida por lOOm de ancho de rodillo, varía entre 3 y 5t .

La cobertura del área transversal se alcanza con un arreglo de rodillos en la cabeza rotatoria, de tal manera que cada rodillo describe una trayectoria de corte diferente, que se traslapa con la adyacente; Fig. 5.24; generalmente se aplica una sobrecarga adicional en la superficie, por medio de gatos o malacates.

El uso de lodos de perforación es necesario en la mayoría de las aplicaciones, para enfriar la broca y elevar el corte a la superficie.

Fig. 5.24, Brocas tricónicas

El proceso es adecuado para cualquier diámetro de perforación, pero'está limitado a la cantidad de sobrecarga requerida. Se han completado con éxito perforaciones de 2.5m y probablemente una sobrecarga de 80t esté cerca del límite.

b) Remoción de suelo

CI Transporte intermitente de material

Con este procedimiento, el suelo es recogido del fondo de la perforación con la herramienta, extraído a la superficie y depositado ahí. La herramienta regresa dentro del agujero. Los


principales sistemas de remoción intermitente son:

Almejas. Se mencionó la variante de almeja de gajos en el apartado a) de 5.21. Dado que los gajos forman una semiesfera cuando están cerrados, la capacidad de ésta y su correspondiente velocidad de perforación, son solamente un tercio del diámetro de la pila.

Para compensar. el pequeño volumen de excavación, se han desarrollado malacates de alta velocidad.

El tiempo requerido para regresar la herramienta al barreno se ha minimizado también utilizando un mecanismo de eyección acoplado a la grúa de perforación.

Es posible también utilizar una almeja bivalva, mecánica o hidráulica. Estas herramientas, a las que se ha añadido peso muerto, tienen dientes endurecidos para resistir los impactos, Fig. 5.25. Estas almejas actúan como una combinación de trépano y almeja de gajos.

El barreno avanza dejando caer repetidamente la almeja en ,el fondo del mismo, y extrayendo la almeja llena a la superficie, donde el material es vaciado.

Esta herramienta es pesada y relativamente costosa. Es efectiva penetrando suelos duros, rocas suaves y boleos, si se le selecciona y mantiene adecuadamente.

Perforación rotatoria. Es la forma más usada para la construcción de pilas de cimentación. La rotación se transmite de una toma de fuerza (mecánica o hidráulica) hacia una mesa rotatoria, que a su vez transmite la rotación a una barra de perforación, llamada kelly.

El kelly de perforación es un telescópico de sección cuadrada o circular, que transmite a la herramienta el par de torsión y la fuerza vertical descendente; esta última por medio del .peso propio del kelly y la herramienta, o mediante malacates o gatos hidráulicos.

Fig. 5.25, Almeja hidráulica "

__ _.

Hasta la terminación del proceso de perfora las herramientas de perforación ..están entra saliendo del . barreno .p.ara.. ser vaciadas en el .

exterior.

Las herramientas más comunes son las hélice y los botes; las primeras se ut generalmente en condiciones secas y tienen la :.: ventaja de ser fácilmente llenadas y vaciada

Las brocas están equipadas con una orilla d que, durante la rotación, rompe el suelo de lo cual el suelo viaja a lo largo de 1 Fig. 5.26. La broca se extrae entonces del b y se vacía por rotación rápida en el exterio un adaptado, si el suelo tiene alta plasticidad.

Pueden tener hélice sencilla o doble, de las condiciones del suel6y usualmente punta inferior (stinger) que previene cabe la broca, Fig. 5.27.

La punta de una broca de hélice sencil más rígida que una de doble hélice, primera debe sustentar un m desbalanceado.

E n estratos duros inclinados, es recom utilizar una punta más larga de lo usua

cuid


.adosamente, para que el material suelto pueda viajar hacia arriba sobre la hélice sin resistencia. El número y paso de las hélices varía

debe ser diseñada ampliamente, dependiendo del tipo de suelo por perforar.

Aplicación Suelos blandos a compactos

Roca no fracturable

Roca fracturada y masiva, suelos con boleos y fragmentos de roca

Roca no fracturada

Fig: 5.26, Brocas de perforación (Texoma)

Manual de. Cimentaciones Profundas ,-.-m.----.-------

optar por Dado que el volumen de perforación está determinado primordialmente por la longitud de la herramienta, así como la fuerza del malacate de extracción, las profundidades de perforación por ciclo pueden llegar hasta tres veces el diámetro de la pila, dependiendo de la altura de la broca.

aflojar los boleos an con brocas cónicas, Fig. 5.29 .- .:

* ;1. '!

E n condiciones dificiles, es necesario utilizar ,-: J , a'

varias herramientas diferentes e n la misma - ,:: perforación, de acuerdo a los distintos estratos '!.i

encontrad hélice y necesidad extracción

os, seleccionando el accesorios para

es condiciones de ci 1 de boleos.

tipo las

orte, ' Algunas brocas perforan grava y pequeños boleos, si caben entre las hélices. Otra manera de perforar en estas condiciones es extrayendo los boleos, fragmentados o enteros, con una herramienta como la mostrada en la Fig. 5.28. E n ocasiones, la extracción de un boleo grande puede causar grandes dificultades y se puede

Es neces; suelo, así existente.

aria una cuidadosa .como un análisis d Dara ~ l a n e a r el t i ~ o

usar.

Aplicación Suelos compactos, duros, suelos arcillosos

Suelos compactos, arcillas duras, matrial fracturado, gravas

Materiales no fracturables, alta abrasión, suelos congelados, roca media a dura

TPB- 1 Materiales fracturables a no fracturables, arenisca, caliza, dolomita, coral. Roca dura a muy dura

Suelos compactos, coral, ~irciilas duras

. . ... .-.. .

Fig. 5.27, Punta inferior para botes y brocas -stinger (Texoma)

Construccidn de Cimentaciones Profundas

con fondo plano

con dientes de punta de bala

con fondo rotatorio

Fig. 5.30, Botes de perforación (Casagrande)

Flujo directo -chifioneo con agua

Durante la perforación, se bombea aire o agua a través de la sarta de perforación hasta el fondo del barreno. El corte se transporta a la superficie y afuera a través de la separación entre el suelo y la tubería, Fig. 5.31. Para esta técnica, las velocidades de la corriente de aire oscilan entre 15 y 3 0 d s y las velocidades de chiflón de agua alrededor de Irn/s.

Para minimizar la cantidad del agente de flujo, el espacio anular entre la tubería y el suelo se reduce al mínimo de lOmm, incrementando el diámetro de la tubería. Esto se convierte en un incremento de velocidad del fluido. El flujo directo se utiliza generalmente en barrenos de diámetro pequeño, debido a las cantidades de fluído necesarias.


Fig. 5.31, Esquema de flujo directo

Flujo indirecto

Durante el flujo indirecto, la mezcla fluido-suelo cortado se transporta a la superficie por dentro de la tubería de perforación, mientras que el fluido entra por el espacio anular entre la tubería y el suelo. Se puede utilizar tanto agua como lodo bentonítico como fluidos. La circulación de esta

. forma se puede alcanzar por:

Bomba de succión

Se monta una bomba. centrífuga en la parte superior del barreno, que utiliza como elemento de succión la tubería de perforación, elevando la mezcla fluido-suelo a la superficie, hacia un tanque de sedimentación o una unidad desarenadora, Fig. 5.32.

La diferencia de nivel entre la bomba y el fluido en el barreno no debe de exceder la máxima carga de succión de 6 m (19.8ft) .

Air lift

Se introducen cantidades relativamente pequefias de aire (6 a 10mVmin) bajo la tubería de perforación. La diferencia en gravedad específica entre la mezcla aire-agua y el fluido circundante se .convierte en un gradiente de presión, que provoca un efecto de succión en el extremo de la tubería, Fig. 5.33.

El impacto de este efecto depende de la c hidráulica y de la profundidad de extracción. La : principal desventaja es que este sistema &m a succionar con una carga hidráulica de. (33ft)y alcanza niveles adecuados a partir d (49.5ft)

La velocidad de extracción con este sistema, depende del diámetro de la tubería, así co gasto de aire inyectado. La profundidad alc es función de la presión del aire.

Fig. 5.32, Esquema de bomb

, . .

Fig. 5.33, Esquema de un sis

1 a 2m (3.3 a 6.6ft) arriba del , se inyecta agua o lodo esión dentro de la tubería de

mo una consecuencia de la rollada bajo la boquilla de suelo-fluido es succionada

e una bomba de chifioneo

Fig. 5.35, Esquema de circulación inversa . , .., .

Construcción Cimentaciones Profundas

Circulación inversa

El fluido es inyectado a presión en el espacio anular exterior en la parte superior del barreno, Fig. 5.35. Como resultado, la mezcla fluido-suelo es empujada hacia arriba a través de la tubería de perforación. Este sistema no se ve afectado por variaciones en la presión o cambios en la carga hidráulica; sin embargo, es difícil obtener un sello apropiado en la parte superior del barreno.

Hélice continua

Esta técnica es un caso especial, también conocida como augercast. Se perfora utilizando una broca con hélice continua (CFA), con una longitud superior a la del barreno, Fig. 5.36. Posteriormente, se bombea concreto a través de la hélice hueca (también llamada ademe espiral), al mismo tiempo que la hélice se retira sin rotación.

Durante la extracción de la hélice, la broca pasa por un sistema de limpieza adaptado a la perforadora, que remueve el material de corte de las hélices.

Durante la perforación, todas las fuerzas actuando en la broca de hélice continua (par de torsión, empuje descendente y ascendente) deben ser disipados a través del mástil de la perforadora. Por este motivo, el sistema está limitado por la profundidad de perforación, el diámetro de la pila y la resistencia del suelo.

Es usual construir pilas de 0.3, 0.45, 0.6 y 0.75m (1, 1.5, 2 y 2.5ft)de diámetro y excepcionalmente de 0.9m (3ft) de diámetro. Las profundidades máximas construidas son de 30m (100ft).

Con este procedimiento es posible construir también pilas secantes o tangentes, como soporte de excavaciones.

5.2.2 Soporte temporal

La protección de la perforación puede ser requerida por la inestabilidad propia del material o por la presencia del agua freática.

Tal protección, que puede incluir además de las paredes el fondo de la perforación, puede lograrse con el uso de ademes metálicos, como se describe a continuación o con lodos de perforación como se indicará en el siguiente apartado.

Manual de Cimentaciones Profundas --- m----- --

L.. . ..

1 2 3 perforar con la hélice bombear concreto a través vibrar o empujar el acero de continua hasta la de la broca hueca, y al refuerzo con separadores profundidad requerida mismo tiempo extraer la dentro del concreto fresco

hélice sin rotación

Fig. 5.36, Sistema de hélice continua (Bauer)

4 pila terminada

.- También es posible utilizar soportes permanentes, freático, apoyarse sobre el suelo estable, o bien

-

como ademes espirales metálicos, de cartón, hincarse sintéticos, e inclusive metálicos. ejemplo,

en toda la si el manto

longitud de la de arena menc

, -. cuando menos igual a la profundidad máxima, . ':

a) Ademes metálicos Fig. 5.37. La extracción del material del interior' . Tnc a r l ~ m ~ c rne+iili~nc rnn tubos de diámetro tubo se puede realizar 'On -,,;

,llPrirlJI nlrJI herramienta apropiada para el tipo y condiciones ,: .: --u ------ -----""- ---- acorde al de la perforación rec,-,,--- ,-A U -- ,--. El espesor de la pared del tubo es función de los del suelo,

esfuerzos a que estará sor-""- '-----'- --- hincado y extracción y su long -....I.l..--- d.. :..-"+#.l..:l:a-a -

por ejemplo i m bote' cortador.

neciau auranw su . ..s.

3tud depende de los Los ademes metálicos empleados en la perforación S I . p.:" ,

yluuuzuraa u= riicabauuiuau de cada de pilas pueden ser recuperables, cuando ser . caso. extraen al finalizar el colado de la pila, o bien

pueden perderse cuando se integran a ellas. , , l

proteger el inicio de la perforación (emboquillado), como en el caso de un estrato pUeUe" U'

superficial de arena limpia con o sin nivel

Construcción Cimentaciones Profundas - --

alrededor de 2m (6.6ft) de diámetro, y profundidades de 20m (66ft).

Actualmente, existen vibradores hidráulicos, que permiten variar, en forma continua, la frecuencia y la amplitud de vibración, lo cual eficienta la velocidad de penetración, , y , reduce los riesgos a colindancias o vibraciones no deseables en el suelo.

Fig. 5.38, Vibrohincado de ademe

O Oscilatorio

Con este procedimiento, el ademe se sujeta con un collar circular, que es operado hidráulicamente, y rotado alrededor de 20" en direcciones alternas. Simultáneamente, el ademe es empujado dentro del suelo por gatos hidráulicos, Fig. 5.39.

El ademe se coloca en secciones, usualmente de 6 m, de tal manera que permita perforar dentro del mismo, antes de continuar colocándolo. Estas secciones se unen entre si hasta alcanzar la profundidad deseada, por medio de collares con insertos cónicos para tornillos, Fig. 5.40. El espesor de la pared de estos ademes, para trabajo pesado, está entre 40 y 60mm (1.6 y 4.7in).

Fig. 5.39, Colocación de ademe con osciladora

Con objeto de reducir el peso total, es común utilizar ademes de doble pared, con rigidizadores intermitentes.

Aunque esta técnica no está influenciada significativamente por el tipo de suelos a perforar, en general está limitada a diámetros de alrededor de 2.5m y profundidades de alrededor de 30m (100ft).

Fig. 5.40, Acoplamiento de ademes metálicos seccionados

Se aplican pares de torsión de hasta 2OkN.m (14,8191b*ft), y fuerzas en. los gatos de 20kN, (44901b).dependiendo del equipo utilizado.

182

D Rotatorio

perforadora rotatoria

(ascendente o descendente) de 4kN.

perforación de hasta 30m (100ft).

os de perforación - - -

fluido que se coloca en un barreno como temporal durante el proceso de

desarrollaron los sistemas de

ucida la técnica del lodo de or las ventajas que presenta sobre el. anteriormente se venía usando. te, se amplió el campo de acción del s pozos de agua, la exploración suelos y la construcción de pilas y

. . . . - - .

la perforación, el nivel de nerse siempre por arriba del nivel

encontrado en el suelo.

ceso de perforación, el lodo se

a r las paredes; en el caso del lodo bentonitico, forma una película plástica e

roducida por la deposición partículas sólidas del lodo a l

filtrarse éste a través de las paredes de la perforación. Esta película llamada también enjarre o costra (cake), permite que se desarrollen las presiones

icas del propio lodo contra las erforación, buscando así su

la vez impide la pérdida el agua del mismo lodo hacia el

interior del barreno, lo cual es una de las nestabilidad en las paredes

transportar recortes del suelo, e n operación el equipo de

perforación, se producen recortes del material excavado que son removidos del fondo y transportados ...... .. hasta la superficie gracias a la circulación del lodo. La capacidad para mantener en suspensión las partículas del suelo recortadas

con la que fluya ascendentemente el lodo 'dentro de la perforación.

lubricar la herramienta corte, evitando el daño que

. . . . . . - . .

Construcción de Cimentaciones Profundas -- -

presenta la generación de calor por la fricción continua. Por otra parte, permite la lubricación de las barras de perforación contra las paredes del barreno.

P Contrarrestar subpresiones, que se presentan por gases, artesianismo, u otros; ,para ello, es común la adición de materiales inertes pesados como la barita.

O Soporte con agua

Se puede utilizar simplemente agua para estabilizar una perforación; preferentemente arcillas (bentoníticas o no), limos y arenas finas; para este propósito, en general se requiere de una carga hidráulica, por encima del nivel freático de cuando menos 2m (6.6ft), mantenida en forma constante.

o Soporte con lodo bentonítico

El lodo bentonítico generalmente se forma con agua dulce y arcilla bentonítica sódica, aunque recientemente se han desarrollado fluidos de perforación en los que se ha sustituido el agua por aceite y la arcilla bentonítica por polímeros.

La estabilización de perforaciones para pilas usando lodo bentonítico, se aplica a suelos inestables que presenten problemas de derrumbes ya sea por presencia de agua freática o por sus desfavorables propiedades mecánicas.

Adicionalmente el lodo permite soportar en suspensión partículas sólidas evitando con ello sedimentaciones indeseables, durante la fase de colado.

El lodo estabilizador debe sustituir progresivamente el material extraído de la perforación, teniendo especial cuidado del mantener el nivel de aquél muy cercano a l brocal, para garantizar que aplique la máxima carga hidrostática sobre las paredes.

Por su bajo costo y fácil preparación, el lodo de perforación más comúnmente usado en México' incluye agua dulce, con menos de 1% de cloruro de sodio y menos de l2Oppm de sales de calcio, en suspensión, mezclado con bentonita sódica o cálcica.


Cuando el agua de mezclado es salada, como ocurre en las costas, se puede utilizar arcilla "atapulgita" que tiene la propiedad de hidratarse en aguas de alta concentración salina.

Con respecto a la manera que el lodo bentonítico sirve para soportar una excavación, la parte primordial es que se forma u n sello, que reacciona contra la presión hidrostática de la columna de lodo. A medida que los vacíos del suelo se llenan con partículas de bentonita, una costra se forma en la superficie expuesta.

E n la Fig. 5.42 se muestra la pared de una perforación con lodo bentonítico. Se observa que, dependiendo de la porosidad del material que se perfora, el lodo penetra lateralmente determinada distancia.

lodo bentonitico

parliculas de 1 suelo

suelo compacto

lodo bentonitico

de bentonita

suelo suelto

Fig. 5.42, Formación de costra ( ~ e e s e and O'Nedl, 1988)

La habilidad de un lodo de perforación para cumplir con los objetivos antes señalados, depende de varias propiedades ingenieriles, que se mencionan a continuación. Estas propiedades

son una función de varios factores: cantid bentonita presente, el método y duraci mezclado, el tiempo de reposo y su gr

. - ... contaminación.

Propiedades

A continuación se indican las propiedade lodos bentoníticos usados para la constru cimentaciones profundas. Su de calidad se especifican en los in apartado 8.12.2 del Capítulo 8:

- ens si dad - Viscosidad Marsh - Viscosidad plástica y punto de cede - Rendimiento - Filtración - Contenido de areña' - Potencial hidrógeno

Dosificación

Para determinar con precisión la ca bentonita seca que debe mezclar producir u n lodo cuyos valores de p queden dentro de los rangos' espec necesario realizar pruebas previas co concentraciones y dejándolas Suficien menos 24 horas) para que alcancen hidratación.

Se acostumbra llamar rendimiento de una.'::- bentonita a la cantidad -en'm3 de lodo bentonítico::':, con 15 centipoises de vi elaborar con una tonelada

Este rendimiento experimentalmente, efectuando diferentes proporciones. Con una construcción:~,. gráfica se puede establecer la proporción con la::;: cual se logra una viscosidad plástica. de 15.:j'-$ centipoises.

E n la Tabla 5.7 se muestran v partida para la dosificación de lodos

Este proceso contempla yarias fas almacenaje y recirculación. En la muestra una planta de lodos típica.

La mezcla debe realizarse con algú permita la mayor dispersión p partículas de bentonita evitando 1

,Viscosidad.

% *Densidad Marsh cpe

B,)Mezclador cololdal 81) Mezclador de tanque meiáliw

bomba

Los tipos de mezcladores más comunes son los llamados "coloidales" y los de chiflón, Fig. 5.44.

Con estos sistemas, es común emplear entre 3 y lOmin de mezclado para lograr una buena iudratación inicial.

Para lograr un aprovechamiento máximo de la. bentonita, es conveniente dejarla en reposo de 8 a 24 horas, con objeto de que se hidrate. Con esto, su viscosidad plástica y punto de cedencia aumentan, el agua libre disminuye, aunque el espesor de la costra permanece constante.

Estabilidad de perforaciones ademadas con lodo

Al construir pilas y muros ademe colados in situ, con ayuda del efecto estabilizador del .lodo bentonítico, es necesario analizar previamente, con ayuda de fórmulas adecuadas, la factibilidad de que realmente se produzca dicho efecto.

La densidad del lodo interviene directamente en la presión de la columna de lodo que estabiliza las varedes.


Las fórmulas de análisis que aquí se presentan se desarrollaron con base e n la teoría de Rankine para el caso de empujes . activos en suelos, comparando por u n lado el empuje activo del suelo (EA) más el hidrostático, del agua freática (EH) contra el empuje hidrostático del lodo bentonítico (EL), Schmitter et al., 1976.

Dado que en todo momento se debe cumplirque:

para asegurar la estabilidad de la zanja, podría entonces definirse un factor de seguridad ( F a , como la relación: -

mezclador "coloidal"

Aplicando esta idea a la estabilidad de perforaciones circulares, se obtienen las siguientes expresiones:

suelos predominantemente friccionantes

,suelos predominantemente cohesiuos

donde

y~ peso volumétrico del lodo y peso volumétrico del suelo yu, peso volumétrico del agua . y' peso volumétrico sumergido del suelo c cohesión del suelo

ángulo de fricción interna del suelo

mezclador de chiflón

Fig. 5.44, Mezcladores para lodo bentonítico

El resto de las variables se definen en la Fig. 5.45. i:..if - . . y,, . .

". ? . , Se hace notar que la variable de más influencia en .,!:'::

, . la estabilidad de la perforación es la altura del ;' ',,

lodo dentro de la misma; se debe mantener el lodo .:':'? 1 ..

de perforación en un nivel cercano a la superficie; ;;:;.- de lo contrario, es difícil estabilizar la perforación, . :-?; .-. . independientemente de las propiedades del lodo. . .,.

: 1

. .,:. 3 E n general, se requiere de una carga hidráulica..:::; de cuando menos 1.5m (5ft), por encima del nivel-':: -;. de aguas superficiales. ,-, ~ : ,?. . , .- 1,.

. . !T .. . . . '. , , -'S: . ,. -A

También es posible definir el peso volumétrico de <::: lodo bentonítico necesario, en función del factor .:!,S

:' . . 4 de seguridad deseado: -.- ", .;e

,J. ,- "-,,,m

t., 9 - >" .$

"

:':i'.l suelos predominantemente friccionantes

y'?'- suelos predominantemente cohesivos

' . Fig. 5.45, Definición de variables para el análisis ti. . de estabilidad de una perforación, ademada con i*- lodo bentonítico (Schmitter et al., 1976) $-. 3

4 ,y , En casos de gran inestabilidad, es posible ademar !, -C la parte superior de la perforación dejando que el $' . lodo bentonítico llene el resto. . . ., 3'

.' - ,. - -- - Reutilización de lodos p: ; $: ),. . ' ' Un lodo puede perder sus propiedades específicas

para perforación cuando se contamina por -y. captación de sólidos indeseables, ya sean arcillas

; ?

,& ', que provoquen un incremento en la viscosidad o :- arena de las formaciones atravesadas que causen

, , problema's de sedimentación no controlada.

8% l,-

Cuando el análisis económico lo indica, es posible .$ * ,

g, reutilizar el lodo de perforación, para lo cual se Li * ; requiere de ciertas instalaciones que permitan

regenerar sus propiedades. P. , . F-y

&' ; > Cuando se contamina con arcilla, la p. . Fi . ;,,- regeneración del lodo se realiza agregando

7.- *, L . agua para diluir la mezcla; en ocasiones se


emplean aditivos que la mejoran, sin embargo, siendo la arena el contaminante más común, se han desarrollado algunas técnicas para separarla del lodo, entre las cuales destacan las siguientes: Empleo de tanques de sedimentación, que pueden ser portátiles o bien formados en el sitio, hacia los cuales se envía el lodo, dejándolo en reposo un periodo de tiempo suficiente para que ocurra la separación por simple sedimentación, Fig. 5.43.

9 Uso de mallas vibratorias, de diferentes aberturas, colocadas en serie (una a continuación de otra) con un motor que les transmite vibraciones, de tal manera que se facilita el paso del lodo a través de ellas, iniciando su recorrido por la de mayor diámetro. El lodo filtrado se recupera en tranques donde por sedimentación termina su tratamiento . para ser utilizado nuevamente.

9 Aplicación de hidrociclones para la separación de arenas, cuya función es separar la fracción Fina de sólidos que no fue posible retener en las mallas. En la Fig. 5.50 se presenta un hidrociclón.

salida lodo

g/ salida de sólido

v Fig. 5.46, Esquema de funcionamiento de un

hidrociclón

Antes de colocar el concreto, se verifica que el lodo 'mantenga las propiedades adecuadas: viscosidad,


densidad, porcentaje de arena. Si es necesario, se cambia el lodo colocado por fresco, como se muestra en la Fig. 5.47.

9 Soporte con polímero

Este fluido consiste de una. solución de una cadena larga de mol'éculas de peso molecular bajo, diluida en agua. Como resultado de su estructura tipo red, las moléculas son capaces de mantener en suspensión las partículas pequeñas, y mostrar propiedades similares a las suspensiones bentoníticas.

Las ventajas sobre el lodo bentonítico son:

9 Menor volumen de polímero respecto de bentonita, para la fabricación de una unidad de lodo. La dosificación para un lodo común, es de 1 a 2kg/m3

> ' Mezclado rápido y sencillo, ya que no se necesitan mezcladores de tipo coloidal o de chiflón, como con el lodo bentonítico

9 Costra (cake) delgada y flexible.

9 Es posible recuperar todo el material suelto de. la perforación, aún siendo arena, con brocas convencionales

9 El lodo no se contamina al perforar suelos ácidos. Inclusive, para la fabricación de lodo es posible usar agua carbonatada, o inclusive agua salada

9 Al colocar el concreto, éste no se mezcla con el lodo, por lo que tampoco se contamina

9 El desarenado se facilita, respecto del lodo bentonítico, ya que únicamente requiere tanques sedimentadores

9 Algunos . productos son biodegradables o fácilmente degradables.

Sus principales desventajas son:

> Su punto de fluencia es nulo, por lo que las partículas sólidas no se mantienen en suspensión

A la planta - Lodo de reciclaje reciclado

Aire Lodo comprimido reciclado 4 4

.g. 5.47, Cambio de lodo bentonítico en una pl (LCPC, 1986)

una gran variedad de productos de este

roca de hélice continua, el hélices provee el soporte

del barreno. Durante la

1 fondo y la pared de la

de extracción es una requiere de operadores

colado se monitorea con e indican la velocidad de

Polimero 1 unidad

Algunos

0.15 %

8

100 %

30cm3 20cm3

Bentonita 40 unidades

No

6 %

9

20cm3 17cm3

Construcción Cimentaciones Profundas - -.

5.2.3 Técnicas adicionales

a) Ampliación de base

Cuando se utiliza el sistema rotatorio de perforación, se puede crear en la pila una base ampliada, también conocida como campana, que incrementa la superficie de contacto con el suelo competente y la capacidad de carga de la pila.

Se utiliza una herramienta especial, llamado bote campana. En su posición cerrada, el bote penetra dentro del fuste recto de la pila; a l llegar al fondo se expande para que la base de la pila se amplíe.

La campana puede ser de diferentes formas. La más común es la estándar, Fig. 5.48, con ángulos de corte mayores o iguales a 60" respecto a la horizontal, y diámetros máximos de campana de hasta 3 diámetros del fuste.

Fig. 5.48, Bote campana

La herramienta tiene brazos articulados, que pueden ser empujados hacia afuera con la fuerza vertical descendente del kelly. La rotación del bote en el barreno corta el suelo circundante, que se transporta a l centro. Cuando se extrae el kelly, los brazos cortadores se retractan y el bote se levanta.

La construcción de una campana puede ser un proceso lento, comparado con la perforación del fuste, dado que sólo una pequeña cantidad de suelo puede ser retirada en cada ciclo.

Los botes campana normalmente cortan diámetros base de hasta 3.7m, aunque es posible efectuarlos de hasta 7.3m, con equipo especial. Usualmente no se construyen campanas en fustes menores de 0.6m.

Man ual -- Cimentaciones Profundas . .

Aunque lo ideal es realizar las campanas en forma mecánica, es posible excavarlas a mano, aunque el proceso puede ser lento, peligroso y costoso

La ampliación de base se utiliza en suelos cohesivos firmes. . Durante el proceso de construcción en suelos inestables (sueltos y saturados), existe el peligro de colapso de las campanas; la resistencia del suelo, la estratigrafía y el flujo de agua subterránea son factores importantes, que deben ser analizados y tomados en cuenta.

Las ventajas económicas de las campanas se reflejan en la reducción del fuste de las pilas, que utilizan menos concreto; sin embargo, en condiciones difíciles de suelo, tales como boleos, suelos no cohesivos, sueltos o con lentes de arena o limo, es prácticamente imposible formar una campana.

E n suelos bajo el nivel freático o perforaciones estabilizadas con Iodos, no es recomendable construir campanas, aún cuando el suelo sea estable, ya que es difícil que el concreto desplace el lodo en algunas esquinas de la campana.

b) Inyecciones - . .

El diámetro de la base de una pila incrementarse inyectando lechada de cemento o concreto, después de que se construido la pila. Esta inyección tiene

base, Fig. 5.49.

inicio de la hincado de base formación de pila instalación ademe hasta formada fuste de pila terminada

estrato en el resistente estrato

resistente

Fig. 5.49, Método Franki COI

beneficios: la dure incrementarse friccionantes) y (esfuerzos confi alrededor de .la b

y 'asentarnientos.

c) Expulsión del fondo

El método de

un tapón comp fondo". Después concreto seco o y se utiliza u n

-

irucción de pilas (Fuller, 1983)

cargadas únicamente por del refuerzo de acero hasta

.' -úna profundidad de alrededor de 2m (6.6ft) mayor - - /

y : a la profundidad del ademe temporal, con el '9 'x.'.. objeto de prevenir la tendencia del concreto a 2: elevarse, al extraer el ademe.

'- . - , 'Las pilas sujetas a fuerzas de tensión, laterales y cargas excéntricas, requieren de un refuerzo

iadecuado, diseñado para tolerar esas fuerzas, '"' 6':. : .; generalmente en toda la longitud de la pila. k: . . e.J:, El armado terminado, deberá ser lo , .

1:. suficientemente robusto para su manejo, izaje y y - idescenso dentro del barreno s m aue sufra

splazamiento de barras irillas no deberán estar

fuerzas de impacto, el suelo la base de la pila es desplazado onitoreando el volumen y la

crear la base de la pila, se concerniente a la capacidad

. . ' armadas con demasiada densidad, que impida que

;-. , Q ,. el concreto fluya Libremente entre ellas. r"k : 5-.. :En la Fig. 5.50 se muestran los elementos

!>principales de un armado para pilas: acero de ;; 6- ' -refuerzo longitudinal y transversal, que se unen

*'; mediante alambre o soldadura.

refuerzo longitudinal 1 - A n 1

Fig. 5.50, Elementos del acero de refuerzo de una '-. kf 1 pila (LCPC, 1986)

ngitudinal tiene la fu.nción sección de la pila, los

9;: ' momentos flexionantes aplicados. -- , .

Construcción Cimentaciones Pro fundas .- -. -. -.

El acero d e refuerzo transversal tiene tres funciones:' - mantener en posición al acero longitudinal, resistir fuerzas cortantes y prevenir grietas longitudinales derivadas de alguna rotura en el concreto.

a) Traslapes

Para el corte y armado del acero de refuerzo debe planearse su "secuencia de utilización" con objeto de que además de procurar que los empalmes o traslapes no aueden en la misma sección transversal, de acuerdo a los reglamentos respectivos, se logre un aprovechamiento más racional del mismo., La Fig. 5.51 ilustra varillas de longitud comercial de 12m (39.6ft) en un armado de 16m (52.8ft) de largo.

Fig. 5.51, Secuencia de utilización de la varilla de 12m de longitud y %" 0 en un armado de 16m de

longitud

Cuando un elemento estructural requiere varillas de mayor longitud que las que normalmente se fabrican, se recurre a traslaparlas o empalmarlas para alcanza? la longitud requerida en los planos del proyecto. Para varillas del No. 8 y menores, se recomienda usar traslapes de longitud equivalente a 40 diámetros de la varilla, aunque nunca menores de 30cm.

Para las varillas del No. 10 o mayores no se aconseja el traslape y debe recurrirse a l soldado de las mismas, a conectores mecánicos o conexiones especiales.

Cuando en una sección transversal concurran más del 50% de los traslapes, la longitud de estos deberá ser un 20% mayor; los estribos en dicha zona de traslapes deberán tener el espaciamiento mínimo posible. Para refuerzo en espiral, el traslape deberá ser equivalente a 1.5 vueltas.

Manual de Cimentaciones - -- - Profundas - -

b) Ganchos y dobleces

Cuando por el espacio disponible no es posible dar la longitud necesaria para desarrollar el esfuerzo de adherencia entre el concreto y el acero, se recurre a la técnica de efectuar dobleces en el extremo de varilla, a fin de formar ganchos o bien, escuadras.

Estos dobleces deben tener una geometría determinada, que depende del diámetro de la varilla, de la resistencia tanto del concreto como del acero y de la ubicación de la varilla respecto al espesor del elemento estructural.

En el caso del acero longitudinal, no se recomienda el uso de estos ganchos en el fondo de las pilas, Fig. 5.56; en el acero transversal, se deber5 tener cuidado de los dobleces no se coloquen en el mismo plano vertical que el estribo superior, como se muestra en la Fig. 5.53. En la Fig. 5.54 y Tabla 5.9, se dan las dimensiones y geometrías de dichos dobleces.

concreto contaminado configuración aceptable en el fondo de la pila

Fig. 5.52, Efecto de dobleces en el fondo de la pila (LCPC, 1986)

Fig. 5.53, Guías para la construcción de armados de pilas, LCPC (1986)

---- --------e----

oiiemn A i i o *

Fig. 5.54, Geometría y dime dobleces

Tabla 5.9, Medidas d s a, j y formar ganchos

Varilla dh Ganchos a Ganchos a 180° 90 O

2.5 6db 11 13 12 6 3 6db 14 15 13 8 4 6db 19 21 15 10 5 6db 23 27 18 13 6 8db 27 32 20 15 7 8db 32 37 25 18 8 8db 37 42 33 25 9 lOdb 42 49 38 29 10 lOdb 47 59 50 39 12 lOdb 58 71 60 50

Se aconsejan los siguie mínimos:

Medio Ambiente Elemento

Pila 7.5cm

c) Recubrimientos y espaciamientos

El recubrimiento es el

estructural de concreto y la cara exterior del acerr 1' de refuerzo más cercano.

Dicho recubrim acero de refu atmosféricos o

algunos producen corrosió la seguridad del elemen estructura.

Cons mtrucción de Cimen

d) Manejo y colocación

Para el manejo de acero dentro de las pilas de cimentación, debe colocarse refuerzo adicional, para formar "armaduras" que permitan s u manipulación y traslado una vez armado. sin que se presenten deformaciones, movimientos o desplazamientos del acero longitudinal o transversal.

La forma de "armar" el acero de refuerzo para permitir su manejo, dependerá de la longitud y peso del mismo, así como del equipo disponible para su manejo, Fig. 5.56.

Cuando el método constructivo empleado establezca la extracción del ademe, se deberá tener cuidado p a r a , evitar que el armado se deforme que quede en ' contacto con el suelo . '

durante tal extracción, Fig. 5.57.

pilas (LCPC, 1986)

Fig. 5.57, Mecanismo resultante de la extracción deficiente de un ademe metálico (LCPC, 1986)


5.2.5 Concreto

La integridad y la calidad del fuste de una pila es de fundamental importancia. Se han desarrollado mezclas de concreto y métodos de colado especiales para las pilas de cimentación. Esto h a conducido a la adopción de mezclas con alta trabajabilidad, usando diferentes tipos de aditivos (fluidificantes y retardantes), que permiten que el concreto fluya con facilidad entre el acero de refuerzo y e n el contacto con el suelo.

Se , utilizan mezclas de concreto de alto revenimiento, auto-compactables.

Generalmente se utiliza u n mínimo de 250kg/mz, incrementándose , hasta 400kgh*, con revenimientos mayores a 15cm, con u n incremento correspondiente del contenido de agregado fino, para mantener la cohesión de la mezcla

Es importante que el agregado pase libremente entre los intersticios del acero de refuerzo, para que logre ocupar todo el volumen excavado para la pila, por lo que se recomienda que el tamaño máximo de los agregados no sea mayor de 213 partes de la abertura mínima entre el acero de refuerzo o del espesor del recubrimiento, lo que sea más pequeño.

Se debe asegurar un colado continuo para evitar juntas frías. No se aconseja el uso de acelerante de fraguado.

E n la Tabla 5.10 se muestran las tres mezclas de concreto recomendadas por la Federation of Piling Specialists. '

a) Vaciado de concreto

E n barrenos secos, usualmente se utiliza un método diredo. Una vez terminada la perforación, se coloca el acero de refuerzo, utilizando separadores que aseguren el recubrimiento necesario, además de centrar el armado en la pila.

Antes de proceder a l colocado del concreto es fundamental efectuar una limpia cuidadosa del fondo, eliminando los azolves o recortes sedimentados en el fondo de la perforación, mediante herramientas apropiadas.

> t -4 Existen varios métodos para la colocación en seco

if - 4 del concreto, .que en común buscan evitar su lo; ,,;

permite, el colado se puede realizar por medio de -.i recipientes especiales o "bachas" que .descargan l-3 por el fondo, las cuales se movilizan con ayuda de ?? .. "J malacates o con grúas. - .-

..S Tabla 5.10, Mezclas de concreto recomendadas ' 3

por la FPS pQ ?I - -. :Ly Condiciones de uso . :I Mezcla

para -pilas

A

Revenimiento típico (cm)

1 entre las varillas ., I - .':

espaciado suficientemente 1 ,:$,

para permitir libe'rtad de 1 ; movimiento entre las ': : varillas. , 1; .%<

Cuando el nivel de corte del 1 j.; concreto esté dentro del, ;!

1 pila sea menor de 60em . < , .

! ,:4

Se pueden utilizar tuberías de .- .. $2

segmentadas, llamadas comúnmente "trompas di{.'?q elefante", o bien bombas para concreto. ! .- 1: . * Z+ ,.; - ..y.

',' .* Se debe calcular el volumen teórico de concretb'::"

- 3 necesario para la pila y compararlo con e! :l: 4 volumen real colocado, Fig. 5.58. El concreto,: - .*4 deberá colocarse, de ser posible, en una soláe. ,*

operación con ia.

Durante el vaciado de concreto, se extrae poco a .,ij poco el ademe metálico (en caso de haber& usado). siempre manteniendo una carga de,'::il concreto dentro del ademe. Para este caso, es': suficiente con una tolva o embudo y tubería para L':, garantizar que la mezcla no golpea contra el ,:

J acero. f.

Cuando es necesario colar bajo agua o iodos, ii ; método más usado es el llamado tremie. Es un.', procedimiento práctico para colocar concreto bajo agua, siguiendo algunas precauciones, (Santoyo,:;

Construcción Cimentaciones Pro fundas

-- volumen colado

( profundidad, en m

6 -

10,

colado en una zona c6rsiica

a) llenado de la kanticidad a lo largo con columna de concreto

ato blando

colado

. , - zona , * . - . . . . . ... 0 .': 1 drstica

b) rotura del estrato c6istlco

Fig. 5.58, Curvas de colado de una pila (LCPC, 1986)

Arriba de la tubería se acopla una tolva para recibir el concreto, de preferencia de forma cónica y con un ángulo comprendido entre 60" y 80".

Para su manejo puede estar integrada por varios tramos, fAcilmente desmontables, por lo que se recomienda que . tenga cuerdas de listón, trapezoidales o uniones rápidas, Fig. 5.60.

Durante la'movilización y transponte de los tubos, es recomendable engrasar y proteger sus cuerdas con anillos especiales roscados.

El procedimiento de colado mediante tubería tremie siempre busca colocar el concreto a partir del fondo de la perforación, dejando permanentemente embebido el extremo inferior de la misma; así, al avanzar el colado tiene lugar un desplazamiento continuo del lodo (o agua)manteniendo una sola superficie de contacto, que es la del primer volumen de concreto colocado.

E n la Fig. 5.61 se ilustra la secuencia de operación, desde la condición inicial (a), cuando se introduce el tubo de colado (b),~ la condición de

Manual

tubo lleno (c), que se produce por la fricción concreto-tubo, la cual se rompe con un movimiento vertical brusco y conduce a la condición de operación correcta (d), e n la cual el concreto que se vacía fluye y solo requiere de pequeños movimientos verticales para facilitar la descarga.

Fig. 5.60, Conexiones para tramos de tubería tremie (Santoyo, 1996).

d) Condicien correcta de fbj+ de c w r e < o (h, rO..5 hL)

1 N&& de fondo

Fig. ,5.65,0peración de tü lh tfemie.(SaIitoyo, 1996)

, .

alrededor de 0.5 a 1.0m (1.6 a 3.3ft) para expulsar el concreto contaminado.

En caso,de que ocurra una caída repentina del nivel del concreto durante el colado, en el momento en que se retira el ademe, debe reportarse de inmediato. Este tipo de incidentes pueden indicar que la resistencia del suelo es muy baja para sostener el empuje hidrostático de la columna de concreto en el fuste de la pila. Una resistencia no drenada del suelo de alrededor de 15hN/m' presenta este tipo de problemas. Como resultado, se incrementa el consumo de concreto, Fig. 5.58.

El riesgo de una falla de suelo puede reducirse extrayendo el ademe con una velocidad lenta, constante, en vez de con tensiones rápidas y cortas. Es deseable también limitar la carga hidráulica de concreto, asumiendo que no existirán riesgos de que se extraiga el ademe arriba del nivel de concreto.

Al utilizar una mezcla auto-compactante, no es necesario vibrar el concreto en el barreno durante el colado. No se deberá usar un vibrador dentro del ademe tampoco, ya que puede afectar la estabilidad del suelo circundante. Algunas veces es considerado beneficioso vibrar el ademe al extraerlo. pero debe realizarse con el equipo adecuado; de otra manera, se corre el riesgo de contaminar el concreto con suelo. .

Elección entre diferentes tipos de pilas

Pilote I

Las formas más económicas son simplemente las pilas perforadas con broca, sin ademe de ningún tipo. Sin embargo, son adecuadas solamente para suelos cohesivos razonablemente firmes a duros. El costo se duplica o más, cuando es necesario instalar ademes o utilizar métodos menos convencionales.

., Las bases ampliadas tienen la ventaja de permitir pilas más cortas o más esbeltas, además' de ampliar el espectro del equipo a utilizar en la perforación.

5.3 FABRICACIÓN DE PILOTES

Los pilotes son elementos estructurales colocados o hincados en el suelo. Se pueden clasificar de acuerdo con el material- con el que se fabrican, como se indica en la Tabla 5.11.

Tabla 5.11, Tipos básicos de pilotes

[ Madera 1 Concreto 1 Acera- 1 Compuestos' 1 Otros 1 1 Tratada 1 Reforzados 1 Tubo 1 Madera y 1 Fibra 1

concreto de vidrio

Sin Presforzados Perfiies Acero y tratar concreto

Otra clasificación e s de acuerdo a l efecto que ocasionan e n el suelo a l colocarse, como se muestra en la Tabla 5.12.

5.3.1 Pilotes de concreto reforzado

Se deben establecer ciertos requisitos mínimos, así como procedimientos básicos de construcción, para poder satisfacer los requisitos de diseño referentes a calidad,' resistencia y durabdidad del concreto bajo cualquier condición, ya sea que se

, fabrique en planta o en el sitio de la obra.

Tabla 5.12, Efecto del tipo de pilote en el suelo, , . . (Vanikar, 1986)

Tubo acero, boca cerrada ,

Concreto precolado

1 Secciones

Desplazamiento

de acero

Tubo de acero, boca abierta

desplazamiento

Incrementa el esfuerzo lateral del suelo

Densifica suelos granulares,

.. . temporalmente :;. suelos 'co?iesivos

'

blandos . . ' .' . -t.:; -. : -+

remoldeo en el suelo

No adecuado para fricción en suelos granulares

. _ I

Los pilotes precolados generalmente se .:, j construyen de sección cuadrada, pero también se fabrican circulares, triangulares. hexagonales y;, 4 octogonales. ,.$ <

-, < 3 .(

7 ' J

a) Preparación de camas de colado , .-;fJ . ,e 9

Son plataformas de concreto de 5 a lOem de espesor, coladas sobre una base de material. ,:td compactado, que sirven para el apoyo y fijación de. ,

$/ los moldes para fabricación de pilotes; para esto 5, último, tienen integrados algunos elementos de . madera o metal que ayudan a la fijación de las .'

cimbras. b

b) Moldes .. -

1 4

7

+Y?

Son los utensilios que reciben el concreto y generalmente se forman a base de tableroi "i modulares de madera, triplay, lámina o auñ combinaciones, que per.miten darle al pilote ¡la-":: sección requerida. ~ e b e n estar diseñados para , soportar las presiones del concreto durante si i colocación y vibrado y ser suúeientemente rígidos .?; para conservar s u forma sin alteraciones.


Antes de proceder al colado es recomendable colocar u n recubrimiento e n la superficie de concreto de la cimbra para facilitar s u despegue, el cual puede ser un desmoldante comercial, grasa, aceite quemado, parafina con diesel, o polietileno.

C) Acero de refuerzo

El acero de refuerzo se debe colocar con precisión y protegerse adecuadamente contra -la oxidación y. otro tipo de corrosión antes de colar el concreto. Todo el acero de refuerzo debe estar libre de costras de oxido, suciedad, grasa, aceite u otros lubricantes o substancias que pudieran limitar su adherencia con el concreto.

d) Concreto

Para pilotes de concreto en contacto con agua dulce o aire, se puede usar cemento de tipo 1, 11, 111 o IV, mientras que para ambiente m,arino se recomienda el tipo 11 o cemento puzolánico.

Se aconseja el empleo de aditivos inclusores de aire en pilotes sometidos a ambientes marinos.

Se recomienda que el contenido de aire en el concreto sea de 4 a 8%, dependiendo del tamaño del agregado grueso.

Para fines de durabilidad, los pilotes de concreto deben' tener cuando menos 336kg (7401b) de cemento por cúbico de concreto. En medios agresivos como el mar, se recomienda cuando menos 391kg (8601b) aunque en ocasiones se prefieren 420kg (92416).

El volumen óptimo de agua de mezclado es en realidad la menor cantidad que pueda producir una mezcla plástica y alcanzar la trabajabilidad deseada para la colocación más eficiente del concreto. La durabilidad del producto terminado disminuye a l aumentar la relación agua-cemento.

Es aconsejable limitar el revenimiento de una mezcla de concreto a un mínimo compatible con los requerimientos y métodos de colocación, de O a 7.5cm (O a 3in) para pilotes precolados.

Todo el concreto deberá mezclarse hasta obtener e) Colocación de concreto una distribución uniforme de los materiales y se .- debe descargar en s u totalidad antes de volver a Se puede r e a h a r empleando bombas, directo de , llenar la mezcladora. las ollas, mediante canalones, con carfetillas, ,e,

bachas, u otros. , , - . La compactación del concreto debe hacerse con vibradores de alta frecuencia. Los moldes deben f) Juntas \ <

I

ser lo suficientemente rígidos para resistir el ,.< , . desplazamiento o los daños debidos a la vibración. E n algunas 0caSi0ne~ es necesario hincar varios , .y <

tramos de pilotes, para lo cual se han diseñado

El concreto deberá mantenerse arriba de 10°C y varios tipos de juntas de unión que van desde la .,. - en estado húmedo cuando menos durante 7 días soldadura a tope de dos placas previamente I;, . , después de s u colocación o hasta ale----- ' 0

fijadas a los tramos del pilote hasta mecanismos -:( ; resistencia suficiente, para evitar deform más sofisticados. E n la Fig. 5.65 se presentan ,;,:

Marier

ntas

-

Tokyu

r . - . Fig. 5.65, Juntas para unión de pilotes de concreto (Bruce and Hebert, 1974; Santoyo, 1996) . , . . . "


Atornillada japonesa

Fuentes

- Macalloy

Brunsplice

Mouton

unión de pilotes de concreto

Manual de -- Cimentaciones Profundas

Raymond de cuñas

Wennstrom

TGC-C

acoplador de pilotes n

Pogonowski

Fig. 5.65, (cont.) Juntas para unión de pilotes de concreto

Manual de ~imentadones Pro fundas -----

Si se requiere manejar .el pilote de distintos puntos de izaje. en la Fig. 5.67 se muestran diferentes arreglos, siendo L la longitud del pilote.

Se récomienda el empleo de balancines con dos o más puntos de izaje para el transporte de p'ilotes, Fig. 5.68.

Los pilotes se deben manejar y almacenar en plano vertical que los puntos de izaje. for i tal que no se dañen. La resistencia del

. . . .

concreto .en 1;. momento en que despegue cama de. colado dependerá del número de .pu de izaje, y por ello, del momento máximo que aplica a l pilote.

En la Fig. 5.69 se muestran pilotes es conservando los puntos de apoyo en el in

Fig. 5.67, Puntos de izaje con un solo cable

Fig. 5.67, (cont.) Puntos de izaje con dos cables

/--*--A. ..--2 ' 7n de Cim&ntaciones Profundas

;;- v '

!L< = Fig. 5.68, Puntos de izaje de pilotes con balancines . h . * , k. l'7

I I

vAv'A\'A'Av í%pY$4x&=\y/ ' ' ~ ' 2 Fig. 5.69, Almacenaje de pilotes precolados

i) Puntas para pilotes

;J. L.& pilotes de concreto precolado deben fabricarse EUsten distintas formas de puntas para pilotes, e

$. dentro de las siguientes tolerancias en dimensión dependiendo del suelo por En Fig- 5.70 F :(Fuller, 1983), o las indicas en el proyecto: c.: , se muestran las recomendadas por Tomlinson, I j , $ngitud I 10 mm por cada 1977. y..'< 1 . !*- . . .. 3000mm de longitud +: _.:'Ancho o diámetro de - 6 m m a + 13mm Es posible ayudar al comportamiento del pilote, $' Cabeza: desviación del * 20mm por cada utilizando .-. las - puntas de botón (button-botton), o

,L . , - :'$ ' Desviación

puntas "'1" (Leevaert, 1982).

l m m ~ o r cada lOOOmm 1 v 1 \ / 1 $': fbpesor de la pared en de - 6mm a + lOmm 5; : pilotes huecos blandos o sueltos; ;o.- *Hueco interno dentro de * lOmm de su ;I? , <I.._ . localización en planta suelos granulares i3 . -cubrimiento de - 3mm a + 6 m m -

profunda en arenas a en medias a compactas o

arcillas íirmes

Fig. 5.70, Puntas para pilotes de concreto

, Manual de Cimentaciones Profundas

Fig. 5.70, (cont.) Puntas de acero con sección H, para pilotes (Vanikar, 1986)

barra de acero

endurecido

Fig. 5.70,. (cont.) Puntas de acero para pilotes (Vanikar, 1986)

Cuando las condiciones de hincado son muy severas, las puntas de los pilotes pueden estar sujetas a esfuerzos de compresión altos. E n estos casos, e s recomendable colocar una punta adicional al pilote. Un tipo común de punta para

pilotes precolados, es .una sección metálica H, 3 embebida en l a punta del pilote. l:

. .. También es posible utilizar puntas de acero o $ 1 -. tubos gruesos, como la punta "Oslo" (Fig. 5.74.) , J

, . - C. - 5.3.2 Pilotes de concreto presforzado - . ,S, ?a

-?l Son elementos estructurales en los que se busca ;'-?~ ligereza, aprovechando para ello las ventajas del ' ), preesfuerzo, así como menor cantidad de acero de .. refuerzo y haciendo trabajar con mayor eficiencia a l concreto, se pueden tomar los esfuerzos que se .-: presentan en el pilote, principalmente durante su , '

manejo. 4

Los pilotes presforzados tienen ciertas ventajas sobre los de concreto reforzado, principalmente su mayor permitj

ición entre o unidades

la resistenc más larga Y

:ia y más - -

que agilizan el izaje e hincado. . .,". %

, *' d.. 9 S u esbeltez no siempre es una ventaja, ya que : -4

será necesaria una cierta área transversal para- ;: movilizar suficiente resistencia de fricción y de "3 punta. .-

*>'Y

Su segunda ventaja principal,, es el efecto d6: ' ::{ .e presfuerzo, que cierra las grietas causadas por el' -. . +, manejo y el mncaao. - ,:,j . .

Este efecto, combinado . .... . con .,.. la relativamente.-;iq superior calidad de concreto necesario para uni-';$ presfue valores

nente viable en adelante

sugi da

marinas y suelos corrosivos. durabilidad que es conveniente en estructuraS;'

, . , , . . a .

,l. a, -2 . . ,

Fig. 5.71, Camas para.tensado y colado de pilotes presforzados

.c.; , .;; b: 54yL. -Eira l.. su fabricación, este-tipo de pilote requiere de b..l,:p,reparativos especiales en sus moldes, camas,

.. . io~q~pos para p ., maniobras, y otros, lo cual ,:+constituye una diferencia notable con respecto a os pilotes de concreto precolados con refuerzo

fT' Para su fabricación, los moldes deben ser y - , metálicos, ya que comúnmente estos pilotes se - . :t .;curan con vapor o autoclave. . . L! - 5 . .Son comunes camas con longitudes entre 100 y ' '',Q00m (330 y 660ft) Fig. 5.71, que deberán estar k . t '

..lincladas de manera confíable y permanente al 2', piso, ya que esto asegura una posición Única e -i- ':,invariable de las mismas, lo que permite fijar los

- i puntos de tensado a ambos lados de la cama. Los '' , .puntos de tensado pueden estar formados con h '

peso muerto o columnas de reacción. - '. E h s pilotes se construyen usando barras o cables

?S, ) . . ~

r;sde preesfuerzo, que reemplazan el acero ~~.,'Yongitudinal usado en los pilotes de concreto

- . *... , .. iéforzado. c.:, ;.: ,&., -.. 1 :, b. , 8

;:jr El acero se envuelve en una espiral de alambre, $ . , I + J : Fie. 5.72. Sus longitudes uueden ser de hasta


pilotes circulares huecos, es conveniente fabricarlos centrifugados, Fig. 5.73.

Fig. 5.73, Fabricación de pilotes centrifugados (Fuller, 1983)

5.3.3 Pilotes de acero

Estos pueden ser de perfd estructural H o 1, tubulares (de boca abierta o cerrada), X, rieles de ferrocarril, escalonados (step-taper) ' o formados con tablestacas.

'S ., Fig. 5.72, Diseño típico de pilotes presforzados

w: . (ASCE, 1984)

g;, A . ... - - - Las secciones más comunes varían entre 25 y : 60em. (0.8 y 2ft) de forma cuadrada, octogonal,

" "''hexagonal o circular. FA- ,

k ). .Es común también que se fabriquen huecos, en el Qentido longitudinal, con el fin de disminuir su e". , ,,

p;. peso propio. Este vacío puede rellenarse de h' 7 ' concreto, posteriormente. Cuando se construyen .. r

El peralte de los perfiles estructurales más usuales para este tipo de trabajo fluctúa entre los 15 y.30cm (0,5 y lft), en dependencia directa con las condiciones de diseño. En los tubulares los diámetros pueden ser hasta de 12Ocm, (4ft) dependiendo de la magnitud de las cargas por transmitir al subsuelo, y de la disponibilidad de material y de equipo de hincado.

Estos pilotes son de poco desplazamiento de suelo al hincarse, por lo que son útiles en áreas urbanas o en zonas adyacentes a estructuras susceptibles a deformaciones por el hincado de pilotes.

Manual deCimentaciones . Profundas - -

Una desventaja de estos pilotes es su tendencia a flexionarse, respecto de su eje débil, durante el hincado. También pueden ser afectados cuando atraviesan boleos, obstrucciones o estratos de roca inclinados, Fig. 5.74.

Fig. 5.74, Daño a pilotes tubulares por condiciones de hincado difíciles (Prakash and Sharma, 1990)

Para obtener una mayor resistencia al hincado en la punta, pueden colocarse accesorios especiales para este objeto, Figs. 5.75 y 5.76.

Fig. 5.75, Puntas para pilotes tubulares (Prakash and Sharma, 1990)

Para el hincado de los perfiles estructurales no se necesitan tantos preparativos como en el caso de los pilotes de concreto, ya que únicamente es necesario habilitar la primer sección y en caso de que su longitud no sea suficiente, añadirle nuevos tramos.

d .* i:

Los pilotes tubulares de fondo abierto se utilizan ,? cuando se .desea reducir al mínimo los ' l . : ?

desplazamientos del subsuelo durante el hincado, , ':,s o cuando las vibraciones deben ser mínimas. La . limpieza interna puede realizarse mediante aire, :i agua o herramientas especiales. qq

* x .í

Se han alcanzado profundidades hasta de lOOm ; ;: (330ft), algunas veces hincando un pilote de 5 menor diámetro dentro de otro de mayor:.?,$ diámetro, previamente colocado. , 9

+ ..' 2,

Este tipo de pilotes, que no requiere de ,-y

perforación previa para su hincado, ha probado :f ser aplicable a la cimentación de las plataformas: -<$ marinas donde existen grandes cargas 2. concentradas. Asimismo, se les ha utilizado par? : ti el apoyo de puentes y muelles en espigón. 1 - f

- - ',"$ Los pilotes metálicos, sean de perfil estructural o ':':;: de tubo pueden sufrir deterioros por corrosión. El .'-'J tipo de suelo, el agua, la presencia o ausencia de-: G

,i$ oxígeno, pueden ocasionar diferencias de ,: potencial ocasional entre el metal de pilote ;$ ocasionándose corrientes eléctricas que causan, corrosión en el extremo que funciona como ánodoa, :: Este tema se trata en el apartado 5.5. '. ,'

Punta HP 75500

r: % .L.',

Fig. 5.76. Accesorios para pilotes de sección H., '.$ (Prakash a n d Sharma, 1990) r ,. .. $

- :C'

Construcción de Cimentaciones Profundas -<

$ii5h HINCADO DE PILOTES b*.:

.c.: $:,,Para realizar exitosamente el hincado de

pdotes. es preciso seleccionar el equipo y &L,.'accesorios más eficientes, de acuerdo a cada E* F. : . obra en particular, para que los pilotes sean ?*<, , hincados dentro de las tolerancias especScadas, csa'sin sufrir daño, en el menor tiempo posible. re 4 : .. T, 'Los elementos principales que componen un $,, sistema de hincado se muestran en la Fig. 5.77:

grúa, guía, martillo, gorro. Otros elementos

Fig. 5.78 se muestran algunas.. Las más utilizadas son las de tipo cajón, que permiten utilizarse en todas las configuraciones mencionadas más adelante, y las triangulares.

Fig. 5.78, Diversos tipos de guías para pilotes. (Delmag)

i .- '

Y Fig. 5.77, Componentes principales de un

c : w : sistema de hincado de pilotes

,L - . , p$ : 5.4.1 Guías

E- Son estructuras que se integran a las plumas de

. .' el pilote; su configuración-depende del tipo de I, . aplicación. *L

e Existen diversas geometrías que se utilizan

L -. wmo estructura de guía o resbaladera: en la

Guías suspendidas (Fig. 5.79). Son ampliamente utilizadas, dada su simplicidad, ligereza y bajo costo. Pueden girar libremente, lo suficiente para ajustar el martillo a la cabeza del pilote, sin que la grúa esté exactamente alineada con la cabeza del pilote. Este tipo de guia permite abarcar un área de hincado amplia desde una posición de la grúa. Es usual colocar puntas en la parte inferior de la guía, con el fin de obtener un punto fijo, que ayude al alineamiento del pilote.

Las guías deben ser de la lcingitud suficiente que la distancia entre la punta de la pluma

y la guía sea corta, y permita un buen alineamiento.

Guías fijas (Fig. 5.80). Se sostienen de un punto de la pluma de la grúa, y con brazos que van desde la parte inferior de la guia a la cabina de la grúa. Este tipo de guía está limitada a pilotes verticales y con inclinación hacia adelante y


atrás (no con inclinación lateral). Los brazos pueden ser fijos o telescópicos, con lo que se da la inclinación del pilote.

Fig. 5.79, Guías süspendidas

Una guía fija sostiene al pilote con un alineamiento real, pero requiere de mayor tiempo para posicionarse en el hincado.

Guías móviles (Fig. 5.81). Similares a las guías fijas, pero el punto de sujeción cori la pluma puede desplazarse verticalmente. Usudmente cuentan con brazos telescópicos hidráulicos, que permiten ajustar la inclinación de los mismos, para lograr hincado de pilotes inclinados en dos

Fig. 5.81, G

están integrados por una lítica de acero en forma de caja.

r, que .es la parte del contacto

o amortiguador del pilote.

ores .deben ser capaces de a del. golpe hacia el pilote, lo prbpiedades elasticas de los . En la Fig. 5.84 se muestran es de amortiguadores, con ones de transmisión de

la calieia- del pilote, ermitir un acomodo

la geometría del

Construcción de Cimentaciones Pro fundas -- - -. . - - -

uías móviles

5.4.3 Ayudas al hincado

a) Perforación previa

En ocasiones, se efectúa perforaciones previas al hincado de los pilotes cuyo objeto es servir de guía o facilitar el hincado para alcanzar los estratos resistentes o evitar movimientos excesivos en la masa de suelo adyacente.

Para atravesar materiales arcillosos blandos, sensitivos con alto contenido de agua, es práctica común realizar las perforaciones sin extraer el material, remoldeándolo enérgicamente mediante rotación dentro del agujero, utilizando una broca espiral.

El diámetro de la perforación.previa puede variar, entre el inscrito dentro de la traza del pilote, y el circunscrito al mismo, dependiendo de la estratigrafia de cada sitio.

Es importante definir la dimensión de la perforación previa, así como del grado de extracción que se requiera, ya que influirán en el comportamiento por fricción del pilote, además de afectar la hincabilidad del mismo.

Manual de Cimentaciones Profundas , , .... -- - . --.-----*--------.-..------------------------.-.---

Tabla 5.14, Comparativa entre guías para hincado de pilotes

Guia Suspendida

.. Ventajas Ligera, simple y más económica Puede girar libremente sin necesidad de alinear exactamente la grúa con el pilote

' De 4 a 6m (13.3 a 19.8ft) más cortas que la pluma de la

- grúa, generalmente; si la capacidad de la grúa es suficiente, tienen mayor alcance Pueden hincar en la orilla de excavaciones La guía puede colocarse en el suelo, mientras se realizan maniobras con el pilote

Fija Requiere grúa de dos tambores Mayor precisión en verticalidad, inclinación del pilote

Móvil Más fácil posicionarla con 1 d o t e s inclinados

Desventajas Requiere grúa de tres tambores (1-guía, 2- martillo, 3-pilote) o de dos tambores si la guía se cuelga de la pluma Si no se cdocan las puntas en el suelo, es difícil controlar la guía El posicionamiento de la grúa es más-difícil que con otros sistemas. El operador debe controlar el centro de gravedad del conjunto

Más pesada y menos económica Mayor dificultad para ensamblar

Menos económica

conexión entre guía móvil y pluma de giúa (Delmag)

brazos telescópicos hidráulicos (Fuller, 1983)

Fig. 5.82, Accesorios para guías

Construcción de Cimentaciones Pro fundas

amortiguador del' martillo:

discos de madera, micarta, - asbesto u otros

casquete

Fig. 5.83, Amortiguador del martillo (Delmag)

placa de acero R = 1.1

placa de acero y madera R = 2.6

placa de acero, madera y madera

R =.- 4.0

Fig. 5.84, ~iferentes tipos de amortiguadores (Delmag)

b) Chifión de agua

Es posible utilizar un chiflón de agua (o una mezcla con aire, bentonita o cemento) para ayudar a la penetración de un pilote dentro de un estrato de arena. compacta o grava arenosa. El chifloneo es menos. efectivo en arcillas frmes o que contengan grava gruesa o boleos.

El chifioneo .puede ayudar al hincado de diversas maneras: la presión puede erosionar al suelo en la punta del pilote; adicionalmente, el flujo del fluido utilizado -puede reducir .la fricción lateral a lo largo del pilote. Sin embargo, el efecto de este sistema en la capacidad de carga del pilote debe ser tomado en cuenta.

Al usar una mezcla que contenga cemento, 'se reduce la fricción lateral durante el hincado. Al finalizar, el endurecimiento de la mezcla puede incrementar la capacidad de carga del pilote.

Usualmente, el tubo de chiflón se coloca a un costado del pilote. El tubo se mueve verticalmente, cerca de la pared del pilote. Un chiflón con ángulo puede usarse para asegurar que el agua fluya hacia la punta, Fig. 5.86.

En situaciones difíciles, pueden colocarse dos o más chiflones para un solo pilote.

t Construcción de Cimentaciones Profundas

Tabla 5.16, Reglas empíricas para determinar energías de hincado

Tipo de '

. ' pilote - concreto tubo de acero

~ei 'aci6n"martil lo / ~ i l o t e (Harris, 1983)

W- 0.3 a 0.5 P W-0.5a2 .0P arenaseca W- 2.0 a 2.5 P arena

saturada

W peso del pistón del martillo .

P peso del pilote

Sección H

ara chffloneo

W- 2.5 a 3.0 P arcilla W - 0.5 a 2.0 P

ntas p Energía > 3N-m por cada kg de pilote

p,--,;: ~ i g 5.86, (Cont.)Hincado de pilote con chiflón Estas reglas están basadas en las siguientes hipótesis: iando menos una presión de !

r.4'- &?a, y eventualmente más. 9,: -, 9 Martilios diese1 de acción sencilla 9 Pilotes de punta 9 Hincado sin perforación previa

$L-:>,- $1 Ln.ocasiones no es posible disponer del agua y $t;17?r'ena que fluye en la superficie alrededor de los

:' :p$otes. Es necesario tener cuidado al chiflonear Bf; -lerca de cimentaciones existentes o cerca de ': @lotes hincados a profundidades más someras

e* % . qpe el nivel de chifloneo. ;li. '. ,I

Martiilos de doble W -0.5 a 1.0 P acción:

Análisis con ecuación de onda. Es el mejor método para seleccionar el equipo de hincado. Con esta técnica se puede evaluar la facilidad de un pilote para ser hincado a una determinada profundidad y obtener su capacidad de carga de diseño; asimismo, pueden establecerse las características de los martillos de hincado, así como del tipo de amortiguador utilizado.

' :j.$:4 Selección del martillo I. .

inte ma

estab :tillos

ilecer el rango óptimo que son adecuados para

,:;.:pro$ecto, . % , , en términos de las energías de hincado. ;y: ..2-

y,: ,y: 3 - L I I martillo muy pequeño puede no generar la de carga necesaria en el pilote; un

*;,martillo con mayor energía de la necesaria, puede c, .*. .dañar al pilote. 2;.

, c-=, ;:$xisten varios métodos para determinar la .' c&cidad necesaria de un martillo:

De estos análisis se puede determinar el tipb de martillo adecuado para alcanzar la profundidad y capacidad indicadas, incluyendo los niveles de esfuerzo que se generan durante el hincado.

La manera más práctica de realizar este análisis es mediante programas de computadora, como los elaborados por Goble and Rauche, 1987, Lowery, 1999 y otros.

iná i, y;

nicas. que I

Se sugiere evitar este t io son adecuadas para e

,"-$,rop6sito. El uso de estas expresiones es cada vez ..&

- &,?$Sr, al incrementarse la complejidad de los

~,lgFipos modernos. I ..

Inicialmente, los parámetros utilizados para el análisis se escogen con base en la experiencia, ya que no pueden relacionarse con los que se obtienen de estudios geotécnicos convencionales. Sin embargo, es posible medir estos parámetros en campo, con un analizador de hincado de

ieden utilizarse como L

Ana primera aproximaci ina ón,

;antes de otro tipo de análisis. A continuación se , '-.6resentan , L a . algunas reglas comunes de este tipo.

pilotes, que se menciona más adelante.


En la Fig. 5.87, se muestra el resultado de un análisis de ecuación de onda, para la hincabilidad de pilotes.

PRlLBR PILOTE 131 21 M, b38-13,

PILE tüKl 1 SF DlRRlB

Fig. 5.87, Análisis de ecuación de onda para hincabilidad de pilotes

5.4.5 Secuencia de hincado

El principio del orden de hincado debe ser hacia la línea de menor resistencia: alejándose de un edificio existente o alejándose' de otros pilotes ya hincados; hacia un cuerpo de agua (lago, río) para evitar forzar los pilotes que posteriormente se hinquen lejos del agua.

Los pilotes en cimentaciones circulares se hincan generalmente del centro hacia la orilla, para evitar la expansión del suelo en la parte central del circulo y posible levantamiento de los pilotes ya hincados.

E n el caso de pilotes de punta, se seleccionará la secuencia que no incremente la compactación desigual del estrato de apoyo.

Además, deben tomarse en constructivos y tácticos:

a) Transporte de los pilot almacenamiento a l lugar

b) Movimiento mínimo del equipo

c) Las partes de la construirse primero

d) Posibilidad de usar los p como soporte temporal d

5.4.6 Instalación del pilote

Después del retiro y tra las camas de colado conveniente:

- Colocar marcas a u lOOcm (3.3ft), a fin de determin golpes necesarios para cad

- Izar el pilote manejánd apoyado. en el punto corr recomendaciones hechas

- Colocarlo en el punto co en la perforación previa los planos.

- Orientar las caras d

- Acoplar la cabeza del martillo

- Colocar en posición v requerido, si se trata tanto el pilote como corrigiendo la posición la guía, hasta lograrlo.

- Para lograr la emplean dos plom en un ángulo de pilote, como se puede o

- Accionar el disparador se inicia propiam

.-.-.- .-._._..

PLANTA

con ayuda de plomadas

Construcción - de Cimentaciones Profundas

En el sistema, transductores de deformación y acelerómetros se colocan en el pilote, cerca de su cabeza. El analizador recibe la señal de los transductores y calcula la fuerza de impacto, fuerza, máxima, energía desarrollada y estima la resistencia del suelo movilizada.

Con los datos obtenidos, se puede realizar un cálculo más aproximado del análisis de hincabilidad, y calcular una prueba de carga dinámica.

Fig. 5.89, Analizador de hincado de pilotes PDA (PDI, 1999)

b) Cuidados generales

1. Para reducir los esfuerzos de hincado, es recomendable usar un pistón pesado con baja velocidad de impacto (carrera corta), para obtener la energía de hincado deseada, en vez de un pistón ligero con una alta velocidad de impacto (carrera larga). Los esfuerzos de hincado son proporcionales a la velocidad de impacto del pistón.

2. Reducir la velocidad del pistón, o la carrera del mismo, al principio del hincado, cuando se encuentren suelos de 'baja.resistencia.

3. Asegurarse de que el golpeador del martiilo se ajusta ligeramente alrededor de la cabeza del pilote, para que el pilote pueda girar.


4. Si se espera un hincado difícil, es conveniente proteger la cabeza del pilote por medio de una placa de acero anclada al acero de refuerzo del pilote.

5. Al empalmar los pilotes, se debe verificar la verticalidad del pilote a lo largo de cada junta a medida que avanza el hincado.

5.4.7 Pilotes inclinados

Cuando es necesario hincar pilotes inclinados, Fig. 5.90, debe revisarse la posible interferencia con los pilotes adyacentes; este riesgo aumenta con la longitud del pilote, la flexibilidad del mismo y el ángulo de inclinación.

La energía de hincado del martillo se ve disminuida con la inclinación del pilote, como se muestra en la Fig. 5.91.

Fig. 5.90, Hincado de pilote inclinado con martillo diese1

Manual de Cimentacion.iís Profundas

Fig. 5.93, Escantillón para hincado de pilotes con tirante de agua

Fig. 5.94, Martillo hidráulico submarino, (Menck)

220

- . .. .

casi todas las obras de Ingeniería, se provoca cambio en el medio ambiente, ya sea por el uso

apartado se recopilan y describen algunos efectos, relacionados con la de cimeritaciones profundas, debidos ración de humos, disposición de lodo vibraciones durante los trabajos.

biente .puede ser agresivo con los

profundas, como madera, acero y omentan algunas de las principales

en .las construcciones cobra rtancia. El control del ruido eroteger la salud de los o, y para eliminar molestias

por su intensidad y su de medición de intensidad es una medida relativa de n ruido con el que apenas normal. E n la Tabla 5.18

no establece los en .términos de n de Desarrollo

aña (Tomlinson, a persona se

, , . . "

Construcción - Cimentaciones Profundas

Tabla 5.18, Escala de decibeles (Legorreta, 1989)

Fuente Cohete Saturno J e t al despegar

Avión a 200m. (660ft) de altura Perforadora neumática Trueno Avión a 300m (990ft) de altura Motocicleta sin silenciador Banda de rock Camión a 30m (99ft) Aspiradora

Calle ruidosa Conversación ordinaria Area comercial Suburbio silencioso Area rural de noche Roce de hojas secas Respiración normal Umbral de audición

Nivel Sordera Doloroso

Molesto Daño a l oído a largo plazo Muy fuerte para muchos

Bajo

Un martillo para hincar pilotes excede los 90dB, pero su operación no es continua. E n la Tabla, 5.19 se muestran algunos ejemplos de niveles de ruido alcanzados por diversos equipos de piloteado. Se observa que, para la atenuación del hincado más ruidoso a 70dB o menos , se requeriría alejar a l receptor a una distancia de cuando henos 1000 m de la fuente de ruido.

Una forma de disminuir el nivel de ruido de un equipo de piloteado es mediante cajas absorbentes de ruido, que se colocan alrededor del martillo y del pilote (Fig. 5.95); Tomlinson, 1977, describe algunos de estos dispositivos, indicándose que los niveles de ruido se logran disminuir de 30 a 40% a distancias entre 7 y 15m (23.1 y 49.5ft), lográndose con esto niveles permisibles de ruido cerca del equipo.

Manual

Tipo d e -rna&l

Vibratorio (frecuencia media) Caída libre 6 ton Caída libre 2 ton Caída libre 5 ton Caída libre 5 ton Vibratorio (frecuencia media) Diese1 (hgero) Doble acción (neumático) Acción sencilla (neumático) Diese1 (medio) Diese1 (medio)

r Pro$

Ruido

wdas -

de equ

" .----....--.

Tabla upos de pilol

Tipo d e d o t e

sección H

tubo metálico 21" tubo metálico 14" tubo metálico 22" concreto sección H

tabla estaca metálica tabla estaca metálica Concreto

tabla estaca metálica tubo metálico

Otro método para disminuir el ruido al hincar los pilotes, es ejecutar una perforación previa al hincado para minimizar este Último. Esta práctica tiene algunos inconvenientes de diseño, particularmente en el desarrollo de la fricción lateral del pilote, por lo que no es aplicable en todos los casos.

Asimismo, es posible utilizar equipos de hincado más modernos, como martillos neumáticos, cuyo nivel de ruido esté dentro de los limites admisibles.

b) Humo

El humo proveniente de los martillos de hincado puede generar problemas de contaminación a l .medio ambiente, especialmente en lugares con pocas corrientes de aire. Se h a equiparado, de manera burdá, el humo que genera un martillo con el de dos motocicletas'inal afinadas.

Las condiciones del suelo tienen u n gran efecto en la eficiencia de la combustión de los martillos, y por ello, e n la emisión de contaminantes. Dado que los suelos blandos ofrecen poca resistencia al hincado, esto se traduce en una explosión deficiente del combustible del martillo, produciendo humo.

Nivel d e r u i d o ti ico

Distancia

fuen te

nivel d e 70dB

. ., .

14m

rincipales contaminantes atmosféricos, dos en el humo producto de los equipos

xido de carbono (CO). Gas incoloro e la combustión que contienen

. . ..

la transparencia u opacidad de gases stión, se utiliza la escala de , con valores entre O y 5. Un gas de n la escala de 5 no permite el paso de estado de California, en los E.U.A., ite que los martillos de hincado

> -. -- -. os más allá de la escala 2 de El problema del humo puede ser varias maneras:

el hincado a través de estratos S, con ayuda de una perforación técnica puede ser útil, en cuanto a

ro lado._l-as perforaciones previas n la .fricción en el fuste, y el

Eficientando la combustión en los martillos, 1 diseño de la 'cámara de los martillos, y con esto reducir

las bombas de , para minimizar

Mejorando la calidad de los combustibles. Para disminuir la emisión de..humos, es posible usar diesel mezclado con metanol, o bien metanol


mezclado con un aditivo basado en nitratos y alcohol metílico. Estos combustibles se han utilizado con éxito (Short et al., 1989), disminuyendo la emisión hasta la escala 1 de Ringelmann.

Es de hacerse notar que el costo de estas mezclas es aproximadamente cuatro veces mayor que el del diese1 convencional. Además, habría que evaluar algún posible daño a la cámara de combustión del martillo, así como el proceso de mezclado de los combustibles no convencionales.

Utilizando martillos hidráulicos o neumáticos; aunque en este caso la 'fuente de contaminación se traslada al motor de , la central hidráulica o del compresor, su funcionamiento es más controlable que el de un martillo diesel.

C) Vibraciones

Durante .el hincado de pilotes por percusión, usualmente se provoca cierta vibración, de amplitud variable y frecuencia cercana a 1Hz. Este efecto puede causar daños a estructuras vecinas y molestias en general'.

Durante el vibro-hincado de pilotes u otros elementos, la frecuencia aumenta hasta alcanzar valores entre 10 y 15Hq con amplitudes de hasta 3 cm en la superficie. Este procedimiento es desechado en ciertas ocasiones debido a la intensidad de la vibración provocada.

d) Lodo bentonítico

El lodo bentonítico puede contaminarse con sólidos, producto de la excavación, con concreto, dilución con agua subterránea, o altas concentraciones de sal. En algunos casos, los problemas de control y costo' no justifican un tratamiento del lodo bentonítico, por lo que es preferible reemplazar todo el volumen usado.

Sin embargo, la disposición del lodo puede ser costosa, ya que es un contaminante donde quiera que se le coloque: en el drenaje municipal, ríos, lagunas, tiraderos de basura, u otros.

El tratamiento para la re-utilización parcial o total del lodo se puede llevar a cabo con algunas de las siguientes formas, o una combinación de éstas:


9 Tanques sedimentadores

9 Mallas vibratorias

9 ~idrociclones para eliminar arena

9 Centrifugadores

Para eliminar el problema de la disposición, es factible utilizar un sustituto de la bentonita, con base en polímeros sintéticos total o parcialmente biodegradables con el tiempo; e n el apartado " b de 5.2.1 y en el Capítulo 8 se trata con detalie este tema.

5.5.2 Factores ambientales que afectan las cimentaciones profundas

a) Agentes agresivos a l concreto

El concreto en las cimentaciones profundas puede estar sujeto a alguno de los siguientes problemas de deterioro:

Destrucción debido a congelamiento y deshielo

Es. posible que los pilotes se dañen si entra agua en los poros del concreto y después se congela, ya que produce desintegración progresiva.

Estos pilotes generalmente se encuentran sometidos a esfuerzos por cambio de temperatura. Es recomendable agregar a l concreto un inclusor de aire, que reduce la relación agua-cemento, y se refleja e n una permeabilidad menor del concreto, evitando la absorción o entrada de agua en los poros del material.

Destrucción debido a componentes químicos

El agua y el suelo pueden ser agresivos al concreto si contiene ácidos libres, sulfitos, sulfatos, ciertas sales de amonio, aceites y grasas o ciertos componentes orgánicos. 1.

E n general, para concretos en contacto con agua o suelo con u n valor de pH mayor de 6 no requiere precauciones, y el uso del cemento Portland normal e s satisfactorio.

Para suelo o agua con 3.5 > pH > 6, se recomienda el uso de cemento supersulfatado, en

.. - concreto con relaciones agua-cemento de 0.4,*+' ..;< menores. :.,;;> ...&

. . .>;'[; 3 ': . : : i1 ... .

b) Agentes agresivos a l acero , .., ., . . .. < -, . . .:Y,aj . . .

> . . .. .J :#

El mar, los pantanos y las zonas con desperdiciosl$$ de minas, industriales o municipales son medioi;;:? , ,..

ambiente propicios para la corrosión. . >.. I

.; : . (3 - ,; . . ,.

.;i La velocidad de corrosión depende de composición del suelo y-la textura, profundidad de i::'

- > 23 em~otramiento v contenido de a m a .

La disponibilidad de oxígeno es otro factor que debe considerarse para una evaluación de).-! 4 corrosión de pilotes. Por ejemplo, en suelos .f: gruesos, la corrosión puede acercarse a las'" i condiciones atmosféricas; por otro lado, en arcilla? 5 la deficiencia de oxígeno puede resultar en.-'iii condiciones de baja corrosión. ,. ..

2 ' 7 ( .- .- -,

' , ? . L . . - < :.,q Existen diversos criterios para protección %le!.-. pilotes ante la, corrosión: ,;.?.:y

- .. . - .. 9 Sección transversal adicional en el . .<,::. . , ( . :1,

, l

9 Aislar el pilote con proteccioneq: i4 bituminosas o ademes ' - :.%

i .- . , . >.> 9 Protección catódica < - . .-.

. . " %,

En la Tabla .5.20 se presentan altzunoiV-7% lineamientos generales para evitar la corro8ón ;:

~otencia l de ~ i l o t e s de acero. colocados en:'. distintos entornos. * - I

<. A,? -'<: q - - c) Agentes agresivos a la madera I ,

( -r .. - A

El deterioro de los pilotes de madera puede:-' deberse a varios factores, o una combinación;'de''.~

. . Hongos. S u crecimiento requiere de u n 1;;

ambiente húmedo, aire, y una temperatura-;. favorable. Esto es posible evitarhC ; manteniendo la madera seca, 'cc, permanentemente sumergida. Por esti- motivo. los pilotes bajo el nivel freático so?, ' l resistentes a l a t a m e de hongos. Sin: .-

la air

del lner

pilc able

sobre todo en lugares con fluctuación dei. .: nivel freático. . d

1 '

ha denominado "entorno" a este medio, para diferenciarlo respecto de los anteriores. Se enlistan a continuación algunos de estos cambios, cuyo tratamiento a detalle está fuera del alcance de este trabajo:

> Pernafrost

> Hundimiento regional

9 Hundimiento de la superficie

9 Agrietamiento

9 Colindancias

Muypequeño

Se presenta alrededor de 0.5 m bajo la superficie del suelo

Corrosión atmosférica

Corrosión cerca de la superficie del suelo

No existe

Corrosión atmosférica en la zona arriba de la marea

Entre la marea alta y el fondo marino

Protección recomendada

No se requiere

Recubrimiento superficial^

Pintura en la superficie expuesta

Protección de concreto 0.5 m hacia arriba y bajo de la superficie del suelo

No se requiere

Pintura

Protección de concreto

Man ual P& fundas --

5.6 MEDIDAS DE SEGURIDAD

La construcción de cimentaciones profundas, como sucede en otras especialidades, requiere de medidas de seguridad particulares durante su desarrollo.

Las ventajas que se obtienen a l trabajar dentro de u n ambiente en el que se cuidan y vigilan los aspectos de seguridad, son principalmente las de preservar la integridad de las personas que intervienen directamente en los trabajos, así como la de las personas que pueden estar cerca o dentro del área de ejecución; asimismo, se logra disminuir considerablemente el riesgo al que se someten los equipos de construcción.

Una correcta elección del procedimiento constructivo y del equipo por utilizar, disminuye la posibilidad de errores humanos durante las maniobras, mejorando la calidad de la cimentación que se construye, y reduciéndose los costos en la mayoría de los casos..

A continuación se comentan algunas recomendaciones para las obras más comunes de cimentaciones profundas; para un tratamiento más extenso del tema, se sugiere consultar CNIC, 1990 y ADSC,' donde se incluyen aspecto más detallados; además de tratarse la seguridad personal de los obreros.

5.6.1 Maniobras generales

a) Accesos y plataformas de trabajo

Los equipos utilizados en las cimentaciones profundas requieren de accesos firmes y seguros, ya que se trata de maqiunaria pesada que transita sobre orugas o neumáticos. No se debe trabajar sobre plataformas inestables, procurando apoyar los equipos lejos de las orillas de los hombros de los taludes.

b) Obstáculos terrestres y10 aéreos

La altura convencional de los equipos diseñados para la construcción de cimentaciones profundas es superior a los 20m; antes de iniciar cualquier trabajo es necesario inspeccionar el lugar donde se desarrollarán, observando con . especial atención los obstáculos terrestres y10 aéreos, que e n la mayoría de los casos corresponden a instalaciones eléctricas o de algún otro tipo. E n

caso de que los obstáculos mencionados.exis se debe proce.der a solicitar la interrupción d servicios. .

Los trabajos deben ser organizados para e que el equipo golpee ac existentes dentro de la obra o misma con el propósito de evit deterioro. Con lo anterior también se evita volcaduras de equipos provocado los nuevos puntos de apoyo, que modifica centros de gravedad de los mismos.

c) Cables

Durante las maniobras' de fabricación de p perforación e hincado se debe poner ate los cables de acero usados en las ma incluyendo . su colocación, u mantenimiento y revisión de accesorios.

E n la Tabla 5.21 se muestran las capa los cables comúnmente utilizados.

. .

d) Grúas . .

El sistema de freno de los tambores debe estar en optimas condiciones, descuido en s u mantenimiento pue perder el control de la maniobra de la

, . ..... .

Es recomendable .conocer las relacionan, las capacidades de carga y inclinaciones de las plumas de las

, evitar que el equipo falle con alguna

e) Maniobras

Durante las madobras, ninguna permanecer debajo de la carga.

Para el manejo y dirección de 1 pilotes, se recomienda utilizar c poliprobileno, que tengan la 1 que permita cumplir con el punto a n

f ) Movimiento de pilotes

Se. debe garantizar que la resistenci ha adquirido la capacidad necesar levantar a los pilotes de las camas d

Los puntos de'levante deben estar el habilitado del acero para esfuerzos serán

donde se encuentra el operador, o bien el desplazamiento de la carga en otra dirección.

Durante las maniobras, se debe mantener la carga lo más cercano posible al suelo, evitando que el personal se encuentre sobre la misma.

h) Equipo

El personal no debe bajar ni subir de un equipo que esté en movimiento.

Se deberá mantener limpio el parabrisas de las grúas para permitir siempre buena visibilidad.

Los equipos deben estar provistos de andadores y escaleras adecuadas, para poder operar y10 supervisar adecuadamente su funcionamiento.

Es deseable evitar el aire dentro de los slstemas- hidráulicos para evitar fallas durante la maniobra.


Antes de abrir alguna conexión o llave de algún sistema hidráulico para su revisión, se recomienda verificar que el sistema haya liberado la presión.

Cuando el equipo esté funcionando, no es conveniente cargar combustible.

La revisión de depósitos de combustible y de baterías debe realizarse utilizando lámparas sordas.

5.6.2 Colocación de materiales

a) Acero de refuerzo

Debido a que el acero de refuerzo ya habilitado debe ser maniobrado en condiciones diferentes a las del elemento diseñado por construir, es necesario conocer el comportamiento del armado al ser maniobrado.

Al introducir los armados dentro de los moldes de los pilotes o en la perforación de las pilas, es necesario revisar que los estribos o zunchos estén debidamente amarrados para evitar que se desprendan durante la maniobra. Es recomendable también revisar que a lo largo de los castillos no se queden desperdicios de acero, así como herramienta de habilitado antes de realizar la maniobra.

Es necesario considerar la longitud de los armados para determinar la posible presencia de deformaciones que provoquen rotura de amarres, o bien se determinar si se requiere utilizar peine de levante para pilotes o introducir el armado en tramos para pilas. E n ocasiones se resuelve este problema colocando rigidizadores en los armados, como se observa en la Fig. 5.96, en el caso de las pilas.

Es muy peligroso caminar sobre los castillos de los pilotes durante .el colado, ya que es muy probable que se ocasionen lesiones los trabajadores con las varillas o con el alambre recocido, siendo la fractura de tobillo el caso más común. Un rasguño de acero oxidado puede provocar una infección. El uso de andadores sobre los armados elimina estos riesgos y facilita el trabajo.

Otra ventaja que tiene el uso de andadores sobre el acero de refuerzo, es disminuir el tiempo de contacto del concreto fresco con la piel del

vulnerable a las infecciones.

aro de soporte o rigidizador colocado con

estribo fuerza , / tendencia a

- permite el

- :so de la

.- tubería tremie

durante el

trabajador, el cual le provoc quemadura . volviendo a la

Fig. 5.96, Rigidizadores en armados (LCPC, 1986)

b) Concreto

E n algunas cimentaciones se requiere los colados con bomba y pluma, d dimensiones del terreno en el que s nivel en e¡ cual se' encuentra e cimentación, o la falta. .de ..acceso a estas condiciones se debe r funcionamiento de las llaves en las tubería, para evitar que el concret cayendo junto con las mismas.

Las llaves están diseñadas para qu palancas con la que los anillos tuberías, no requieran de g debiéndose sentir un jalón del sentido del cierre, evitando as vibración se abran.

Cuando se utilicen depósito colocar el concreto, debe garan soporte sea el adecuado para la mecanismo de la- - . -.compu correctamente, para -evitar que, el antes de llegar a donde se va a maniobra debe realizarse con u n

E n el colado de las pilas es personal esté alrededor de la

ar correctamente la tubería tremie, por lo debe contar con una estructura en la cual ajador pueda pararse y que evite su caída de la perforación.

el acoplamiento de los tramos de tubería

de utilizar calderas de vapor para el del concreto en la fabricación de los

,.;$ilotes, se. deben revisar periódicamente los de combustible, tuberías, válvulas,

s y serpentín para evitar explosiones. o debe ser utilizado por personal specíficamente para esta actividad.

o de .combustible, agua, energía ntilación. La ventilación es de vital ara evitar la acumulación de calor

debiéndose dejar el tiro de la xterior para no contaminar dentro

esprenderse con gran fuerza.

agua deben estar alejados de la ca, la cual debe ser revisada por ra evitar algún corto circuito o

ior del equipo, para iga en superficies

?. . ..


parte superior, es necesario que sobresalga de 30 a 40cm (1 a 1.3ft), como mínimo, del nivel de trabajo.

b) Perforaciones adyacentes

Es importante llevar a cabo una planeación en la ejecución de las perforaciones, para evitar hundimientos accidentales, los cuales son provocados por fallas en las paredes de las perforaciones o comunicación entre ellas al existir vibraciones en el suelo.

c) Retiro de material

El material producto de las perforaciones es muy inestable para el apoyo del equipo, debido a su estado suelto. Cuando se perfora por debajo del nivel de aguas freáticas, el problema aún es mayor, ya que la superficie de trabajo se cubre de lodo.

Cuando se utilizan lodos bentoníticos para' la estabilización de las paredes de las perforaciones, la plataforma de trabajo puede llegar a ser inestable y resbaladiza.

Cuando no se logran retirar eficientemente los lodos de la superficie, se debe tener cuidado en señalizar y proteger los puntos donde se encuentren perforaciones abiertas.

d) Descenso a perforaciones

En algunos procedimientos constructivos, es necesario la construcción de campanas, o simplemente la inspección ocular del desplante de las perforaciones, para lo cual el personal deberá descender a su interior.

Es recomendable poner especial atención a la presencia de gases tóxicos o ausencia de aire respirable.

Esta circunstancia se advierte cuando se perforan formaciones calcáreas, turba, materia orgánica en producto de descomposición, rellenos sanitarios o basureros.

Antes de que se realice el descenso de un individuo, es deseable que se introduzca en la perforación un detector de aire enrarecido. No es recomendable arrojar objetos encendidos, para verificar si se apagan por la ausencia de oxígeno.

Manual 'de iiones -- Profundas

Debe elegirse el equipo de seguridad adecuado para cada emisión de gases en el sitio en particular, que puede variar entre una máscara con filtros, hasta equipo autónomo para respiración en presencia de aire enrarecido.

Las características del subsuelo o la vibración del equipo dentro y fuera de la perforación, pueden hacer fallar la estabilidad de las paredes de la perforación, por lo que es conveniente utilizar ademe metálico en toda la longitud, evitándose así que la perforación se cierre con el personal en su interior.

Se deberá evitar en lo posible el accionar motores de combustión dentro o adyacente ' a las perforaciones con el personal en su interior.

Cuando se requiera equipo de trabajo dentro de las perforaciones, se deberá organizar el descenso de tal forma que el personal sea el Último que baje, para evitar que la caída libre de algún objeto golpee al personal.

El descenso de las cargas deberá realizarse con canastillas diseñadas especialmente para esta operación, evitándose dispositivos improvisados. El personal debe bajar sentado, con el equipo de seguridad que garantice su seguridad.

Los trabajadores dentro de una perforación siempre deben utilizar un arnés de seguridad, el cual se sujetará a un cable de rescate durante todo el tiempo que permanezca laborando en su interior. Estos trabajos se deben realizar con ayuda de compañeros en el exterior, para que en caso de algún accidente, exista conocimiento inmediato del mismo y se proceda al rescate.

El cable que se utilice .dentro de las perfo~aciones nunca debe ser de henequén o similar, ya que éste con la humedad puede degradarse.

e) Perforaciones abiertas

Es común que algunas perforaciones queden abiertas temporalmente en cambios de turno, por lo que es recomendable utilizar tapas especiales que eviten la caída accidental de alguna persona.

En caso de que los trabajos continúen inmediatamente al finalizar la perforación, es suficiente con señalizar el área.

--

5.6.4 Hincado de pilotes

a) Manejo de pilotes

Dependiendo de las características d materiales utilizados en los pilotes, así com sección y longitud, es necesario conocer los de donde se deben sujétar'los pilotes para su hincado.

Durante la maniobra de insta en las perforaciones .previas, el person estar alejado del punto de hincado cuando meno$...: 1.5 veces la longitud del pilote por hincar.

Esta maniobra es exclusivamente del ope la grúa, por lo que no es.necesario que el de tierra se encuentre cerca de esta ac recomendable que se aleje lo sufici existiera algún error en la maniobra corrieran los cables, perdie pilote.

En . caso de no existir 'perforació hincado, el pilote deberá ser sujetad En estos casos será nece excavación en el punto profundidad de 50cm (1.7ft),. cu respetando la geometría del pilo colocará la punta del pilote; en el o asentará el golpeador del martillo, guiado, garantizándose así que e desplomará ni resbalará.

b) Hincado

Cuando un martillo ha trabajado se debe asentar en la cabe suavemente ya que se. corre el ri dispare accidentalmente.

La excentricidad del martinete S

del pilote puede provocar despr concreto, además de la ruptura poder controlar sus efectos, por 1 hincado de un pilote, no de persona en tierra cerca de esta menos en 10m (33ft) de distancia.

Cuando el martinete esté requiere -de ningún trabajador que no es necesario que estén al pilote que se está hincando.

Para .martillos diesel, ..el. ca suministro de combustible debe estar en manos:.: del personal, permanentemente; nunca se deber&..',


E n ocasiones no es posible maniobrar pilotes de grandes longitudes, por lo que es necesario efectuar el hincado con varios tramos. El primer tramo 'deberá estar sujeto a l igual que el siguiente tramo. Nunca se soltará el tramo superior durante la unión con el tramo inferior.

Durante el hincado, es necesario que el pilote se asegure a la guía del martinete con un cable auxiliar, o mediante dispositivos especiales, tales como el pile gate, mostrado en la Fig. 5.97, para evitar que en caso de cualquier falla del elemento o error e n la operación, se pierda el control del pilote.

isegurar el pilote durante el'hincado

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- Construccidn de Cimentaciones Profundas

7 .

Anexos 5.A.l Datos d e e q u i p o d e const rucción

lis datos aquí mostrados fueron tomados de los catálogos de información técnica de los fabricantes de equipo y están sujetos a cambios sin previo aviso.

Tabla 5.A.l.1, Grúas móviles sobre orugas

t'Mirca'~' ' ~ o d 2 1 d ' Ca;>á'c".ad ~ k s c ? t t

h e r i c a n 599C 36.29 5299 45.36 7220 45.36 5299A 54.40 5300 63.50 7225A 77.25 7260 90.70 9260 113.50 9270 136.08 AlOOHC 100

BS 650 50 50 BS 660 60 65 BS 680 80 80 BS 6100 110 90 BS 6120 120 100 BS 6180 180 160

Iucyrus trie 22 B 12 19.30

38 B 54 B 61 B 66.50 67.30

:asagrande C20 20 22 , C40 40 35.60

C50 50 48.65 C60 60 63.70 C90 95 83.80

,ink - Belt LS 68 13.61 17.67 LS 98 24.49 27.70 LS 108-B 40.82 38.40 LS 108-D 45.36 38.04 LS 118 54.43 54.70 LS 318 72.58 63.30 LS 418A 99.77 92.02 LS 138-H 68.04 55.92 LS 208-H 68.04 * 58.97

t 1 . t

Liebher r HS 833 HD 40 39.60 HS 843 HD 60 56.80 HS 853 HD 80 81.20 HS 873HD 90 96.40 HS 883HD 120 109.40

Manitowoc 222 90.70 74.52 777 S-1 153.50 113.40 777 S-2 160 150.14 888 S-1 196.80 154.08 888 S-1 208.60 189.98 3900 W S-2 127 118.94 3950 W 136 136.84 3950 D 136 143.40 4100 W S-1 181.40 166.28 4100 W S-2 208.60 204.38 4100 W S-3 217.70 218.64

P & H 670 WCL 70.0 550 50 5060 60 50.52 5100 100 78.37

Manual Profundas

c.-, piyil. v* m-&&

, ' Marca

BSP (vK> Bauer (Alemania)

Bay Shore System (Ev)

Jalweld

@W

Jasagrande (Italia)

:' . . .

Tabla 5.A.1.2, Perforadoras de barretón o lzelly telescópico

TCA 75 TCA 110

BG 9 BG 14

BG 22 H BG,22

BG 22 S BG, 30 BG 40 BG'U

LMP-30 LMP-50 LM-30 LM.50

LLM-40 DH-60

DH-100 125 CH 155 CH 400 %H 150 C 175 C 200 C 275 C .

42 LH 45 LH 52 LH

520 LH 5200 LH

ADL ADM

CBR120 Ca-drill 12 Ca-drill 18 Ca-drill22

B10 HS B12 HS B18 HS B26 HS

S 1 grúa S / grúa

S 1 oruga S 1 oruga s 1 oruga S 1 oruga S 1 oruga S 1 oruga S 1 oruga S 1 oruga s / oruga s 1 oruga s / oruga S / oruga S / oruga S / oruga S / oruga S 1 grúa S / grúa s / grúa

S 1 camión S 1 camión S 1 camión S 1 camión S 1 camión S 1 camión s / camión S 1 camión S 1 camión s / camión S 1 camión

S / grúa S 1 grúa s l g r ú a S / grúa

S / (oruga, camión) s / (oruga, camión)

S / oruga S 1 oruga

Profundidñd mzix ( m )

30 6 5 40 55 57 68 57 63 88 83 9 15 9 15 13 22 30

opcional opcional opcional

2 1 26 26 26 30 30 30 35 52 30 18 32 80 80 54 35 45 7 3

. 73

. n

8,300 16,445 9,486 14,280 22,440 25,500 22,440 37,434 37,434 37,434 1.244 1,244 2,073 2,073 3,317 8,290 13,820 17,300 21,200 55,300

9,000 9,000 12,000 9,600 12,000 22,000 10,000 12,200 18,300 26,500

. " , - - . . XZ.'

Diámetro S máx ( m )

2.50 3

1.20 1.80 1.80 1.90

3 3 3 3

0.90 0.90 1.20 1.20 1.80 1.80 3.65

2 2 3

3.35 2.10 2.40

3 3.30 3.50 1.80 1.50 1.50

2 2.50 2.50 1.50 1.80

2 2

Construcción de Cimentaciones Profundas --------------------.---------

. --+ ..---,. :' Marcá. s .

Delmag (Alemania)

IMT (Italia)

~ i e b h k r (Alemania) Llamada pspaña) Mait (Italia)

RevDrill (Eu>

3oilmec (Italia)

rexoma @V

~ab¡a-5:~.1.2 (cont.), Perforadoras de barretón o kelly telescópico

S / (oruga, camión)

m Par bg-m 6,100 9,170 14,250 14,250 28,500 14,250 22,400 30,550 6,300 10,200 11,600 18,500 18,400 28,000 36,000 22,440 25,500 2,265 15,400 4,605 13,000 13,140 18,000 22,000 553 829 1,106 1,380 1,658 10,500 11,300 21,000 16,000 15,600 10,000 6,100 9,700 6,100 3,317 5,730 5,730 5.660

7,460

Manual de Cimentaciones Profundas - .-.----------

Tabla 5.A.1.2 (cont-), Perforadoras de barretón o kelly telescópico

Tabla 5.A.1.3, Perforadoras de hélice continua

l kg-m

4 - . :. , , Par

, ' ,kg-m , +

7,800 11,200 13,800 13,800

*.-.,s.. IL. T5'A-J p.-

Tipo *

, . . . - ,

S / oruga, camión S 1 oruga, camión s 1 oruga, camión

S / grúa

. . . , -... ., Marca '

, ,

Watson (Eu)

.-- -..- 'Diáinetro máx. ( m )

I -, ., . , IL - --- - ~ i & n e t r ~ ' ~=of&di&d & ( m ) . , káx(rn)

1.20 2 7 2 2 7

2.40 36.50 2.50 opcional

.. --.-* ., . Moda0

1500 2500 3 100

5000 CA

IMT

MKT

-- .--.r -y-., - - -.. Profundidad' '

. - . &.(m) .

30

RH 1433 RHV 2237 RHV 3037 RHV 4037

A F 6 AF 10 AF 12 AF 16 AF 18 AF 25 HA- 18

HVA-36

s / oruga s / oruga S / oruga s / oruga S / oruga S / oruga S / oruga S / oruga S / oruga S / oruga S / grúa S / grúa

14,26 22,40 30,55 40,74

6,OO 10,OO

2,56 4,98

Tabla 5.A. 1.4, Martillos diesel

Construcción de Cimentaciones Profundas ----.---u-.-- ----

Tabla 5.A.1.3 (cont.), Perforadoras de hélice continua

- . o . . .e-,-- -,-,-v. -,.-m-------?-*. -.-y , .S* <-..-e,. ;. , ..: ::Modele. .-". . . -. , .-;- . , D m e t r O , . '

- . .. . . - . . . . ~. . . " - .

, :dx. ( m ) - ,

R-16 s / oruga 16,OO 1-10 R-15 S / oruga 15,60 1

CM-42 s / oruga 4,80 0.70 CM-46 s / oruga 6,20 0.80 CM-49 S / oruga 8,85 . 0.95 HY 40 S / grúa 3,20 0.60

41 slgrúa 4,50 0.80 HY 42 S / grúa 6,lO 0.80 HY 43 s / grúa 9,30 0.90

$

-y----- -7. -.. m..

- Profuaaidad' - . . . -.y ,'

p á x . (,m ) 21.50 21.50

15 2 1

23.50 32 32 32 32

--

Manual Cimentaciones

Tabla 5.A. 1.4 (cont.), Martillos diese1

- - 1

- I;

1

- 11

- H

Mitsubishi

w,,,". .+ v V " - Capacidad -: ' hg-m .

22,80 31,09 41,46

103,65 3,11 3,74 6,91 8,70

10,08 1,11 2,48 2,50 3,11 3,11 3,63 4,28 5,52 5,52 6,91 9,67 9,67

13,82 5,40 8,77

10,98 3,37 5,70 7,00 7,12 8,30 9,78 9,97

10,91 12,59 12,81 14,59 38,69

3,59 3,88 6,21 6,48 8,92

Cimentaciones Profu -- indas ----.-----

Tabla 5.A.1;4 (cont), . Martillos diese1

-* ,- -, . ", ,"*'+.'". Y

' &&cid*d kg-m -. -

9,066 3,502 8,392 11,609 4,29 1 10,279 11,802 4,763 11,159 18,671 7,212 19,958 19,486 7,185 20,866

airelvapor


Conmaco

denck

MKT

Raymond

Vulcan

Tabla 5.A.1.5 (cont.), Martillos de airelvapor

w.y.,p*.- -m'- - - * - - . . ~ ~ % e l &

100E5 115E5 200

12535 300

200E5 300E5

MRBS 500 MRBS 850 MRBS 1800 MRBS 3000 MRBS 4600 MRBS 8000 MRBS 12500

MS-350 S- 10 S-14

MS-500 S-20 310

150-C 410 510 30X 810 40X '010 506

100-C 140-C 508 '014 '016

200-C 510 '020 512 '030 520 340


.A. 1.6, Martillos hidráulicos

' a;dad' hg-m

3,60 6,00 8,40 9,60 13,20 16,80 24,00 36,00 48,00 1,20 2,40 4,80 6,00 8,40 12,00 15,60 19,20 24,00 339 6,90 13,80 24,36 42,00 67,50 67,50 5,21 8,84 15,20 3,59 4,83 6,08 7,29 8,51 10.94 5,10 6,12 8,16 9,69 11,73 13,77 18,87 24,48


Tabla 5.A.1.7, Martillos vibratorios

APE

ICE

MKT

Soilmec

PTC

Frecuencia, rpm 011650 40011670 40011800 011650 011500 011400 40011200 40011600 40011200 40011530 40011600


Tabla 5.A.1.7 (cont.), Martillos vibratorio~

.,...,-.. :. .~. . ' - .;

4600 2300 1150 4800 2400 1200 600

243

.'

H H H H H H H

' .. . w v ( . m * +-.*.-- ""

Precuesiti , .' .kpm., .

O- 1600 O- 1600 0-1600 0-1600 0-1600, 0-1600 0-1750

+..: Mx.-" ..,r-. "V., .,:- . . . ' a%; fuerza de

.. , tiro, . t :

66 33 33 66 33 33 29.

REGISTRO DE COMSTRUCClOM DE PILA . . A

. .>.

I . ': .; SPLANiE DE PILA (N. D. P.) :- ; . ' <_. .

UOR DE PILA (M. S. P.) . . +, ;,:; . , . .,. .< .- t

rnual. de Cimentaciones Profundas . ___ _.--- -------- . . iii-iíi' -

..2, Registros de construcción-

. .

\ f . D A T O S G E N E R A L E t i

.I (FRENTE: n m

NIVEL DE DE

NNEL SUPEF

D I M E N S I ' O N E S LONGlTüD M PERFORACIM (L. P.)

LONGlTUD M COLOCACION DE CONCRETO (L C.) O(**RO "" e'',." ," "

E S P E C I F I C A C I O N E S

1 REVENIMIENTO T.M.A.

VWi$EN fiVO\MEN LADO ALTURA REAL

T O P O Q R A F I A

-- CONSTRUCTO

\

KQ.M - - .. > S .S3

, i' SUMINIST R O Y COLOCACION D E CONCRETO : 9

ACERO LONGITWDINAL $í = 2

VARS. O M . ,Y

ACERO TRANSVERSAL . d

(4

VARS. O M KO

VOLUMENES REAL > . .

KQ KQ ,'i I r.'

'. ; * OBSERVACIONES: LO- BENTONITICOS. -

&'i

DENSIDAD

VISCOSIDAD

CONiEN100 DE ARENA --

RA vo. Bo. 1 ..: . ---1

Construcción de Cimentaciones Profundas _ ._______ .___________ ._______ ._ .__ ._

I R E G I S T R O DE H I N C A D O D E P I L O T E S . I

I

O B S E R V A C I O N E S :

E L A B O R O Vo. Bo. 1

6. ' Recimentación de Estructuras

.l INTRODUCCI~N

n este capítulo. se entra en detalle sobre dos cnicas de recimentación: a) con micropilotes, por r la solución más frecuente para la restauración monumentos y por las posibilidades que tiene sólo para recimentar, sino también para vas cimentaciones y b) con pilotes de control.

ropósito es ofrecer un resumen de las técnicas

.:: 6.2 JUSTIFICACIÓN DE RECIMENTA- . CIÓN Y RENIVELACI~N

: 6.21 Cuándo recimentar

Casagrande, distinguido profesor e ador de la mecánica de suelos, solía decir umnos: "recimentar es corregir lo que se desde uli principio"; en la mayoría de los sto ocurre como consecuencia de

ación sobre las el sitio y a los

que el hombre le induce, especialmente racción de agua. Así las estructuras que en en . un proceso que genera nes diferenciales y pérdida de la

- verticalidad, cuyo desarrollo puede tomar decenas uede durar hasta

:' centenas, sonlas que eventualmente se tendrán

tructura sufre un desplomo que ilidad. surge la necesidad de

rtical o al menos linación. Esta acción correctiva

como una acción onviene aclarar que renivelar ste en hacer descender 'la parte

. .

6.3 DESARROLLO DE LOS MICROPILO- TES MODERNOS

6.3.1 Origen de la técnica

El ingeniero italiano Fernando Lizzi patentó en 1950 los pilotes muy delgados colados en el lugar llamados "Palo Radice" o pilotes raíz para la restauración de monumentos, (Lizzi, 1981). En su trabajo menciona el usual desconocimiento de las características de las cimentaciones de viejas estructuras y las dificultades de cálculo estructural de los monumentos que restauró, por la incertidumbre de las propiedades "elásticas" de la mampostería y su erraticidad en una misma estructura.

La Fig. 6.1 se muestra el concepto de micropilote de concreto colado en el lugar, que se construye como se reproduce en la Fig. 6.2, con diámetros desde 10 a 25cm (4 a 10in). Para controlar la calidad del colado, con tubos "tremie" de pequeño diámetro, se utiliza un ademe temporal que evita la contaminación del mortero; este ademe se retira gradualmente aplicando aire a presión, para evitar el arqueo del mortero dentro del tubo de ademe y con ello discontinuidades del pilote.

SCCCION 1-4

Fig. 6.1, Micropilotes según Lizzi (1981).

Manual de Cimentaciones

NOMLNCLANRA 1 Y 2 PcrIorai6n y colococmn de odeme 5 Colodo completo

3 Cdococi5n del refuerzo 6 Extmccia'n del ademe con aire o pmidn 4 Colodo de pilote con tubo tremis 7 Pilote lerminodo

Fig. 6.2, Instalación del "Palo radice" (Lizzi, 1981)

6.3.2 Evolución posterior

Los geotécnicos franceses en el campo de construcción de presas desarrollaron la inyección de rocas y suelos con el "tube A manchettes" o tubo de manguitos (Cambefort, 1963), Fig. 6.3; se trata de un tubo de acero o también de PVC, que tiene perforaciones laterales de diámetro menor a lcm (0.4in) y están obturadas por una funda de hule flexible (manguito de neopreno). Este dispositivo permite inyectar lechada de cemento o mortero fino desde el interior del tubo, la cual penetra en el suelo o roca circundante; concluida la inyección, de inmediato el tubo se lava interiormente, para dejarlo limpio y preparado para subsecuente(s) inyección; la lechada o mortero no retorna al tubo, porque el manguito se lo impide.

6.3.3 Conceptos técnicos

La virtud fundamental de los micropilotes en trabajos de recimentación, radica en el hecho de que son un complemento a la cimentación existente y puede afirmarse por su proceso

fricción, aunque 'en el número a contando con uh estrato resistente desarrollan capacidad por punta. A los micropilotes no trabajan, toda 1 soportada por. la cimentación conforme la estructura se'va asenta el trabajo del micropilote y a largo p llegar a tomar toda la carga.

En la Fig. 6.4 se muestra la relaci deformación obtenida en una pru para un "palo radice", junto a un s eléctrico para observar la estrat ejemplo en la Fig. 6.4, si Hmdr

asentamiento permisible - para la correspondiente carga del pilot importar que la carga límite del muy por arriba de ese val desplazamientos, Hmin, parte transferida al micropilote P' carga es soportada poYe1 su como el desplazamiento relati consideración del diseño, se p micropilotes poseen una ca mayor a la que llegan a movilizar.

tecnológico que son esencialmente ,

- .

Recimentación de Estructuras

Tubo de acero con perforociones

Fig. 6.3, Tubo de manguitos

de neopreno perforociones

con FS = 2 O.= 45 ton

con FS = 3 O,= 30 ton

Fig. 6.4, Ejemplo de capacidad de carga Qf a friccibn

Manual de Cimentaciones Profundas -- ---B.- - ---------------.------F...----

6.3.4 Otras soluciones para la construcción de micropilotes

Los micropilotes se pueden describir como la extensión natural de las anclas de tensión y fricción, primeramente desarrolladas para estabilizar taludes y excavaciones en roca y posteriormente aplicadas con los mismos objetivos en suelos (Xanthacos, 1991). Se podría decir que la norma alemaoa de micropilotes con refuerzo de barra sólida de acero, es prácticamente igual a la del anclaje; en cambio las soluciones italiana, española y francesa en general se orientaron a l empleo de tubos de acero con el doble propósito de servir como elemento de construcción y refuerzo estructural.

E n la mayoría de las soluciones, el micropilote usualmente consiste de un tubo de acero con perforaciones laterales, el cual es introducido en

S el subsuelo en una perforación previa; el espacio anular se confina con un mortero o lechada de cemento y se le denomina la vaina del pilote; posteriormente se inyecta lechada de cemento por las perforaciones laterales, la cual tiene que fracturar la vaina para salir e incrementar el área transversal y el confinamiento del pilote. E n cuanto a los detalles de los micropilotes, se han desarrollado numerosos ingenios patentados para simplificar y mejorar los procedimientos de construcción.

La práctica europea de los micropilotes, aprovecha la facilidad de su colocación, para hacerlo, en caso de que se jus tsque, con una cierta inclinación; ..esta práctica de pilotes inclinados está influyendo significativamente en los criterios de análisis de las cimentaciones y seguramente motivará cambios en la práctica de fabricación de pilotes.

6.3.5 Técnicas italianas

Varias empresas e instituciones italianas han sido pioneras en el'empleo de micropilotes para la recimentación de antiguas estructuras, con los pilotes "galo radice y micr.opalisW se tienen experiencias desde hace decenas de años. Los pilotes Microtrevi de la Fig. 6.5, (Trevi); consisten de una tubería de acero en tramos roscados, que lleva en la punta una broca desechable tipo Drag cuya salida tiene una válvula de no retorno, las ventanas laterales del

tubo de acero están obturadas por válvulas '

circulares de neopreno.

E n la Fig. 6.5 se muestra esquemáticamente que la tubería y su broca, inicialmente son la herramienta de perforación, la cual se opera a rotación y presión empleando agua o lodo con ayuda de una máquina convencional de perforación; una vez que la profundidad de diseño, se llena con lechad espacio anular entre la tubería y el barr Cuando h a fraguado la vaina, se introduc tubería de inyección con doble empaque, inyectar cada una de las ventanas lateral un proceso ascendente. Terminada esa i se lava el interior del tubo, para .

necesario, hacer factible otra(s) e inyección.

La presión de la lechada debe ser romper o fracturar el mortero de la también al suelo circund la presión de fisurami que Se han aplicado 1 necesarias para incrementar su di alcanzar la capacidad llena el interior del tubo con mor .protegerlo de la corrosión.

6.3.6 Técnica española

E n la Fig. 6.6 se muestra esquemá solución generada en España (Ro consiste en hacer una perforación (4 a 8in) de diámetro; a medida qu perforación se introduce un ad Una vez que se h a llegado a la diseño, se introduce el tubo co laterales y. se procede al..llena simultáneamente a l retiro del A continuación se inyecta lech manera idéntica al caso de importante destacar que la metálico, más que estabiliza lograr mejor calidad en el por ello, la perforación se bentonítico y una vez sustituirlo por agua limpia.

Utilizando tubería del necesario se puede llegar carga de los micropilotes d

, ... .


2 Inyección 1 Perforación

3 Inyscci6n onubr del bulbo

poro inyeccron

Seccibn A-A

0

Sección H-8 Broca Omg

Detalle 1 (Vah la Velanor de no relamo)

Fig. 6.5, Pilote Microtrevi (Trevi)

4 Inyección o presión poro lo formación del

MOMENCLA TURP

1 Perforación Z Colocación de la ormoduro tubulor

bulbo

3 Inyección de relleno poro iormoc;Ón 5 Relleno del interior del tubo de lo voino

Fig. 6.6. Pilote Rodio "Ropress".(Rodio)


6.3.7 Técnica francesa

Con técnicas similares a las antes descritas, (Soletanche), recurre a una funda, de tela que envuelve al tubo de acero, para que al inyectar el mortero de la vaina se evite su contaminación con el lodo de perforación, (Mhistere des Tranports, 1968).

6.3.8 Técnica alemana

En. la Fig. 6.7 se muestra la solución avalada por la norma DIN 4128, que utiliza como refuerzb una barra sólida de acero d e . alta resistencia, (Dywidag). El procedimiento consiste en empezar por una perforación estabilizada con ademe metálico, al igual que lo descrito en el inciso 6.3.6; después se introduce la barra sólida de acero con los coples de cuerda izquierda y centradores. Adherida a la barra lleva una doble manguera, para la posterior inyección (Ischebeck).

Perforación Instalación del pilote ademado CfWl en tramos cortos

Primera inyección y extracción del tubo de perfomción

Fig. 6.7, Pilote Gewi (Dywidag)


6.3.11 Micropilotes aplicados en México

a) Pilotes electrometálicos. En los años 60 se desarrolló un micropiiote que se denominó electrometálico, (Tamez, 1964); éste consistía en hincar a percusión un tubo de acero de 7.5 a lOcm (3 a 4in) de diámetro; una vez instalados varios de ellos, funcionando como ánodos o terminales, se les inducía un campo eléctrico de corriente directa, para provocar resecamiento en la periferia del pilote y a una cierta distancia con una varilla de sacrificio funcionando como cátodo se generaba acumulación de agua.

b) Micropiiotes convencionales. En la Fig. 6.11 se ilustran las características de estos pilotes, los cuales se instalan con .funda de tela para evitar la contaminación del mortero de la vaina,

, conforme a la técnica francesa.

I 0 = 30 (Pilote)

E- ?

6.4 RECIMENTACI~N CON PILOTES TRADICIONALES

6.4.1 Pilotes de control

1964, 1981). En la Fig. 6.12 se muestra el

desacertada, que aparentemente

J CORTE. A-A '

b) Neurnótico Noto

Empaques -Acotaciones en centímetros

Fig. 6.11, Micropilote tradicional

. . Recimentación de Estructuras

mitaciones de los pilotes de control El criterio de instalación de estos pilotes fue por muchos años equivocado, porque se hincaban a . presión y al alcanzar 1MN (100t) se les consideraba pilotes confiables, independien-

mismo, ya que fue precisa- temente si quedaban o no apoyados en estratos ebido para seguir las deformaciones duros. Durante los sismos de 1985 esto quedó

cie del suelo; hace esto gracias a la demostrado, se observaron abundantes casos de ad de las celdas de madera, pilotes que se hundieron bruscamente, por da con los necesarios ajustes de incrementos de carga junto a otros que lo

resistieron (Santoyo, 1986). to. e n los que se retiran los, cubos eformados; cuando se hace ' este

se descarga y en ese momento Otra incertidumbre de estos pilotes, fue la ensable contar con la rigidez de la costumbre de instalarlos segmentados en

distribuir la carga a otros tramos de 1.0m, en los que la continllidad, plazo los pilotes de control estructural se confiaba a varillas empalmadas

á n que los edificios desciendan dentro de u n hueco cilíndrico, Fig. 6.13. Con la iento regional y se presentarán intención de mejorar la continuidad, otros

constructores colocaron cables y los postensaron una vez instalados; se desarrolló otro sistema de

ctura es rígida, el hundimiento colocación llamado pilotes , descolgados, que a podrá ser casi uniforme y con grandes rasgos consistía en colarlos dentro de

un tubo-cimbra de cartón que a medida que se llenaba de concreto se hacía descender en una

tructura es deformable, el perforación previa; la concepción e s simple, pero -no se podrá controlar y muy expuesta a errores de ejecución.

or acusar los asentamientos inherentes a l suelo por s u

natural erraticidad.

. .

Mecanismo del control tipo Stag

255 . ..

En cuanto a los puentes de reacción, existe la imposibilidad de transmitir cargas de tensión al pilote, por lo que en edificios altos han presentado signos' de inestabilidad por volteo (Santoyo, 1986).

Por lo que respecta al mantenimiento, se "-.presenta la dificultad de falta de uniformidad en

la deformabilidad de la madera, como se demuestra en la Fig. 6.14,. así como- a la corrosió~ de las partes de acero; el primer aspecto es el más complejo, por ello se recomienda sustituir la madera por neopreno de dureza controlada. En cuanto a la corrosión las pinturas epóxicas y el engrasado frecuente son la única solución.

6.4.3 Criterio de análisis

Posteriormente y como consecuencia de los sismos de 1985 se propuso un criterio de análisis del .trabajo de los pilotes de control. (Tamez, 1990). En la Fig. 6.15 se muestra el esquema de un corte vertical a lo largo de un


Troslope o soidodura

en el hueco central

Acem de refueno

Fig. 6.13, Pilotes segmentados

de control dentro de El equilibrio del sistema carga neta estática, Wne propio de la estructura menos el peso total del.:;;:.:?; suelo excavado, se desco suelo-pilote en dos partes, una de las cuale trasmite a la cabeza del pilote a través celda deformable, Qc, -y..la otra al sue contacto con la losa de cimentación, carga, W#e, aplicada al prisma de

. tributario que rodea al pilote hace desce suelo produciendo un desplazamiento entre éste y el pilote, cuya punta se apo estrato resistente, este m estructura siga al hundimiento regi desplazamiento relativo genera un friccionante descendente que se suma manera que la carga aplicada por la losa más la;' f s fricción negativa es igual Qf = Fnn otro lado, el estrato resistente debe

. menos la capacidad de .punta,

será un pilote de punta penetrante.

-.--y----- --...---- Recimentación de Estructuras --

Fig. 6.14, Comportamiento de las celdas de madera

W= Pesa total de la estruclum Ws = Caqa compensada

Wns Coqo neto Os = Cwya de fluencio de b @do W s s Coqo estótico Iransm'Iido 01 suelo Or = Copacidmi fnCciononte del pJole rnn= Fticción negativa Op = Copaciüad de punto Wne = Wle-üc Wne = Os + Wse 0r = Ws. + Fnn

Op + Os + or

Op. o.+ o, . .

Fig. 6.15, Fuerzas actuantes y resistentes en unjpilote de control /

.... ,

Manual de ,Cimentaciones - Piofundas _ . . . . ,

6.4.4 pilotes con control mecánico 1978); gatos hidráulicos con aceites alta viscosidad, neoprena de diferen

Muchos esfuerzos se han realizado para durezas (Segovia y Gutiérrez; 1992). modificar las limitaciones de -los pilotes de

- . control tradicionales, señaladas en el inciso b) Sustitución. del puente de reacción y 6.4.2; los más importantes . . se han dirigido hacia la celda deformable. En el Instituto la sustitución de las celdas de madera por Ingeniería de..la UNAM se desarrolló materiales con leyes de deformación más mecanismo basado en el principio confiables o sistemas mecánicos de ajuste; otros rolado por flexión plástica de sole esfuerzos se han enfocado a la modificación total metálicas, . a los que se denom del sistema de control. Pocas experiencias elementos "J", Fig. 6.16b. (Ag escritas existen de los casos, de las -cuales se . ., 1981). Otros' .:dos sistemas son 1 pueden mencionar las siguientes: control de fricción regulada; el p

. . por medio deTlgcas Y tornillos a

. a) Sustitución de los cubos de madera. Se ... .. Fig,: .6.16c, , (~im'énez, .1980); el

han implementado gatos. de arena ' . con un gato de fricción co exteriores formados por cilindros .. .metálicas Fig. 6.16d, (Tam metálicos rellenos de arena seca o aunque no se conoce nin forniando parte 'integral de la práctico empleando estos mec cimentación Fig. 6.16a, en los dos casos con tapones para extraerlas (Correa,

. .

. .

o) . Coto de oren.o b) Mecanismo "J" . .

Celda fricciononle.

- ..

. . C) Sklemo de fric& .r&ulodo. .' . .: . . . .

'. ', d) Celda de friccjon

. . . / Fig. .6.16, Diferentes sistemas.de control

----

taciones mecanizadas

sistema de :'control han sido obre todo en' el campo de las S; se han adecuado los

a evitar la inestabilidad de los a, así como su capacidad para

y la colocación de algunos regulación de deformación

a r y Rojas, 1990).

dad de 1a.capacidad por os e n la capa dura o

tar los efectos de la iseñado estos pilotes funda seccionada de

, unidas por medio que toman las

r la consolidación

te hundimiento

+erimetral de pilotes o pilas que soportaron a &a retícula de trabes postensionadas con

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Tromo de pilote de concreto

2fOd/@ Punto

Tramo de od& de acero

3.00

Fundo de neopreno

Conjunto b 0.30 4 Soluci6n potentodo por tgc

No tos:

- Acotaciones .en metros - Acero de retuerzo fy = 4.200 kg/cm2 - Concreto f'c = 250 kg/cm2 -1 0.40

- El tubo de 1Ómino se limpiará con chorro de oreno en la porte exterior y se contro lo corrosión Punto de

con pintum epóxico concreto

- Los juntos poro lo unión de los tramos de pilotes serán roscodas: con capocidod o tensión de 30 ton

- Lo graso poro rellenar el espocio entre el fuste y lo fundo sem' groso multilitio 11. aceite SAE 30 y barito poro obtener uno mezclo monejoble con densidod de 1.15

concreto reforrodo

relleno de

Fundo ocero

Fundo

groso

de

de

concreto

Fig. 6.17, Pilote funda (TGC)

.- .. .

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7. Pruebas de Carga

INTRODUCCI~N Cuando se justifica utilizar pilotes o' pilas instrumentados, la información adicional que se

necesidad de real i i i r pruebas de carga de obtiene permite: pilotes y pilas se justifica debido a que el análisis

la capacidad de carga de estos elementos está - Conocer la magnitud de los esfuerzos durante to 'a incertidumbres tanto, ,de las, teorías del el manejo e hincado del piloté portamiento del sistema pilote-suelo o pila- - Evaluar el efecto del hincado de los otros o, así como a la dificultad de definir pilotes

nte, mediante trabajo experimental, - Conocer la transferencia de carga al suelo mportamiento mecánic'o de los suelos de un durante la prueba y su variación con el tiempo

Lo anterior lleva a recomendar que las - Estudiar elefecto de grupo as deban realizarse para determinar. a . . - Estudiar el fenómeno de fricción negativa

natural : el comportamiento cimentación- pre que económicamente sea factible, Para alcanzar los objetivos mencionados, una

do que ,normalmente generan ahorros en prueba de carga debe diseñarse simulando las , os de tma cimentación. .condiciones carga-tiempo bajo las cuales trabajará

. . d . pilote.'^ 'pila (Fig. 7.1) para el disefio es ebas de carga pueden realizarse en pilotes necesario contar con la información geotécnica y

0n~en~i0naleS :' ' y' ' . en elementos el diseño .preliminar de la cimentación. Las etapas entados; en el primer &O, 10s objetivbs de s&cción, diseño y '&jecución de la prueba de

carga se presentan esquemáticamente en la Fig. 7.2. Cabe destacar que en cada problema

minar la capacidad de carga vertical de específico la elección del tipo de prueba dependerá os en estratos firmes

. . de los siguientes,aspectos: confiablemente la longitud necesaria

ilotes de fricción - Grado en que se reproducen las condiciones la capacidad de carga lateral de trabajo de la estructura

ote, las técnicas y equipo Costo , . . si es necesario realizar . Tiempo de ,ejecución

- Simplicidad en su ejecución el procedimiento' constructivo con el oyecta fabricar las pilas

Compresibn Carga vertical

Extracdbn

carga lateral 1 Carga combinada (vertical y lateral)

Pruebas de carga

Carga verücal

Fig. 7.1, Pruebas de carga de pilotes y pilas

de Cimentaciones Profundas

Investigación geotécnica del sitio

INFORMACI~N PREVIA NECESARIA

Disefío preliminar de la cimentación

D~F lN lc ldN DE LOS OBJETIVOS DE LA PRUEBA

t SELECCION DEL TIPO (S) DE

PRUEBA (S) DE CARGA Sistema de reacción Equipo de aplicación de la carga DlsEljo DE 'LA 1s) PRUEBA (S) -

DE CARGA Dispositivos de medición

t "FABRICACI~N E HINCADO DEL PILOTE (S)

O FABRICACION DE LA (S) PILA (S) PROTOTIPO

t CONSTRUCCIUN Y ARMADO DEL

SISTEMA DE REACCION

1 Equipo de aplicación de la carga

INSTALAC~~N DE LA PRUEBA C-Dispositivos de medición

EJECUCION DE LA PRUEBA

1 INTERPRETACI~N

INFORME

Fig. 7.2, Etapas de una prueba de carga

EGISTROS DE CONSTRUCCIÓN REQUERIDOS PARA LAS PRUEBAS

e en la capacidad de ue pueden alcanzar; por ello la ón de una prueba de carga necesa-

edentes relativos al

ricación de la pila. permitirán una prueba, así como de la construcción

para el funcionamiento adecuado de ctura durante su vida útil.

acterísticas de fabricación del pilote

construcción del pilote se debe ue se cumplan las especificaciones

geometría, diseño almacenamiento y a ello deberán ud del pilote, los S materiales, el

isposición, espaciamiento y

del elemento y los puntos de

eberá medirse el perímetro secciones y se comprobará 1 eje longitudinal no sea o puede hacerse con el do en la Fig. 7.3, que

orizontal d del eje con tensado de acero, que se caras extremas; en esta

y en dos direcciones sí. E n caso de existir siempre que el ángulo al eje longitudinal sea

se que el pilote o pila diseño estructural la subestructura, ya carga de 2 a 3 veces

.- Pruebas -- de Carga --

7.2.2 Registro de hincado del pilote

El hincado de un pilote puede considerarse como una prueba de penetración que permite evaluar la eficiencia del equipo empleado, verificar la estratigraña de diseño y definir un criterio de aceptación de los pilotes de punta, para el número de golpes final y la profundidad de desplante; para ello es necesario llevar un registro cuidadoso de estos aspectos.

r Alambre de acero

ELEVACION 0

Fig. 7.3, Determinación de la curvatura del eje del pilote

a) Resistencia a la penetración

La verificación de la estratigrafia de diseño puede hacerse directamente cuando el hincado se hace en una perforación previa; en caso contrario, los estratos que atraviesa el pilote pueden identificarse indirectamente registrando el número de golpes necesario para que penetre una cierta longitud, que va de 0.2 a l m (0.66 a 3.3ft), según se trate de suelos &mes o blandos, respectivamente. La presentación gráfica de esta información se ejemplifica en la Fig. 7.4.

b) Posición final del pilote

Durante el hincado del pilote se generan expansiones del suelo circundante, que obligan a realizar nivelaciones del terreno original y de la cabeza del pilote después del hincado; por ello la posición precisa del pilote debe referirse a dicha nivelación.

E n el caso de pilotes apoyados e n suelos firmes, es importante definir la resistencia a la penetración del estrato de apoyo, mediante el número mínimo de golpes para penetrar cierta longitud (rechazo) a fin de evitar el sobrehincado que podría dañar el pilote. Para eilo se grafica directamente la recuperación elástica y el asentamiento neto del pilote en el tramo final del hincado; el dispositivo de medición se muestra en la Fig. 7.5, que consiste de un sistema de referencia horizontal en el que se desliza manualmente un lápiz a cada golpe, para dibujar las deformaciones en u n papel resistente adherido al pilote. Esto se hace en 3 a 5 series de 10 golpes para definir así la penetración final en mmlgolpe (rechazo) con el promedio obtenido (Tig. 7.6).

Manual ~imkttaciones Profundas

No de golpes Kt.2 m de penetrad611 NO de golpes total

200 100 O 4000 8000 10000 * m

- 3 0 . . . . . m 4000 8000 10000

Nivel final de la punta Profundidad de la punta bajo el n ~ e l del terreno (m)

Fig. 7.4, Representación gráfica de la resistencia a la penetración

la aplicación repetida de ciclos de carga y descarga.

. . . - . - Pruebas.de. Carga

durante la construcción de una

uebas se ' trata, de definir el o del sistema pilote-suelo o pila-

que simulen las que estructura. Se han propuesto '

ocedimientos de ..prueba que coinciden con alguno de 108 ados en la Fig. 7.8; algunas mbién admiten pruebas que estos procedimientos, así como

tamiento.mínima al término de - . - cada'hcremento de carga

En el Anexo 7.A se presentan las características que debe tener un informe de una pveba .de carga estática de un pilote.

Criterio de carga controlada

7.3.1 Criterio de carga controlada

Este tipo de prueba es el más extensamente aplicado; permite definir la carga última que soporta un pilote aplicando la carga en incrementos y siguiendo alguno de. los dos siguientes criterios:

1

- Aplicar incrementos iguales de carga, cuando la rapidez de asentamiento medida en la cabeza del pilote, se reduzca a un valor mínimo

Prueba con.incrementos de carga en tiempo constante

Pruebas de carga estática , en compresión

Prueba controlando asentamientos

Criterio de desplazamientos , controlados

Prueba con velocidad de penetración constante

' ~ i g . 7.8, .Tipos de pruebas de carga .

. . - 'Aplicar inciementos iguales de carga en incrementos de tiempo constantes

. -

a) Rapidez de isentamientb mínimo

Los incrementos de carga se aplican cuando la rapidez de asentamiento generada por el incremento previo de carga se haya reducido a un valor mínimo prestablecido, usualmente de 0.25mm/h, O.Oli& (ASTM D 1143-81); en cuanto a la magnitud de los incrementos de carga, se acostumbra que sean del 25% de la capacidad de carga de diseño Qd (factor de seguridad de 3).

[prueba con velocidad de asen-]


Durante la realización de la prueba, en cada incremento de carga se debe comprobar que la rapidez de asentamiento se ha reducido al valor mínimo prestablecido, que como se muestra en la Fig. 7.9, corresponde a un tramo de la gráfica de control paralelo a la línea de referencia.

La carga máxima a la que se Lleva la prueba es de por lo menos dos veces.la carga de diseño Qd,

que se mantiene por 2 horas para después proceder a la etapa de descarga en decrementos que pueden ser del orden de 0.25Qm~ a cada 20min (Fig. 7.10); la recuperación del asenta- miedo se mide a los 5, 15 y 30min después de haber retirado totalmente la carga, o si es posible, durante más tiempo.

La información obtenida en la etapa de carga de una prueba se muestra esquemáticamente en la Fig. 7.1 1.

b) Incrementos de tiempo constantes

En esta prueba los incrementos iguales de carga se aplican a intervalos de tiempo constantes, usualmente de 15min (RSAES,1980); la magnitud convencional de los mismos es de 5% de la capacidad de carga última del pilote.

Incremento de carga siguiente

Asentamiento

Figi 7.9, Control de la prueba

cedimiento común para ensayar pilotes

tes (inciso "bu de 7.3.1); una vez que se la carga que se había aplicado (1 a 2 ntinúa con incrementos de carga de 0.1 ndo el criterio de que la rapidez de

áxima que puede soportar el pilote. áxima aplicada (Qmdt) se mantiene s durante dos horas y después se

decrementos de 0.25 Qmdt con e 20min;, la recuperación del

se mide a los 5, 15 y 30min ber retjrado totalmente la carga, o or un tiempo mayor.

r inciso 7.3.5.b) bajo descarga, que varían y un máximo, que

el primero. Cada uno

vez mayores, que ; 4/16 a 2/16; 6/16 a

Pruebas - de Carga -

(1 a2)Qd QWN+X

Incrementos de carga a cada 20 min

Asentamiento '--l

0.25 Q Qd = Carga de diseno

v (mm) Qm. = Carga máxima aplicada

Fig.7.12, Prueba con dos ciclos de carga- descarga

I - 1 ddo -1

3/16; 8/16 a 4/16; entre otros., de la carga última (RSAES,. 1980). Para cada uno de los rangos De 10 a 40 minutos

iniciales de carga se hacen 10 ciclos, después se incrementan a 15, y en la carga Última como nivel máximo se hacen 20 ciclos; la secuencia se ilustra en la Fig. 7.14. Los resultados de prueba se resumen como se muestra en la Fig. 7.15.

Asentamiento Para la ejecución de esta prueba se requiere un (mm)

Zonas sin defonnecibn

sistema hidrádco que permita aplicar los niveles de carga rápidamente y con precisión, además de mantener constante la carga aplicada.

Fig.7.13, Control de un ciclo

Manual de.. Cimentaciones Profundas ---

1 . , 15 ciclos I I I I I I I I I I

Asentamiento (mm)

Fig.7.14, Secuencia de una prueba con carga cíclica

. ..

lntervaios de wrga

20 - 10ton 40 - 20 ton

No de.dclos (escala log) 3 3 4 ' 5 6 7 4 9 1 0 15 >

120 - 60 ton

140 - 70 ton

4 Carga de fluencia estimada: 100 ton

Fig.7.-15, Resultados de una prueba con carga cíclica

Pruebas de Carga

, . I

5 1 ., 7.3.2 Criterio de desplazamientos controlados

, < , Las pruebas de carga de desplazamientos " ",controlados se desarrollaron para disminuir el . . , . - .. tiempo necesario para definir la capacidad de t Carga (ton)

irga de: pilas weba se ajusta

pilotes; el proce 1 cualquiera de los

:dimiento de dos criterios

Qi p m , incremento

> . S ' siguientes: i , ' " .

' I .. .. . . :- , r y - . Variar la carga aplicada controlando que los y.1: . , asentamientos inducidos en el pilote sean , .;' . constantes . >.; - Variar la carga aplicada para que el pilote . . ,. .: . . adquiera una rapidez de penet&ción , . ' . constante. . . . :-.. . ....,. ;. ,<.

Las limitaciones más importantes para aplicar 2 . . ; : ' esta técnica son:

- No se puede distinguir el asentamiento [YK

;< :l inmediato para una carga aplicada 0' .. l.'' - .Es indispensable un sistema hidráulico que . .-

permita variar los niveles de carga. ,,;.. .. 8 .:

I . , . . Tiempo (hr)

';' Para ejemplificar la relación que existe entre los ': resultados de una prueba de carga controlada y

una con desplazamientos controlados, se puede i' señalar que la capacidad de carga determinada

el criterio de incrementos de tiempo constantes (inciso "b" de 7.3.1) es aproxima-

'; damente el 90% de la correspondiente a l de de penetración constante.

Fig.7.16, Control de la prueba

Los resultados de prueba se muestran en la Fig. 7.17, la descarga se hace en decrementos iguales de 0.25 de la carga máxima aplicada a cada 2Omin, leyendo la recuperación del asentamiento a los 5, 15 y 30min de haber retirado totalmente la carga, o si es posible, durante más tiempo.

& - Tabla 7.1, Factores para definir el diámetro .b) Con rapidez de penetración constarite equivalente

La carga aplicada se va aumentando para hacer .que el pilote penetre con una rapidez constante, de 0.25 a 1.25mmJmin (0.01 a 0.05idmin) en suelos predominantemente cohesivos y de 0.75 a

-2.5mmJmin (0.03 a 0 . l idmin) en suelos predominantemente friccionantes; cuando la penetración total es de 15% del diámetro del pilote, o se llega a la capacidad del sistema de carga, se procede a la descarga (ver inciso "a" de 7.3.2).

Sección -r Dimensión signifi~ativa -*

Circular . ..

Cuadrada 1 Diámetro I

--1

=-"::/ Triangular 1 .'- 1 0.55 / equilátera - --

_QI.-gonai__-. i Lado

-? ' r,j- -: D = diámetro equivalente 1'. ', h = factor de ajuste *I"

g; ,- D = k x (dimensión significativa)

.El control de la prueba se hace tomando lecturas de carga y asentamiento a cada dos minutos como mínimo (Fig. 7.18), i-educiendo el intervalo de lectura en caso de variaciones importantes en la carga. Los resultados de prueba se ejem- plifican en la Fig. 7.19

Manual --- Cimentaciones Profundas

Tiempo (hr)

1 O incrementos iguales '-7

Asentamiento

Fig.7.17, Resultados de carga de

tcarga (ton) R R

.f - 0 Lecturas

Fig.7.18, Control de la prueba

.-

uerdo al tipo de prueba que se ar, para alcanzar de manera

Equipo de aplicación de carga

Pruebas

a) Sistema de reacción

El sistema de reacción consiste esencialmente de un puente formado por dos o varias vigas, que pueden recibir lastre o tener sus extremos anclados, con el cual se da el apoyo necesario al equipo de carga; este sistema debe ser estable y seguro en todo momento, cuidando que las cargas que transmite al suelo no influyan en el comportamiento del pilote de prueba.

Los sistemas de reacción más empleados son:

- La plataforma con lastre - Los pilotes 'de anclaje - Las viguetas de anclaje.

Todos ellos se muestran y describen esque- máticamente en la Fig. 7.21.

Plataforma compuesta por vigas de acero que soportan el lastre. Du- rante la instalaci6n se apoya en dos soportes laterales, que son elementos de seguridad durante la prueba.

Carga ---

DESCRIPCION DIAGRAMA DE INSTALACION

Y seguridad

1 CORTE

Pilotes verticales unidos por vigas. de reacción hor izonta les y que s o p o r t a n la c a r g a trabajando a tensión.

' Fig. 7.21, Sistemas de reacción

COMENTARIOS

Se deben colocar apoyos laterales para prevenir que la plataforma adquiera una posición inestable. El lastre puede ser: pilotes, piezas de acero. bloques de concreto o tanques de agua. La distancia mínima entre cada uno de los apoyos y el pilote de prueba debe ser Hmin=B+3.5D

Comúnmente se usan de 2 a 4 pilotes deanclaje dependiendo de la magnitud de la carga por aplicar; en todo caso. la separación recomendable al pilote de, prueba es H=IOD y la mínima admisible es 5D. Se debe calcular la flecha de la viga de reacción para los niveles de carga previstos. para comprobar que la carrera del gatoes suficiente

Manual de Cimentaciones Pwfundas

A continuación se comentan brevemente los aspectos importantes que deben cuidarse para la utilización de alguno de estos sistemas.

o Plataforma con lastre. Esta solución de reacción debe operarse con precaución, por el peligro de volteo que se presenta cuando faila el pilote o cuando el lastre es insuficiente y tiende a levantarse; las mediciones de deformación deben hacerse a distancia para evitar que los operadores se

, introduzcan bajo la plataforma lastrada.

P Al inicio de la prueba, los apoyos transmiten al suelo el peso total del lastre; los esfuerzos así inducidos disminuyen conforme se incrementa la carga soportada por el pilote, por lo cual, si se consigue que el lastre tenga un peso ligeramente mayor a la carga total que soportará el pilote, la influencia de los apoyos no será significativa en la capacidad Última.

o Pilotes de anclaje. Para absorber la reacción se pueden seguir dos criterios: utilizar pilotes inclinados o verticales; la primera solución es más recomendable porque se reduce la interacción entre los pilotes de reacción y el de prueba.

Sin embargo, el sistema con pilotes verticales es ventajoso económicamente porque se pueden aprovechar como anclaje los pilotes que formarán parte de la cimentación; en este caso debe cuidarse que estén alineados para que no existan excentricidades en la carga, además de rehincarlos para evitar una reducción de su capacidad por punta.

La distancia mínima entre los pilotes de dnclaje inclinados y el de prueba se determinará a partir de un estudio de cada caso particular. Si se usan pilotes verticales, la separación más recomendable entre centros es de 10 diámetros (Poulos, 1974), aunque algunas instituciones la admiten de 5 (ASTM D 1143-81) que permite reducir el costo de las vigas.

Conviene destacar que con este criterio de reacción la interacción entre los pilotes es

más significativa conforme se niveles altos de la carga.

Viguetas de anclaje. Este sis desarrolló recientemente (Tovilla, ventajas son su bajo costo y tiemp de instalación. Sin embargo, se h poco y por ello -subsisten ince sobre la interacc anclaje y el pilote de prueba.

Equipo de aplicación de la car

1 carga se puede aplicar al pilote s maneras diferentes:

Con lastre cuyo peso se gradualmente durante la pru caso las vigas de reacción sirven solame$( para recibir el lastre y transmitirlo al .pilote: Los apoyos laterales la caída del lastre-por la falla lo que deben diseñarse de ma sobrepasen la capacidad de cuando reciban la carga tota

Con un sistema hidráulico d coloca entre las vigas de re en cuyo caso la reacción pr de piezas ancladas.

El primer procedimiento e recomendable debid maniobras de colocación d puede golpear a los dispo y desajustarlos o in Por su parte, el %te 7.22) permite controla precisión los niveles de consideran los siguientes aspectos:

El sistema hidráulico con un mecanismo que del pistón para mantener una cqgai?> constante conforme se asiente el p i lob- :~ J para permitir una rapidez de deformaii$"y uniforme, dependie que se realice; Weeks descripción de un hidráulico (Weeks and

. . . , - . .

Cuando el sistema de carga dos o más gatos, estos interconectados.

se integre por deben estar

.Z. ' . - - O La loneitud del (de los) ~istón(es1 debe ser " - , A

mayor que los asentamientos pilote o pila.

Sobre el pistón debe manten esférico, que facilita-la alinea la transmisión de momentos a

La carga se transmite al pilote horizontal de acero adherida la cabeza del elemento.

b .

sufrirá el

erse un apoyo ción y elimina 1 pilote o pila.

con una placa con mortero a

. c) Dispositivos de medición

. . .

Las variables que deben medirse durante una ."' r:' prueba de capacidad de carga son:

' - Para pruebas con pilotes o pilas convencionales, los asentamientos que sufre la parte superior, las cargas aplicadas y los tiempos en que ocurren.

EQUIPO 7

Pruebas de. Carga -----

- Para pilotes o pilas instrumentados internamente, se determina además la carga que transmitan a distintas profundidades.

Esto último se hace cuando sea importante conocer la relación entre las resistencias de punta y fricción o la evolución con el tiempo de la transferencia de carga al suelo.

Los dispositivos que se utilizan para determinar las variables mencionadas se detallan a continuación.

9 De la carga. La magnitud de la carga aplicada se puede evaluar con uno de los dos aparatos siguientes: con el manómetro (previamente calibrado) del sistema hidráulico o con una celda electrónica de. carga; la instalación de ambos se presenta en la Fig. 7.23 y a continuación se comentan sus limitaciones:

DIAGRAMA DE INSTALACI~N

Apoyo esferico e-, \ celda de carga

Gato hidráulico i, ~ M a n t 5 m e t r o

COMENTARIOS

El sistema hidráulico debe tener la capacidad de carga y la longitud de pistón requeridos durante la prueba.

Es necesario un mecanismo que regule el movimiento del pistón para mantener una carga constante conforme se deforme el pilote o para permitir una rapidez de deformación uniforme, dependiendo del tipo de prueba que se realice.

Fig. 7.22, Equipo de aplicación de la carga


El empleo del manómetro que mide la presión del aceite en el sistema hidráulico de carga no e s recomendable, porque se h a visto que puede llegar a tener errores hasta del 20% (Davisson, 1970). La causa principal de estos errores es la fricción que se desarrolla entre el pistón y las paredes del cilindro del gato, que adicionalmente depende de la posición del pistón, de su verticalidad, y de que si durante la carga el pistón tiende a salir o a entrar en el depósito. Por lo anterior, el manómetro puede ser confiable como único aparato de medición solamente si se cumplen los siguientes requisitos:

- Que el sistema hidráulico esté en perfectas condiciones - Que la calibración se realice correctamente, lo que se logra cuando el gato se usa para aplicar la carga a la máquina universal en diferentes posiciones del pistón (erróneamente se puede aplicar la carga al gato) - Que los apoyos del gato permitan que el pistón se mantenga vertical durante la prueba.

La celda electrónica de carga consiste usualmente de un cilindro de acero, instrumentado con deformímetros eléctricos

1) Man6mtm del sistema hidráuliw

2) Celda de carga

La aelda es el menómetro ( ptwvlsmente calibrado ) que mide la presión del aceite en el sistema hiddulicode carga

Celda iomada por un clllndro de acero instrumentado con deíomirnetms eléchbs (stroin géges).

(Sti Pe' cui . . de la celda misma. Estos dispositivos d&beX',: estar protegidos mecánica y electrónicamente &.% los

0 De los asentamiento.. Los asentarnient~~~~f que sufre el pilote de prueba se deben medir.' - con un sistema preciso y confiable;: i-j generalmente se utilizan micrómetros entr'e-,':q

menor precisión, permita tener una. 24 referencia adicional y controlar visualmen,k : :p . ii. la prueba. Este setrundo sistema de.:%

ajustar los ceros de los aparatos sin afec$i;--. '? . "Fi la continuidad de las lecturas. 2t! ;"s

3 continuación se describe la instalación- dP cada sistema, haciendo énfasis en sus',';:q detalles fundamentales: ?&

,< -*;9 " S .* L. y .-.,,$

COMENTARIOS , !' t.3

rain gages); permite obtener mayor preci ro requiere de exp .dadosa por lo delicado

cambios-de tempe

el pilote y un marco de referenci Además, es necesario usar un e sistema de medi

. ..

medición puede ser una escala gr adherida a l pilote, que se observa nivel topográfico o con un cable como referencia (Fig. 7.24). En casos, debe preverse la posib

DIAGRAMA DE INSTALACION

Gato hldr&ulico

. . , Fig. 7.23, Dispositivos de medición de la carga,

,', ,,p' 1 En la calbracün debe usano , ,%

1 debe haame pan disiirni :< $i . pocidones del pist6n. b .:+

1 momentos. Estos aparatos. *_.':

. :

DISPOSITIVO

2) Nivel topográfico

3) Cable tensadi frente a una escala

Los micr6metros se montan en viguetas de referencia,' con sus vhstagos de medición apoyados en placas fijas al pilote.

Se adhiere al pilote una escala graduada en millmetros, que se observa con un nbel topográfÍ.

Se adhiere al pilote un espejo que lleva una escala graduada en millmetros; la referencia horizontal es en un cable delgado a tensión entre dos postes alejados del pilote.

Fig. 7.24, Dispositivos de medición de los asentamientos

micrómetros de carátula son medidores ánicos de deformación;. se sostienen con

sirven de referencia, apoyando su edición en placas fijas alrededor de

ilote; las viguetas se colocan ntalmente sobre apoyos alejados del para evitar que sean afectadas por los ientos superficiales del suelo inducidos

ueba. Es conveniente usar cuatro diametralmente opuestos y

tantes al eje del pilote; este arreglo á detectar uiiá"liic1inación eventual del

su penetración. La precisión de er de i 0-lmm (k0.004in) y la tago de 5cm (2in) por lo menos.

Estos : dispositivos de medición deben se en la sombra para protegerlos de los de temperatura; por su parte, las e referencia deben además forrarse

térmico de fibra de vidrio .o y papel aluminio. Asimismo, la

s placas de apoyo debe estar e el vástago del micrómetro

zar Libremente en el caso de que s de la cabeza-del . . pilote.

D l A G M A DE INSTALACION

Espejo +

'RECISION

. - banco de nivelaaón. El aparato - topogrlfico debe colocarse . equidistante del pilote y del punto' de referenda. La indinación del - ' pilote pro- emres de lectura. ,(

Se recomienda localizar los dos postes-para tensar el cable a una distanaa de 10 diámetros del pilote.

El espejo reduce la magnitud del error de paralaje. I

El nivel topográfico permite observar una escala graduada en mm adherida a la cabeza del pilote; durante las mediciones, el nivel se sitúa a una distancia de la prueba de por lo menos 50 diámetros, Fig. 7.24b (Davisson, 1970). Cuando se usa esta técnica de medición es necesario contar con un banco de nivelación para controlar el punto de referencia empleado; la precisión que se alcanza es de f lmm (0.04in).

Como segundo sistema de medición de asentamientos, también se utiliza un cable tensado horizontalmente, que sirve de referencia a una escala fija al pilote; las lecturas se hacen a simple vista (Fig. 7.24~). La escala se adhiere a un espejo para disminuir los errores de paralaje; por su parte, los apoyos del cable se localizan a una distancia de 10 diámetros del pilote. Este dispositivo tiene las ventajas de ser el más senciilo de instalar y su facilidad de lectura. La precisión que puede obtenerse es de f2mm. (f0.08in).

0 De los asentamientos de la punta. Midiendo los asentamientos de la punta del pilote o


pila durante la prueba, es posible separar, en forma aproximada, las resistencias de punta y fricción en los distintos niveles de carga aplicada; la información obtenida se

' interpreta con ayuda de una curva esfuerzo- deformación representativa del comportamiento del elemento.

La referencia de nivel de la punta consiste de un tubo de acero que se aloja en un conducto longitudinal, coincidente con el eje del pilote o pila, y que se apoya en el fondo del conducto, cercano a la punta del elemento. La medición se efectúa con un micrómetro apoyado sobre el tubo de acero y sostenido con el marco de referencia fijo de los micrómetros de la prueba (Fig. 7.25). La precisión del micrómetro debe ser de M.Olmm, (&0.0004in).

Cuando se usa este dispositivo, la carga se transmite con una pieza de acero, con la misma forma de la sección transversal del pilote, provista de ranuras, que permitan el paso del soporte del micrómetro y hacer las lecturas a distancia. El conducto longitudinal puede hacerse colocando un tubo de plástico durante la fabricación del pilote o pila. La ventaja principal de este dispositivo es su facilidad de instalación, que favorece su utilización en la mayoría de las pruebas convencionales.

Carga Pieza de acero para transmitir la carga

Tubo de acero

Fig.7.25, Dispositivos para medir los asentamientos de la punta

-----

o De la distribución de esfuerzos::: requerir la determi lo largo del pilote en el caso taciones de estructuras , imp cuando el número de pilotes es Estas mediciones se efectúan c carga axial colocadas a disti didades; en todos los casos, las cumplir con lo siguiente:

No debe afectar el comportami del pilote o pila; es decir, las de esfuerzo y deformación d prueba deben ser si o pila no instrumentado

Debe medir las car 2 % de la carga últi

' El funcionamiento, la precisi la celda no deben afectarse inducidos durante el man pilote o la fabricación de 1

El cero de la celda con el tiempo; esto e importante para efectuar plazo

La capacidad de carga d similar al nivel máximo para obtener la mayor pr

Los dispositivos más usu esquemáticamente en ción se describe breve y se comentan sus caracte más importantes.

La celda hidráulica de carg formada por láminas delgad perimetralmente; su inJeeo que transmite su interfase; la presión del'ac carga soportada por las 1 Para determinar la carga aire al diafragma; cuando S

sus dos caras se advierte tubo de alivio; en ese presión con un man generalmente se utiliza e del colado del elemento, los ductos . longitudinale aire.

. .. . . . .

Las ventajas principales de la celda hidráulica la mayor estabilidad de su

cero con el tiempo.

La celda electrónica de carga usualmente se onsiste..de un cilindro corto soldadas en sus extremos,

dados tramos de varillas de ar la celda al cuerpo del omo un tramo de él. El

ta con deformímetros léc@ic& (strain gages), de preferencia antes de

fabricación del pilote. El diámetro y espesor acuerdo con la capacidad .

rá la celda, teniendo en s de hincado son mayores

se muestra una solución para al ha demostrado ser confiable

-1.gr78); nótese que la la continuidad del pilote

un recubrimiento de asfalto. las celdas .debe realizarse

rimiento protector.

:,,.La .ventaja más importante de la celda ermite determinar los

durante el manejo e hincado

DESCRIPCION

Celda formada por dos láminas.delgadas de acam soldadas perimetralmente; el espacio entre las lhinas está lleno de aceite. que. transmite su presi6n a un diafragma de interfase.

La celda consiste de un cilindro corto de acero con phcas soldadas en sus edrernos: el dlíndm se inshrnenta m n defonnlrnetms eléctricos (strain gages).

... ...

Pruebas de Ca&a

7.3.4 Presentación de los resultados

La presentación de los datos obtenidos durante el hincado del pilote o la fabricación de la pila. y . la ejecución de la prueba de carga debe facilitar' su correcta interpretación; para ello, conviene usar gráficas donde se represente la siguiente información básica:

- Penetración vs. número de golpes - Recuperación elástica - Carga vs. asentamiento - Carga y asentamiento vs. tiempo - Carga vs. asentamiento de fluencia - Número de ciclos vs. asentamiento

a) Gráfica de la penetración vs. número de golpes

En esta gráfica se presenta la variación con la profundidad del número de golpes para producir de 0.2 a 1.0m (0.66 a 3.3ft) de penetración (ver inciso "a" de 7.2.2) del pilote, así como el número de golpes total acumulado para cada profundidad. Esta figura se complementa con la estratigrafía determinada con un sondeo cercano. además de los comentarios necesarios para indicar cualquier interrupción durante el hincado. Un ejemplo de esta gráfica se presenta en la Fig. 7.27.

Tubo para Alre a pcasiór

Lámina de acero

Vhtillas de C0rteB-B refuem*

I Disposición de bg s(nin gages L

Fig. 7.26, Dispositivos para determinar la distribución (

COMENTARIOS

Generalmente se utilita en pilas; es de bajo costo y su cero permanece m& tiempo estable.

Usualmente m instala en pilotes; debe contar con un recubrimiento protector; que a d e d s de continuidad al pilote.

Permite determinar los esfuerzos lnduddos durante al manejo e hincado.

esfuerzos


No de golpes 10.2 m de penetración 200 100

300 200

Nivel final de la punta

Fig. 7.27, Representación gráfi,

b) Grática de la recuperación elástica

E s t a figura consiste en la reproducción de la gráfica de recuperación elástica obtenido en el campo durante el último tramo de hincado (ver inciso "b" de 7.2.2), en la que .se agrega una tabla con .los valores promedio de la recuperación -elástica y la penetración (en mmlgolpe) medida de la gráfica, para cada una de las series de 10 golpes efectuada. Como información adicional, conviene incluir la localización y nivel de desplante del pilote, además de la marca, tipo y condiciones de operación del martillo. En la Fig. 7.28 se presenta un ejemplo del registro con los datos necesarios;

. . . ---- -.. . . - ..

No de golpes total

o 2000 4000 8000 8000 10000 I 1 1 1 1 b

Altura de calda del martillo: 0.4 m

Unión del.siguiente tramo de pilote

, . . . . . . . . -

- Interrupción (14 horas)

Colocaci6n de material de 1 protecci6n nuevo. Unión del

siguiente tramo de pilote. - Interrupción (30 mim)

l

Llevado al rechazo, con medición deJa.recuperaci6n

2000 4000 6000 8000 10000

$ Profundidad de la punta bajo el nivel del terreno (m)

ca de la resistencia a la penetración

C) Gráfica carga vs. asentamie

En las pruebas con carga controla el asentamiento máximo que primera hora de haber aplicado carga (ASTM D 1143-81); en 1 miento controlado - se' hace lo re

. caso de pruebas con dos ciclo descarga, deben dibujarse amb trate de una prueba cíclica, asentamiento correspondiente a ma del'primer ciclo de cada in aplicado (ver Fig. 7.13);

En todos los casos se dibuja tamb descarga.

, -. . - ... .

Pruebas de Cava

OBRA: PILOTE No 3 .-. -...... -

LOCALIZACION: Parte central de la estructura

PROFUNDIDAD DE LA PUNTA: 26.3 m

RECUPERACION ELASTICA (mm 1 gdpe) 1.9 2.0 2.1 1.9 2.0

PENETRACION (mm 1 golpe)

LUGAR: FECHA:

Fig; 7.28, Registro de recuperación elástica

La gráfica carga vs. asentamiento conviene donde: '--. dibujarla a una escala en que la recta representativa de la compresión elástica de una & compresión elástica, en mm columna de las mismas características del pilote P carga aplicada, en t o pila, &. forme 10o con la horizontal (Fig. 7.29); L longitud del pilote o pila, en m A se calcula con la siguiente expresión: A área de la sección transversal, en

cm*

pL x 1 0 6 E módulo de elasticidad represen-

6, = - AE

(7.1) tatrivo del material de fabricación del pilote o pila, en kg/cm*

Manual de Cim'entaciones Profundas - -- -- ..

Carga (ton)

. .. . . 6, Se calculó con:

E = 10 000 6= 141 000 kglch2

PILOTE: Prefabricado de concreto Sección 45x45 cm, logitud 8.0 m

. . FECHA DE HINCADO:

FECHA DE PRUEBA:

PERFIL ESTRATIGRAFICO: O - 1.5 m arcilla de baja ismpresibilidad

1.5 - 11 .O m grava fina limosa 11 .O - 13.5 m arena media limosa

Fig. 7.29, Gráfica carga vs. asentamiento

d) Gráfica carga y asentamiento vs. tiempo de los asentamientos que se presentan en últimos 3min de cada incremento de ca

En estas gráficas se muestra la variación con el. (considerando incrementos de tiempo 15min), como se ejemplifica en la Fig. 7.31. tiempo de la carga y el asentamiento durante la

prueba; se dibujan en el eje horizontal los \. valores del tiempo, usando una escala que

permita representarlo con duración de la prueba f ) Gráfica número de ciclos vs. ase en lOcm (4in) para las otras variables se utiliza miento

la escala determinada en el inciso anterior. La . - . . presentación final de las dos gráficas, junto con

En las pruebas con carga cíclica, esta la de carga vs. asentamiento, tendrá la dispo- , sición mostrada en la Fig. 7.30. debe presentarse en lugar de las descritas

inciso "d'! de 7.3.4. Se dibuja con los valor asentamiento en la carga máxima de ca

e) Gráfica carga vs. asentamiento de en el eje vertical y el logaritmo del núm fluencia ciclos correspondiente en el eje horizon

Esta gráfica puede incluifse en los resultados de ejemplo de esta gráfica se muestra en las pruebas de .carga controlada con incrementos 7.15. de tiempo constantes; se dibuja con los valores

Pruebas de Carga PILOTE: De madera (abeto rojo sin corteza)

Sección circular: 0 35 cm en la cabeza 0 15 cm e n la punta

$25 f .FECHA DE HINCADO: t5 m FECHA DE PRUEBA: F20- U PERFIL ESTRATIGRAFICO: 0 - 7.5 m arcilla limosa .15 - 7.5 - 14.5 m arcilla con lentes

de arcilla limosa 14.5 - 22.5 m arcilla limosa

10 -

5 - 5 10 15 20 25 Carga (ton)

0~

5

E 10. V

O + C

2 15- al

E $15- 8 C al

Q 20. . . v 20.

Fig. 7.30, Gráficas carga vs. asentamiento, y carga y asentamiento

10- -

5- - Carga de fluencia

O 50 100 150 Carga (ton)

PILOTE: Prefabricado de concreto . Secci6n 27x27 cm. longibd 11.0 m

FECHA DE HINCADO:

FECHA DE PRUEBA:

PERFIL ESTRAllGRAFICO: 0 - 4 m Limo orgdnim 4 - 21. m Arena fina a media

Carga de iniiuenaa estimada: 1 2 5 b

g. 7.31, Gráfica carga vs. asentamiento de fluencia

7.3.5 ~nterpretación de la prueba

La información. obtenida con una prueba de carga se utiliza pára interpretar dos aspectos fundamentales: .

- Definir la capacidad de carga del pilote o pila

- Evaluar el procedimiento constructivo adoptado

Aquí se analiza el primero de ellos con detalle y del segundo solamente es factible orientar sobre las observaciones que deben realizarse.

a) Respuesta del pilote o pila.a la carga

La forma de la gráfica carga vs. asentamiento permite definir cómo el pilote o pila de prueba transmite su carga al subsuelo, entendiéndose que puede ser:

- Por su punta a un estrato resistente profundo - Por fricción al suelo que lo rodea

- Por una combinación de las anteriores

Esta información se complementa con la gráfíca de hincado del pilote o en su caso con la descripción de la perforación necesaria, así como los datos geotécnicos obtenidos.

En la Fig. 7.32, se muestra la forma de gráficas típicas (RSAES, 1980), además de la recta representativa de la compresión elástica Sc (ver inciso "c" de 7.3.4) como complemento.

C A continuación se describen las características esenciales de las gráficas.

O Cimentaciones de punta. Se presentan cuando la carga impuesta la resiste un estrato profundo sin que se alcance la faila; la gráfica resultante (P) queda por encima de &, ya que el suelo que rodea al pilote o pila tiene una pequeña contribución en soportar la carga.

o Cimentaciones de fricción. Se obtienen cuando el suelo que rodea al fuste del pilote o pila soporta la carga; la gráfica presenta inicialmente una etapa de asentamiento y carga crecientes, hasta llegar a un punto en que la deformación crece indefinidamente

Manual de Cimentaciones Profindas ., . . . -----------------

para una carga aproximadamente co En el caso de suelos finos (FF) casi ocurre una disminución de la c puede estar Limitada por la residual del suelo; en suelos (FG) la carga final siempre dependiendo -su magnitud de la movilizada en la punta.

O Cimentaciones de punta gráfica característica de pilas y suelos - granulares tiene u intermedia entre las de fricci (PF); en este caso, la geometría de cimentación condiciona la r ambas resistencias y por e resultante.

b) Determinación de.la capacida

La capacidad de carga puede función de dos términos:

O La carga última, cuando se resistencia del suelo que se la punta y rodeando al elemento

Carga (ton)

(P) : de punta .- -. . *.

e (FF) : de fricción en su

I

E u

9 C

.E m 5 . 2

1 1 \ (FG): de fricción en su

1 1 I \ I 1 (PF): de punta y fricción \ i l \ I (PF) de : compresión elás 1

i L

1

i 1 PL x l o6 I 6, =- AE 1

f 1 I (FG)' I I

(FF) ....... *

Fig.7.32, Formas típicas de la gráfica carga vs. asentamiento (prueba con rapidez de constante)

,284

e fluencia, correspondiente a la ma que puede aplicarse antes de sente un asentamiento excesivo

incremento de carga o en un o de ciclos de carga y descarga.

e describen los criterios para

da con las pruebas realizadas

a se parte de los de transferencia

por punta, es

.. . -

Pruebas de Carpa

c) Variación de la capacidad de carga con el tiempo

Cuando se realizan pruebas de carga en pilotes, debe considerarse el tiempo entre su hincado y la ejecución de la prueba, ya que la capacidad de carga puede variar considerablemente cuando el subsuelo está formado por arcillas, limos no plásticos y arenas finas.

En el caso de arcillas, el hincado produce un remoldeo del suelo alrededor del pilote, además de un aumento significativo de esfuerzos; conforme pasa el tiempo la arcilla tiende a reestructurarse debido a sus propiedades tixotrópicas y a consolidarse en la vecindad del pilote, disminuyendo así el exceso de presión de poro inducido; lo anterior provoca un aumento de capacidad de carga (Eide et al., 1961). En la mayoría de los casos es suficiente un lapso de 3 a 30 días (Peck et al., 1974) entre el hincado y prueba del pilote para que se desarrolle la mayor parte de este efecto.

Cuando se trata de limos no plásticos y arenas finas. dwante el hincado puede provocarse un aumento considerable de presión de poro. que se refleja en un aumento de la resistencia a la penetración del pilote (Yang, 1970); este efecto puede producir una interpretación equivocada de la resistencia del estrato de desplante del pilote, la cual disminuirá conforme se disipe la presión de poro. En estos casos, es recomendable . realizar pruebas de rehincado en que se mida la recuperación elástica (ver inciso "b" 7.2.2), para determinar:

O Si es necesario llevar al pilote a mayor profundidad

O El tiempo de espera previo a la ejecución de la prueba de carga.

d) Capacidad de caqga admisible

La capacidad de carga admisible de un pilote o pila debe determinarse considerando un margen de seguridad razonable con respecto a la falla del suelo de soporte y del material de fabricación del elemento; asimismo, dicha capacidad está condicionada por los asentamientos totales y diferenciales que puede soportar la estructura.

Manual

- -,--.--,.--------..----- Pruebas de Carga - -

- C O V 140 m .L120 m O

1 O0

80

60 Descarga

Tiempo

Numero de ciclos (escala Log)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 15

* Carpa de fluencia estimada: 1 O0 'ton

3artgo de carg; 20 - 10 ton 40 -'20 ton 60 - 30 ton

100 - 50 ton

120 - 60 ton

140 - 70 ton

Fig. 7.34,' Carga de fluencia en una prueba cíclica

Manual de Cimentaciones Profundas --B.-----.-- A -----m --------

En todos los casos, debe tomarse en cuenta que para extrapolar los resultados de prueba al grupo de pilotes o pilas, se debe considerar la información geotécnica, los registros de hincado y la relación entre el número de elementos probados y la cantidad de pilotes o pilas que formarán parte de la cimentación

e) Observaciones al procedimiento constructivo

Las observaciones efectuadas durante la fabricación e hincado del pilote o la fabricación de la pila tienen como objetivo conñrmar o modificar las recome,ndaciones del procedimien- to constructivo, a fin de asegurar el comportamiento adecuado de la 'cimentación y su bajo costo. En este inciso se mencionan los aspectos técnicos más importantes; sin embargo, el análisis económico, que depende del equipo y materiales de construcción disponibles, deberá siempre tomarse en cuenta.

Cuando se utilizan pilotes prefabricados deberán satisfacerse los siguientes puntos:

La cama de colado será una losa de concreto armado y nivelado

Las etapas de fabricación que deben supervisarse con detalle son: la colocación del acero de refuerzo, la localización de los puntos de izaje y el vaciado y vibrado del concreto

Los pilotes que se fabrican en dos o más tramos, se colarán alineados longitudinalmente

Las barras:de anclaje de las juntas de acero de dos tramos de pilote se soldarán adecuadamente para alcanzar los esfuerzos de trabajo

El tiempo de curado de los pilotes deberá permitir su manejo preliminar para almacenarlos antes del hincado; con vapor podrá reducirse este tiempo

Los apoyos de los pilotes durante su almacenamiento deberán asegurar que la flecha sea mínima

Los pilotes podrán hincarse sólo cuando alcancen la edad de 28 días como mínimo

1 La localización de los puntos del hincado pilote deberá coincidir con el plano de cimentación; la tolerancia admisible definirá el ingeniero diseñador

El diámetro de la perforación previa deberá ser el de diseño, salvo que se demuestre que no es el adecuado

La capacid;ad del martillo será acorde al peso y geometría del pilote para evitar que se dañe durante su hincado.

La unión soldada de do,s tramos de pilote se hará en poco tiempo para evitar que su hincado posterior' se dificulte

La profundidad de desplante de los pilotes de punta coincidirá con el estrato resistente, evitando el sobrehincado.

el caso de pilotes colados en el lugar y piIas rerificarán los siguientes aspectos:

La localización de las pilas coincidirá con el plano de la cimentación; la tolerancia admisible la definirá el ingeniero diseñador

La perforación se iniciará con emboqudlado metálico, que estabiliz parte superior de la perforación y facilita su verticalidad

El lodo de perforación tendrá la densidad y viscosidad necesaria para el peso volumé-. trico del suelo que se excava; seguramente ' se. requerirán. .aditivos .químicos cuando el agua del subsuelo es salada

El fondo de l a . excavación deberá quedar,- libre 'de azolves antes de efectuar el colada; ' debe evitarse el frecuente error de:: profundizar la perforación para .oculta azolves

El suelo del fondo de la perforación deberá;. i!. permanecer inalterado para evitar asenta-. mientos excesivos

El acero de refuerzo se colocará separadores que lo mantengan alejad las paredes de la perforación

La colocación del cbncreto se hará trompa de colado (tubo tremie) para evit su contaminación

o: Durante el colado deberá evitarse cualquier interrupción que provoque un secciona- miento del pilote o pila, -

PRUEBAS DE CARGA LATERAL

bjetivo de estas pruebas es la determinación te o pila vertical cia de cargas

zontales; en el caso de pilotes inclinados,

procedimientos de prueba no han sido arizados, pero en general corresponden a ificación de la Fig.7.35; las pruebas con amientos controlados son poco usuales, ue no se &scutjf&i:.'

erios de ejecución y de instalación que se n a continuación se presentan como

de carga estática

ta alcanzar una carga máxima m&) de por lo menos. ~ Q L D

reducido a un valor mínimo, que puede ser de

Prueba con carga

Pruebas de carga lateral

Prueba cíclica de carga y descarga

Fig. 7.35, Tipos de pruebas

Pruebas Carga

0.25mm.4~; (0.Olin) el control de la prueba se hace en forma similar al indicado en la Fig. 7.9.

b) Ha transcurrido un intervalo de tiempo, del orden de l h , que se mantiene constante para todos los incrementos de carga; este criterio se utiliza cuando el anterior provoca un tiempo de prueba excesivo (del orden de 2 días).

En ambos casos, las lecturas de la deflexión lateral en cada incremento se toman a cada l0min; la descarga se efectúa en decrementos de 0.25Q~mtix a cada 20min, midiendo la recupe- ración de la deflexión lateral a los 5, 15 y 30min de haber descargado totalmente, y si es posible, durante más tiempo.

7.4.2 Prueba cíclica de carga y descarga

Se carga al pilote en incrementos, con lapsos constantes de 15 min, hasta alcanzar la carga lateral de diseño QLD, para después efectuar dos o más ciclos de carga y descarga; en el iiitimo ciclo, la carga total aplicada QL móx será por lo menos igual a ~ Q L D ; la descarga final se efectúa como en el lnciso anterior.

Los ciclos se llevan a cabo con uno de los sigujentes criterios:

a) Cargando hasta alcanzar QLD y descargando totalmente en incrementos de 0 . 2 5 Q ~ ~ a cada l5min (Davisson and Salley, 1969, Fig.7.37); las lecturas de carga y deflexión lateral se hacen a cada 3min. El control de la prueba para cada ciclo es similar al que se muestra en la Fig.7.13.

lateral mínima al t6rrnino de cada

Prueba con velocidad carga constante

carga lateral

Manual de .Cimentaciones Pro fundas --- -

7.4.3 Instalación para una prueba de carg lateral

. --..... Carga , lateral Las características y requisitos que debe ( ton cumplir los elementos para la ejecución de u

prueba con carga lateral son similares a descritos en el inciso 7.3.3 (Fig.7.20). P pruebas- con carga vertical; la descrip siguiente hace' énfasis en aquellos asp propios de las pruebas con carga latera pueden influir significativamente en resultados.

a) Sistema de reacción

El apoyo necesario para el equipo de' puede provenir de: Deflexión lateral (mm)

... . ,

Fig. 7.36, Pruebas con carga controlada O Otros pilotes de la cimentación O Estructuras existentes o bloque

concreto

En ambos casos debe verificarse que los de carga previstos en la prueba no sobrep capacidad de carga lateral permisible estructura de reacción.

0 Otros pilotes de l a cimentación lncmmentos de 0.25 QLmex sistema consiste en colocar el eq

carga entre dos pilotes contiguos, 15 rnin ( etapa de carga ) obtener la ,reacción de uno contr

(Fig. 7.38); es conveniente una sep 20 rnin ( etapa de descarga ) 10 diámetros ,entre.centros para .

la interacción entre los pilotes (V Este sistema tiene la ventaja de ensayar simultáneamente ambo

Fig. 7.37, Prueba cíclica con carga controlada CI Estructuras existentes o bloques de' : ;'

b) Induciendo en el pilote un movimiento concreto. Con este sistema se lateral cíclico de amplitud igual a una fracción ejecución de pruebas de ca del diámetro (D) y con una frecuencia definida; perpendicularmente al eje como ejemplo, en la prueba reportada por Price inclinados, ya que permite (Price, 1979), la amplitud del movimiento movimiento del equipo de c inducido fue. de 0.0250 y 'la frecuencia utilizada más segura que con los pilot hasta 10cicloslmin. su instalación se ejemplifica en

En este caso, el efecto de la carga cíclica se b) Equipo de aplicación de la carga .. , _ - determina comparando las lecturas de carga y

deformación del primero y último ciclos; para La secuencia de cargas de prueba se aplica con:-.:; efectuar este tipo de prueba se requiere de un un sistema hidráulico, que se coloca entre el<: disco excéntrico conectado a u n motor con pilote y la estructura de reacción velocidad variable, que permita controlar el requisitos para s u uso se resume movimiento lateral del pilote. "b" de 7.3.3.

290

Pruebas de Carga

Adicionalmente, es necesario siguientes accesorios:

disponer de los aplicación de .la carga. Estas placas se adhieren con mortero a la superficie lateral

Viga de extensión. Reduce la interacción entre el sistema de reacción y el pilote de prueba, ya que permite transmitir la carga a distancia. La viga debe alinearse con el eje del pilote para evitar excentricidades en la aplicación de la carga; bajo la viga se colocan apoyos sobre una cama nivelada de arena, para impedir flexiones que transmitan esfuerzos cortantes al pilote. Siempre debe verificarse que exista un factor de seguridad adecuado contra 1; falla de la viga por pandeo.

Apoyos esféricos. Evitan excentricidad de la carga aplicada; se colocan entre el gato hidráulico y el sistema de reacción y entre la viga de extensión y el pilote de prueba.

Placas de apoyo. Se utilizan para evitar, una concentración de esfuerzos en el .punto de

del pilote; su resistencia al aplastamiento debe ser mayor a la carga máxima de prueba.

G ' 10D I

1 ,- Pilote de prueba -, 1 I

Fig.7.38, Prueba con pilotes. de reacción

Fig. 7.39, Sistema de reacción con bloques de concreto o estructuras existentes

Gato hidráulico

Fig. 7.40, ~ q u i ~ o de aplicación de la carga y sus accesorios


c) Dispositivos de medición

Durante una prueba en pilotes o pilas convencionales debe medirse la magnitud de la carga aplicada, la deflexión lateral y la inclinación del tramo superior del pilote; en cimientos instrumentados, se mide además la distribución de esfuerzos de flexión y de deformaciones laterales a lo largo de su eje.

A continuación se comentan algunos aspectos de la instalación en elementos convencionales; pueden encontrarse más ejemplos de pruebas en pilotes instrumentados (ASTM, 1954).

O , De la -.carga. Los niveles de carga aplicados durante la prueba pueden medirse con dos procedimientos:

Con el manómetro. de control de la presión del sistema hidráulico

Con una celda electrónica de carga (ver Fig.7.40).

La celda es más confiable, por lo cual conviene usarla como dispositivo primario de medición; durante la prueba, la carga prevista se alcanza de manera aproximada con el manómetro, para después fijarla con precisión usando la celda.

Los requisitos de aplicación de ambos dispositivos se presentan en el inciso "a" de 7.3.3.

O De la deflexión lateral e inclinación. La deflexión lateral SL corresponde a la deformación lateral medida al nivel de aplicación de la carga; para determinarla se utilizan micrómetros colocados lateralmente y con s u vástago apoyado sobre una

Distancia variable -

placa lati micróme t

eral adher ;ro se sost

i d a ienc

a l pilote o e con un n

pila. iarco . Ir,

referencia fijo, con el eje de su vástago r _

coincidiendo con el eje del pistón del gatjj". ,.,G hidráulico. Para encontrar la inclinació$, del tramo superior del pilote o pila set3 .-J colocan micrómetros adicionales cercanos a ' :?:

la cabeza del cimiento (Fig. 7.41).

Por de

otra parte, medición

conviene adicional

Ioner de un rra compro

siste )bar

lecturas efectuadas; generalmente se-utiliza una - ';S escala graduada e n milímetros adherida al .-5 pilote o pila, la cual se lee con: - ' t.?

. :J : i;

.v. 1

Un tránsito topográfico : - --] .? Un cable tensado (Fig. 7.42). ,d . , ) - a $ b . ..:$ -. ' b

% En el primer caso pueden medirse deflexiones el inclinaciones, mientras que con el cable, sólo el . , :G movimiento lateral de la cabeza del cimiento ' Para la instalación y operación adecuada dc: :."3 estc com

1s disposit .entarios de

tivos, del !1 inciso "c"

considera 7.3.3.

rse


La información obtenida durante la prueba carga lateral se debe presentar en forma gráfica para facilitar s u interpretación; las gráficas- 2 4 básicas necesarias son: * q

.- - <.'f

- Penetración us. número de golpes (inciso "a;' :%i de 7.3.4) I i . . 3 " - Recuperación elástica (inciso " b de 7.3.4) . :,-;

f ..

l ,=- Micrómetros para determinar inclinaciones

\ l&I -, PWes de prueba -----v- Viga de referenaa 7

Micrómetroc para medir deflexiones

Fig.7.41, Instalación básica para la medición de la deflexión lateral e inclinación

Pruebas Carga

C a b l e horizontal tensado Escalas graduada

Nivel de aplicacidn de la carga

Pilotes de prueba I

A) Lectura con un transito topográfico B) Lectura con un cable tensado

Fig.7.42, Instalación adicional para verificar las mediciones de deformación

- Carga vs. deflexión lateral - Carga y deflexión lateral os. tiempo - Deflexión lateral vs. número de ciclos.

En el caso de pilotes colados en el lugar y pilas, las dos primeras gráficas exdistadas' se sustitiürán por el registro de fabricación del cimiento (inciso 7.2.3).

a) Gráfica carga vs. deflexión lateral

Se dibuja la deflexión lateral máxima correspondiente a cada nivel de carga aplicado para las etapas de carga y descarga; en el caso de una

'.prueba cíclica con carga controlada, se graficarán todos los ciclos efectuados (Fig. 7.43).

b) Gráfica carga y deflexión lateral vs. tiempo

La carga y la deflexión lateral se dibujan en el eje de las ordenadas, a la misma escala de la

, gráfica carga vs deflexión lateral; para el tiempo se utiliza una escala que permita representar la -duración total de un ciclo de prueba en 5 a lOcm (2 a 4in). En la Fig. 7.44 se muestra esque- máticamente la disposición de esta gráfica en relación con la del inciso anterior.

Deflexion lateral (nim)

ILOTE: De madera Secdon arwlar 0 = 32.5 un. logitud 16.0 m

ECHA DE HINCADO:

ECHA DE PRUEBA:

ERFIL ESTRATIGRAFICO: 0 - 0.5 m Estratos de arena fina limosa y arena fina suelta a muy suelta

5.0 -20.0 m Arena fina compacta

Fig. 7.43, Gráfica carga vs. delflexión lateral

Manual

Fig. 7.44

C) Gráfica deflexión lateral vs. número de ciclos

En pruebas cíclicas con carga controlada, se dibuja la gráfica que muestra las deflexiones

lateral

1 1 1 1 1

20 40 80 80 100 Número de dchs

---a-

nterpretación de la prueba

ba. se enfoca hacia dos aspectos

terminación del módulo de reacción los niveles de carga

- La evaluación del procedimiento construc-

describe el cálculo necesario mer aspecto; para el segundo, ntarios del inciso "d" de 7.3.5.

r que la prueba no es omportamiento 'del cimiento

. ...

El movimiento de su cabeza está

Forma parte deun grupo cargas sosteriidas, cíclicas o

comentan brevemente a

movimiento de la cabeza

de evaluarse analí-

ndiente al caso 'con

ilotes que forman parte de lmente nula cuando el . .

ección de la carga es de = diámetro. del' pilote) aciamiento normal a la

Carga sostenida

somete a una carga eral au.menta con el

consolidación y el

Pruebas de Cama

pilotes inclinados, la deformación depende de la dirección de aplicación de la carga. Un análisis de esta condición lo hace Ranjan (Ranjan et al., 1982).

d) Carga cíclica o de impacto

La deflexión lateral para 50 o más ciclos de carga es aproximadamente el doble de la correspondiente a un solo ciclo; por su parte, el módulo de reacción del suelo k h puede reducirse en un 70% (Davisson and Salley, 1969; Davisson, 1970). El efecto de la carga de impacto debe evaluarse analíticamente en cada caso particular.

0 En arcillas preconsolidadas. Para cimientos instalados en arcillas preconsolidadas y sujetos a deflexiones laterales SL pequeñas puede considerarse un módulo de reacción del suelo k h constante con la profundidad (Terzaghi, 1955, Fig. 7.46).

r* Distribución real kh

y Distribución supuesta

Fig. 7.46, Variación del módulo de reacción del suelo con la profundidad para arcillas

preconsolidadas

Con ésta hipótesis, k h está relacionado con SL, la rotación 0 y la carga lateral QL aplicada mediante las ecuaciones (Hetenyi, 1946)

Manual

con


donde :

SL deflexión lateral, cm Q~carga lateral, hg k h módulo de reacción horizontal

del suelo, kg/cmg t9 rotación de la cabeza del

cimiento, rad EP módulo de elasticidad

representativo del material del cimiento, kg/cm2

IP momento de inercia de la sección transversal del cimiento, cm4 (Tabla 7.2)

d dimensión transversal del cimiento, cm

K coeficiente de proporcionalidad del módulo de reacción, kg/cm2

La secuencia de cálculo es la siguiente:

lo. Se supone un valor de PLP, usualmente entre 2 y 5

2". Se calcula, k h para la pareja de valores QL

y SL ó QL y @obtenidos de la prueba

3". Se calcula P y PLP para el k h obtenido y se compara con el valor supuesto en (lo.)

4O. Si (PLP)supueato # . (glP)calcuiado , se repiten todos los pasos con el nuevo valor de ~ L P ) Durante el cálculo, conviene representar el valor de p con 3 decimales.

Ip = i (dimensión significativa)4 i = constante adimensional

= espesor

n, = coeficiente de reaa$n-:l

suelo para arenas

ecuaciones (Matlock and Reese, 1960):

Pruebas de Carga

e) Pilotes inclinados

La interpretación de la prueba puede hacerse en forma análoga a l inciso anterior, considerando al pilote como un elemento vertical con carga normal a su eje (Fig. 7.48).

a) Problema original

b) Problema equivalente

Fig.7.48, Geometría equivalente para el análisis de u n pilote inclinado

7.5 PRUEBAS DE CARGA DINÁMICA

7.5.1 Introducción

Las pruebas de carga dinámicas consisten en la medición electrónica del comportamiento de un pilote durante su hincado con objeto de predecir su capacidad de carga.

Manual de Cimentaciones .. Profundas -----

El análisis de la ecuación de onda utiliza la teoría de propagación de ondas para monitorear la trasmisión de la onda longitudinal a lo largo del eje del pilote por efecto del golpe del martillo durante el hincado. A l ocurrir el impacto del martillo, se desarrolla una onda de esfuerzo que viaja hacia la punta del pilote a velocidad constante, la cual depende de las propiedades del material. Cuando el impulso alcanza la porción del pilote en contacto con el suelo, la fuerza se atenúa por efecto de la fricción alrededor del pilote. Si esta atenuación es parcial, la onda alcanzará la punta del pilote y se reflejará, dependiendo de la resistencia generada en la punta. El pilote penetrará cuando la fuerza máxima generada por el impacto del martillo exceda la resistencia Última en la punta.

El método se desarrolló en la Universidad case- Western en el año de 1964, bajo la dirección de G. G. Goble (Goble et al., 1975);.estas pruebas consisten en la medición y análisis de la respuesta dinámica de un pilote de dimensiones y material conocidos ante las cargas dinámicas producidas durante el hincado del mismo. Las

, fuerzas y aceleraciones inducidas son función de las condiciones .estratigráficas y ,resistencia al corte de los suelos; conociendo la propagación de la onda provocada por un impacto, caracterizada por la variación con el tiempo de la fuerza y la velocidad, se puede definir la resistencia dinámica de los pilotes y predecir su resistencia bajo solicitaciones estáticas.

Las ventajas que ofrece esta técnica son:

a) El tiempo de ejecución de una prueba de carga dinámica es de unas cuantas horas (por lo regular de 2 a 3), con resultados preliminares inmediatos. El tiempo de verificación de la capacidad de carga de pilotes toma un tiempo aproximado de 4 horas.

b) Se determina ,la capaudad de carga total del suelo, infiriendo la distribución de . l a resistencia a la fricción a lo largo del pilote y su porcentaje, así como la resistencia activada en la punta.

c) Se verifica la integridad del pilote detectando grietas o fracturas que se ocasionan durante el hincado. Los pilotes que trabajan por- fricción tienden a desgajarse por exceso en la

intensidad del go deficiencias de fabricación, y en los que trab por punta, por golpes excesivos. d) Se infiere la resi&ncia a la comp del concreto utilizado, con base en el elástico del material, derivado éste velocidad de propagación de las on esfuerzo causadas por el impacto del ma

e) Se determi utilizado, mediante la medición de la transmitida. al pilote durante su hincado.

f ) Este 'método por su rapidez de permite disminuir o aumentar con op el número de pilotes de proyecto, corregir las dimensiones de los mismos.

7.5.2 roced di miento , ,de ejecución 4945-89)

a) Determinación de la velocidad

terreno natural. uno de sus extremos, y en el extrem produce un impacto con un ma procurando no dañar o abollar registra y se graba la señal del a el analizador. Se mide el tiempo de aceleración para un número mediciones 'de' reflexión de la o La velocidad de la onda se dete la distancia de recorrido'. (que es igiial a lai:-;!% longitud del pilote) entre el tiempo de recorrido;';.?:., de la misma.

b) Preparación

El pilote de prueba se ma intervalos apropiados para c desde la punta hasta ,la cabe la geometría y material del preparaciones necesarias transductores. Se iza el pilo

apliquen axial y concé del pilote; se sujetan con tornillos, pega verificar el funcio instrumentación, se impactos con el ma toman y se graba

m---- -u--- Pruebas -- -- de Carga --

velocidad correspondientes; Es probable que durante el hincado se desprendan algunos fragmentos del propio pilote y del sistema de unión entre pilote y martillo, por lo que se deben tomar todo tipo de medidas de seguridad para el personal que trabaje cerca.

c) Toma y captura de datos

Se anota el número de impactos de martillo para una penetración específica. Asimismo, para martillos de caída simple. tanto diese1 y de vapor se anota la altura de caída de su émbolo; también se anota el número de golpes por minuto entregados por el martillo; para martaos de doble acción se mide la presión de rebote, y para martillos de aire comprimido se mide la presión de alimentación.

d) Revisión de la calidad de las mediciones

Para confirmar la calidad de los datos se comparan las gráficas de fuerza y velocidad vs tiempo en una serie de impactos seleccionados durante el hincado del pilote. Debe existir consistencia y proporcionalidad entre las señales de fuerza----o- transductores de deformación y la aceleración, velocidad o transductores de desplazamiento. Estas características son muestra del buen funcionamiento del analizador y de una buena calibración de los transductores. Si no se observa lo anterior, se deben investigar las causas y corregir de inmediato. Se deben revisar las calibraciones de todos los transductores antes y después de la prueba.

e) Mediciones de prueba

El analizador proporciona directamente en pantalla las gráficas de fuerza y velocidad de cada impacto. Posteriormente, en el análisis se utilizan los registros de la fuerza de impacto y la velocidad, así como la máxima y mínima fuerzas, para los golpes de martillo representativos; la máxima aceleración se obtiene directamente de la .,señal de los acelerómetros o derivando la velocidad respecto del tiempo. Finalmente ' también es posible obtener la energía máxima transferida al pilote al nivel donde se ubican los transductores. La determinación de la capacidad de carga del pilote se explicará en el inciso "c" de 7.5.5.

7.5.3 Instalación para - una prueba de . carga . dinámica

La preparación necesaria para la realización de una prueba de carga dinámica consiste en la colocación de los transductores al pilote. Estos deberán quedar sujetos diametralmente opuestos y a distancias radiales iguales, conservando la misma distancia respecto de la cabeza del pilote con el fin de que las mediciones no se vean afectadas por la eventual flexión del pilote durante el hincado. Cuando se colocan cerca de la cabeza del pilote, la distancia mínima debe ser de al menos 1.5 veces el diámetro del pilote (Figs. 7.49 a 7.51). Los transductores se deben calibrar con una precisión de 2% en todo el intervalo de medición; si se llegan a dañar durante la prueba, deben recalibrarse o sustituirse.

a) Equipo de aplicación de la carga

Cualquier martillo convencional o equipo similar para aplicar la fuerza de impacto es aceptable, siempre que éste sea capaz de generar una penetración medible en el pilote. El equipo debe colocarse de tal .forma que el impacto sea dado en forma axial a la cabeza del pilote.

b) Dispositivos de medición

O Acelerómetros. La velocidad se obtiene mediante acelerómetros cuya sena1 es '

procesada mediante integración en el analizador que funciona como aparato de captura e interpretación. Un mínimo de dos acelerómetros con una frecuencia de resonancia por arriba de los 7500Hz se colocan a distancias radiales iguales sobre caras diametralmente opuestas del pilote, de tal forma que no deslicen. Los acelerómetros deben ser lineales en al menos 1000 g y 7500Hz para lograr resultados satisfactorios en pilotes de concreto. Para pilotes metálicos es aconsejable usar acelerómetros de respuesta lineal por encima de 5000 g.

0 Deformímetros. El equipo debe incluir transductores que sean capaces de medir independientemente deformación y aceleración en el tiempo en una posición especifica a lo largo del eje del pilote durante, todo el hincado del mismo. Un


mínimo de dos transductores de deformación deben colocarse en dos caras opuestas del pilote procurando que su colocación se haga de tal forma de que estos no deslicen durante .el hincado; se recomiendan transductores atornillables, unidos con pegamento o soldados. Los transductores de deformación deben tener una respuesta lineal en todo el intervalo de posibles deformaciones del pilote. La frecuencia natural de estos debe ser superior a los 7.5.2. 7500Hz. Las deformaciones medidas se convierten en fuerza a partir del área de la

d

1 1 ; .. . . . - ' .. . .: ~ A c e l e r 6 m e t r o 2

Strain Gage 2

%Y sujetar Barenos cables para

Todos los orificios en 114" para taquetes expansores de 114" o en.W8" con 1" de profundidad para otro tipo de taquetes

La distancia rnlnirna es 1.50W (mayor distancia solamente limitada por la penetración del pilote)

Fig. 7.49, Recomendaciones para sujetar los transductores en pilotes de concreto

Pruebas

Ancho W

t- 1

Strain Gages 1

- Acelerómetra

- Barrenos para sujetar cables

La distancia mínima es 1.5 W (mayor distancia solamente limitada por la penetración del pilote)

Todos los barrenos en 5/16

Fig. 7.50, Recomendaciones para sujetar los transductores en pilotes metálicos (sección H)

Acelerometro 1

,- Strain Gages 1

Acelerometro 2

Strain Gages 2 J

Diámetro (D)4 L- Barrenos para sujetar cables

Todos los orificios son de 7/32" para tornillos de 114" de 20 hilos por pulgada

Para espesores de pared menore hacer orificios de 311 6"

!S que 1/4",

La distancia mínima en 1.50 D (mayor distancia solamente limitada . .,, ' I , por la penetración del pilote) . . . + . , :,

m 7. >,-.J.

Fig. 7.51, Recomendaciones para sujetar los transductores en pilotes circulares metálicos . -9: . ...

Pruebas de Cama

c) Equipo de adquisición de datos Al final del hincado del pilote todas las curvas

Las señales procedentes de los transductores quedan grabadas y pueden volver a mostrarse

son enviadas al analizador por medio de un posteriormente. En la Fig. 7.52 se presenta un

cable especial en donde se graban las curvas de arreglo general del equipo de adquisición

fuerza y velocidad vs. tiempo para cada impacto conectado a los transductores de la cabeza del

del martillo y para toda la serie de impactos pilote, y en la Fig. 7.53 se presenta un arreglo

necesarios para completar el hincado del pilote. general de ejecución de la prueba.

Cable para conexiones I

Pilote

Analizador

Impresora

m Graíicador . . opcional .

Fig. 7.52, Equipo de adquisición conectado a la cabeza del pilote

Fig. 7.53, A.rregli general de una prueba de carga dinámica en pilotes

Manual de - Cimentaciones --- Profundas -----

d) Inspección previa al inicio de la prueba

Una vez concluida la instalación se debe verificar que los transductores quedaron unidos ñrmemente a la cabeza del pilote, así como revisar que su calibración esté dentro de las características y valores que recomienda el fabricante. Posteriormente se revisa que todo el sistema de cables y conexiones quede correctamente unido al analizador con el que se hace la captura.

Una vez realizado lo anterior se comprueba que la instrumentación funcione adecuadamente mediante la captura de un mínimo de diez golpes del martillo y se revisan sus respectivas curvas de fuerza y velocidad us. tiempo en la pantalla del analizador.


A partir de la información de prueba: constante de calibración del equipo, dimensiones y propiedades del material de fabricación del pilote, longitud efectiva bajo los transductores, velocidad de propagación de onda, factor de amortiguamiento Case (Tabla 7.4). tipo y características del martillo y del cabezal (gorro) y su material de amortiguamiento, el analizador genera las gráficas que se describen brevemente a continuación.

a) Gráfica de fuerza y velocidad us. tiempo

Para cada impacto de martillo se obtiene un registro de la fuerza y la velocidad vs. tiempo medidas en la cabeza del pilote, como se ejemplifica en la Fig. 7.54; a partir de estas

punta.

. , -

gráficas puede determinarse el compor del pilote durante el hincado e i capacidad de carga al llegar a su posi como se explica en el inciso 7.5.5.

b) Gráfica de esfuer máximo y promedio us. penetr

Es posible conocer la distribuc esfuerzos de compresión máximo y el punto donde se encuentran transductores desde el inicio y has hincado del pilote. Un martillo centrado en la cabeza del pilote de esfuerzos de compresión la sección transversal.de1.. se presenta una gráfica con los compresión máximo CSI y p registrados por los trans penetración; en el caso mostrado compresión máximo es mayor qu compresión promedio, lo que martillo no golpeó axialmente al pilote.

c) Gráfica de. esfuerzo de tens penetración

Los esfuerzos de tensión generados durante el hincado y de la instrumentación se gr penetración del pilote-@ig. 7. de los esfuerzos de tensi aumentan cuando se atravie o cuando se alcanza la profu en pilotes que trabajan pre

I

7 Fuerza

Fig. 7.54, Gráfica de fuerza y velocidad vs. tiempo

Pruebas de Carm

d) Gráfica de energía máxima trasmitida al bajo condiciones de sobrehincado se pueden pilote vs. penetración provocar daños estructurales en el pilote.

El fuqkionamiento de los martillos para hincado puede evaluarse a partir de la energía máxima transferida al pilote e n cada golpe y de la eficiencia del mismo durante todo el hincado. Por sus características constructivas (dimensiones del pistón, altura de caída y peso del pistón, entre otras) cada martillo es capaz de proporcionar una cantidad de energía potencial; ésta se ve afectada por las condiciones de operación e n el tiemp.o,p.or lo que sólo una parte de esa energía se' transfiere en cada golpe. E n la Fig. 7.55 se ejemplifica la gráfica de la energía máxima EMX trasmitida al pilote durante el hincado.

e) Gráfica de fuerza máxima trasmitida vs. penetración

A partir de la energía máxima transferida por el martillo, puede determinarse la fuerza máxima FMX trasmitida al pilote durante la prueba (Fig. 7.55). Esta variable es importante debido a que

CSI (MPa) -

f) Gráfica de la carrera del pistón del martillo vs. penetración

Por úItimo, mediante el analizador también puede graficarse la carrera del pistón del martillo STK durante el hincado del pilote (Fig. 7.55); este parámetro está ligado con la energía máxima transferida y la eficiencia del martillo.

7.5.5 Interpretación de la prueba

a) Aspectos teóricos

El método CASE fue desarrollado en la universidad Case de Cleveland, Ohio, se basa en analizar las fuerzas que se originan durante el hincado, considerando que el pilote se comporta en el intervalo elástico, con la siguiente expresión:

TSX [MPa) - 0.0 4 8

FMX [kN) - 0 1000 2000 3000 . 4000

0.0 10 20 0.0 1.25 2.5 0.0 1.5 3.0

CSX (MPa) - - - - - EMX (kN-m) - - - - - STK (m) - - - . . CSI: Esiuetza de mmpresibn mAximo, medido por uno de los sensores de defonnadbn

CSX: Esfuerzo de compresión promedio. medido por ambos sensores de deformación TSX: Esfuerzo máximo de lensión EMX: Energla rnkima transmitida al pilote por el martillo

'

FMX: Fuerza maxima transmiiida al pilote STK: Carrera del pistbn del martillo .

Fig. 7.55, Gráficas obtenidas de una prueba de carga dinámica'en pilotes

Manual de Cimentaciones Profundas --- e

donde R ti, t 2

L v

resistencia total del pilote tiempos sigmficativos de un impacto longitud del pilote velocidad de la cabeza del pilote velocidad de propagación de onda en el pilote masa del pilote módulo de Young del pilote densidad de masa del pilote

La resistencia total R es la suma de las componentes estática Re y dinámica D:

Adicionalmente, la resistencia dinámica de amortiguamiento Se puede admitir como una función de la velocidad de la punta del pilote:

donde

J constante de amortiguamiento que depende del tipo de suelo

Vp velocidad de la punta del pilote

Resolviendo la ecuación en términos de las fuerzas y velocidades medidas en dos tiempos determinados se obtiene:

donde Z es la impedancia, definida como la fuerza que opone el pilote al cambio en su velocidad y J c es la constante de amortiguamiento normalizada, de acuerdo con las siguientes expresiones:

Z = EAIc J, = J I Z (7.15)

donde A es el área de la sección transversal del pilote . y las demás literales fueron definidas antes. En la Tabla 7.4 se pkesentan los valores usuales de J c .

Tabla 7.4, Factores de amortiguamiento

Arenas limpias 0.10 - 0.15 0.15 - 0.25 Arenas limosas

Arcillas iimosas 0.40 - 0.70 Arcillas

Para determinar la resi ecuaciones anteriores, norma las lecturas de fuerz correspondientes al primer tz=ti+2Wc, siendo éste úl retorno de la onda de comp pilote (Fig. 7.54).

b) Interpretación cualitativa

determinado durante el hi la separación entre

la resistencia total; este

propagación de la o Figs. 7.56 y 7.57 se pilotes que des principalmente po respectivamente. - .. .. .

KN

Fig. 7.56, Gráfica de fuerza y velocidad "s. 8 , :

tiempo para pilotes de punta

Pruebas de C m a

Fig. 7.57, Gráfica de fuerza y velocidad vs. tiempo para pilotes de fricción

Para pilotes largos que tienen una capacidad refleja en una intersección de las gráficas de por fricción s igdca t iva ; el métbdo Case puede fuerza y velocidad antes de alcanzarse el tiempo subestimar la resistencia durante un hincado ZUc, como se muestra en la Fig. 7.58. intenso, por efecto de la recuperación elástica del tramo superior del pilote; esta condición se

I l I 20

8

B 30 40 Msec

Fig."7.58, Gráfica de fuerza y velocidad vs. tiempo en pilotes largos


Por otra parte, también pueden detectarse modelo del martillo las mediciones de velocidad .: %3 daños en la integridad del pilote o disconti- efectuadas con el analizador; de esta manera se nuidades asociadas a una eventual junta calcula la fuerza necesaria para obtener la deficiente entre tramos de pilote; esta condición velocidad impuesta. Las fuerzas medidas y está asociada a la generación de una onda de calculadas se grafican contra el tiempo; si no tensión que provoca que la gráfica de velocidad coinciden, los parámetras del suelo se modifican y .'?-:; presente un pico antes de cruzar el eje de las el análisis se repite hasta que el método, converge ~.:$ .&;

,.. . abscisas (Fig. 7.59). (Fig. 7.60). . , , ,... --. e 1

. . .. - . .:f:' -. .

1.

c) Determinación de la capacidad de carga .' .: ? Los análisis de ecuación de onda también sirven. . - 8::

El CAPWAP es un método analítico que combina para evalua

las mediciones de campo con el análisis de hincado a

ecuación de onda, para predecir la capacidad de obtener s u capacidad de carga de diseño;^;,$ carga estática y la distribución de resistencias en asimismo, pueden establecerse las características - - 1-1

el suelo. El método permite verificar la capacidad de los martillos de hincado así como del tipo +, 3 - - - . - de carga obtenida mediante el método Case, amortiguado

1 .

,,,, ,, ,,,, $ara verificar el necesario para alcanzar la profundidad y : .=j. valor del amortiguamiento Case. capacidad indicadas, incluyendo los niveles de;': +j

esfuerzo a compresión y tensión que se generan :Fy El análisis se efectúa suponiendo los valores de durante el hincado, para evitar daños asociados-. . 2 las constantes dinámicas Y sustituyendo en el al hincado. . % . <-

r la facilidad de & una determinada profundid

. . .

0

Fig. 7.59, Gráfica de fuerza y velocidad vs. tiempo para pilotes con daños estructurales ,,m =..:4 :.,a

Notas:

- Medido . . . . . . . . Calculado

Distribución de resistencias

Pruebas Carga

Fig. 7.62, Gráfica de fuerza y velocidad vs. tiempo

Al terminar el proceso se realiza un análisis de simulación de la prueba de carga estática; el pilote es incrementalmente cargado para calcular la fuerza y los desplazamientos en la cabeza y el fuste del pilote y así se obtiene.la gráfica carga vs. asentamiento (Fig. 7.63).

Como resultado ha1 de la interpretación de la prueba, la curva de transferencia de carga pilote- suelo se obtiene sumando la distribución de resistenciasen cada segmento del modelo;con la forma de la curva se pueden observar las condiciones de hincado de . los pilotes y el desarrollo de la capacidad de carga ,por fricción'y purita.'

Carga (KN)

O 600 1200 1800 2400

- . . . . . . . . . . . .

Cabeza

Punta

Desplazamiento (mm)

Fig. 7.63, Simulación de prueba de carga estática e n el pilote probado


Características del informe de

7.A.1 Condiciones de prueba

7.A.l.l Localización y datos geotécnicos

Se debe presentar un croquis con la localización del pilote de prueba con respecto a la estructura, así-como la información obtenida de un sondeo cercano al lugar de prueba y hasta la profundidad en que el grupo de pilotes de la cimentación modificará significativamente el estado de esfuerzos en el suelo; en los resultados del sondeo se incluirá un esquema que muestre la posición final del pilote (ver inciso 7.A. 1 . 5 ~ )

7.A. 1.2 Diseño del pilote

Se presentará un resumen del diseño geotécnico y estructural del pilote, indicando sus dimensiones finales, la colocación del armado y la resistencia nominal de los materiales de construcción.

En el resumen del diseño geotécnico se incluirán la carga de diseño, los parámetros de resistencia al corte promedio y el criterio de capacidad de carga usados.

En el resumen del diseño estructural se presentaran los resultados del análisis de las diversas condiciones de carga consideradas, incluyendo las supuestas en la fabricación, el manejo y el hincado del pilote. Asimismo, se presentará el diseño de juntas si las hubiese.

7.A1.3 Diseño de la instalación de la prueba

Se hará un resumen del diseño de los sistemas de reacción, 'carga y medición, incluyendo la calibración de los aparatos empleados.

a) Sistemas de reacción y apoyos. Se presentará un resumen similar a l del inciso 7A.1.2 aplicado al diseño geotécnico y estructural del sistema de reacción y de los apoyos de los sistemas de carga y medición, de tal manera que se garantice su estabilidad durante el montaje y desarrollo de la prueba; se incluirá además un análisis

. _ . .

prueba de carga en un pilote indivi

de la posible influencia de estas es en el comportamiento del pilote d ejecución de la prueba.

b) Sistemas de carga y medición. Se las grficas de calibración de ca los aparatos, considerando los puedan alterar considerabl resultados de prueba. . .. . .. .

7.A.1.4 Características del pilote hincado .

Se hará un registro de las caracter materiales de construcción y g pilote, indicándose claramente lo

a) Materiales de constr . determinarán los índices de

los materiales de 'construcció diseño del pilote (inciso 7.A un resumen que detalle el

b) Geometría. Se medirá el pilote a cada 2m (6.6ft) cualquier residuo .no estruc y en caso necesario, la c planos perpendiculares medidas se harán con una

verificará que e l ángulo respecto al eje longitudha 900.

7.A. 1.5 Registro de hincado

Inclgirá una descripción resistencia a la penetración y

a) Equipo. Se detallarán 1 del equipo de hincado tipo y energía nom incluyendo el peso y altura de caída de la:.:<-'

material usado para del pilote (Fig. 7.A.2)

. . .. . . ...

PILOTE N" .. .

SUPERVISOR

SITIO LOCALIZACI~N

MATERIAL ESPECIFICACIONES o o CONCRETO PREFABRICADO

ACERO

MADERA

f c kglcmz fy (armado) kg/cm2

fy kgIcm2

fc kglcmz

FORMA Y DIMENSIONES DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

CARACTERÍSTICAS DEL ARMADO

LONGITUD DEL PILOTE + + + + - m - FECHA DE COLADO FECHA DE HINCADO

EDAD AL MOMENTO DEL HINCADO . . DÍAS

o RESISTENCIA DEL MATERIAL f kglcm* f, kglcm2

: . GEOMETR~A DEL PILOTE:


b) Resistencia a la penetración. Durante el hincado se llevará un registro como el de la Fig. 7.A.3 con el número de golpes por 0.2 a 1.0m (0.66 a 3.3ft) de penetración, según el tipo de suelo; para ello se marcará en el pilote su longitud medida a partir de la punta y en tramos correspondientes a la penetración de control. Así se sabrá además la posición del pilote en cualquier moniento del hincado, que permitirá conocer la resistencia a la penetración de cada estrato.

Se registrará cualquier interrupción del hincado anotando claramente el tiempo de duración y la causa; entre las más frecuentes están: cambio del material de protección de la cabeza y unión de dos tramos del pilote.

' c) Posición final del pilote. Para conocer la posición final del pilote se harán nivelaciones del terreno antes. del. hincado, y de la cabeza .del pilote después de su colocación, indicando claramente en el registro la referencia usada; asimismo, se medirá la recuperación elástica del pilote y su penetración en el estrato de apoyo.

7.A.1.6 Instalación de la prueba

Se hará un esquema que muestre la colocación de los sistemas de reacción, de carga y de medición, especificando claramente cualquier diferencia en las características de los aparatos o en su colocación con respecto al diseño original; se incluirán además fotografías que muestren la instalación final de la prueba.

7.A.2 Registro de prueba

Durante la prueba se deberán registrar los datos de carga, asentamiento y tiempo que permitan controlar la ejecución y hacer la presentación gráfica final del desarrollo de la prueba. Para ello se seguirá el registro que se presenta en la Fig. 7.A.4, en el que debe anotarse además cualquier evento que afecte la realización de la prueba; el control se lleva a cabo con las gráficas que se detallan en los incisos 7.A.2.1 y 7A.2.2.

. ,

7.A.2.1 Criterio de carga controlada

Conforme se avance en la ejecución de la prueba, se dibujará la gráfica asentamiento vs carga con los datos de las columnas 4 y 9 de1 registro, conocer Cu desarrollo hasta ese momento; para el control de cada incremento de carga aplicado se hará l'a gráfica tiempo vs. asentamiento, a partir de las columnas 3 y 9. Cuando se trate de una prueba con carga cíclica, además de las gráficas mencionad necesario dibujar para cada intervalo de carga el asentamiento del pilote en el nivel máximoi de carga vs. el número de ciclos efectuados.

7.A.2.2 Criterio de desplazamientos controlados

Se dibujarán las gráficas- mencionada inciso anterior correspondientes a las sin carga cíclica, a las que deberá agre gráfica carga vs. tiempo; dicha gráfica S

elaborará con los datos de las columnas 4 y 3 o y 2 del registro, según se trate del criterio d control de asentamientos o de rapidez d penetración constante, respectivamente.

7.A.3 Representación de los resultados

En la presentación de los resultados de prueba se incluirá la información obte durante el hincado y las etapas de descarga del pilote; estos--&tos se repor forma gráfica para facilitar su interpretació

La información básica necesaria interpretar la prueba comprende las sigui gráficas:

- Penetración vs. número de golpes - Recuperación elástica - Carga vs. asentamiento - Carga y asentamiento vs. tiempo - Carga us. asentamiento de fluencia.

En el caso de pruebas con carga cíclica, sustituirse las dos Últimas gráficas p número de ciclos vs. asenm-miento.

- .:

"

en la prueba y del procedimiento vo empleado; los aspectos básicos a

< .. . -. , , .

Pruebas de Carga - -

,OCALIZACI~N 'OSICI~N FINAL: úIVEL DE LA CABEZA úIVEL DE LA PUNTA 'LANO DE REFERENCIA: SUP. DEL TERRENO O SIMILAR) NIVEL ,ONGITUD DEL PILOTE: IURANTE E L HINCADO m )ESPUES DE CORTADO m ,ONGITUD EMBEBIDA EN EL SUELO m

NOTAS PARA LA COLUMNA DE OBSERVACIONES:

PERFORACI~N PREVIA A TRAVÉS DEL RELLENO O COSTRA SUPERFICIAL

PENETRACI~N DEL PILOTE POR PESO PROPIO .. .

PENETRACI~N DEL PILOTE POR PESO PROPIO MAS EL PESO DEL MARTILLO

CAMBIO DEL MATERIAL DE PROTECCI~N

N" DE GOLPES ALTURADE POR

PENETRACI~N PR~FUNDIDAD DE LA PUNTA (m) SERIE

SUMA EN m POR N" DE BAJO EL PLANO DE REFERENCIA GOLRES

CUALQUIER OBSTÁCULO EN EL SUBSUELO

U N I ~ N DE DOS TRAMOS DE PILOTE

INCLINACI~N EVENTUAL DEL PILOTE O VERIFICACI~N DE LA INCLINACI~N PRE-ESTABLECIDA

CUALQUIER DANO DEL PILOTE

EXTRACCI~N Y REEMPLAZO EVENTUAL DEL PILOTE

COLOCACI~N DEL SEGUIDOR

HORA EN QUE C O M E N Z ~ Y F I N A L I Z ~ EL HINCADO

HORA EN QUE SE PRESENTE CUALQUIER INTERRUPCI~N Y SU D U R A C I ~ N

HORA EN QUE SE MIDE LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA

OBSERVACIONES

Fig. 7.A.3, Registro de la resistencia a la penetración y posición final

tratar dependerán de la etapa en que se realice la prueba, ya sea de diseño o durante la construcción de la cimentación.

En la etapa de diseño se abordarán los siguientes puntos:

JOTAS:

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8. Control de la Calidad'

En, este capítulo se describen las características de los materiales comúnmente empleados en la construcción de pilas y pilotes, así como las exigencias para el control de calidad del material y el del producto terminado.

Donde corresponda se hará refei;encia a la Norma Oficial Mexicana en vigor, y a continuación la norma ASTM (American Society for Testing and Materials) o ACI (American Concrete Institute), o AWS (American Welding Society), o API (American Petroleum Institute), que le sea equivalente.

Cuando la referencia sea a otras .normas, se indicará consecuentemente.

En los incisos 8.2 a 8.10 se tratarán los materiales utilizados en la elaboración y curado del concreto

;: reforzado; en el 8.11, el concreto propiamente 1.' dicho; en el inciso 8.12 los materiales que se ;l. utilizan para la elaboración de lodos de i - perforación. El inciso 8.13 tratará sobre la 1: verificación de la calidad del producto terminado. ;.;

El inciso 8.14 está dedicado a l a supervisión de la [ ' construcción de las cimentaciones profundas.

1 8.2 .ACERO DE 'REFUERZO

El acero de refuerzo debe satisfacer los requisitos de calidad establecidos en la Norma Oficial

B-6-1988, ''Varillas corrugadas y , procedentes de lingote o

palanquilla, para refuerzo de concreto" (ASTM A ard specification for deformed et-steel bars for concrete :...

einforcement [metric]) y, por consiguiente, racterísticas físicas y químicas

2.1 Normas Complementarias

lisis químicos para determinar la ceros y fundiciones".

;. . .. ....-

Varillas corrugadas y lisas de. acero, procedentes de lingote o palanquilla, para refuerzo de concreto

Métodos de análisis fotométricos para determinar la composición química de aceros y fundiciones.

Prueba de doblado para productos de acero.

NOM-B-310-1981:

Métodos de prueba a la tensión para productos de acero.

NOM-B-434-1968:

Método de prueba para determinar el peso unitario y el área transversal de las varillas lisas y corrugadas para refuerzo de concreto.

ASTM A 370-97a:

Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products.

ASTM.A 510-96:

Specifications for general requirements for wire rods and coarse round wire carbon steel

ASTM A-615 M-96a:

Standard specifications for deformed .and plain billet-steel bars for concrete reinforcement [metric]

ASTM A-617:

Specification for Axle-Steel Deformed and Plains Bars for Concrete Reinforcement.

8.2.2 Características físicas

Se refieren a la resistencia a -la. tensión, al diámetro, peso unitario, dimensiones y espaciamiento de las corrugaciones, y doblado.


Las varillas objeto de esta norma se clasifican, la misma masa nominal que la varilla conforme a su límite de fluencia mínimo, en dos corrugada. grados:

Grado b) El número de designación de las varillas : ' corrugadas corresponde al número de octavos

42 de pulgada de su diámetro nominal.

A : Límite de fluencia mínimo, N/mm* (hgf/mmP) C) El término masa en esta norma ha sustituido al término peso, usado erróneamente para

a) El diámetro nominal de una varilla corrugada representar la cantidad de materia que es equivalente al de una varilla lisa que tenga contienen los cuerpos (expresados en

kilogramos, gramos o toneladas)

Tabla 8.1. Número de designación, masas, dimensiones nominales y requisitos de : corrugación para refuerzo de concreto.

A. Diámetro

B. Area de la sección transversal

C. Perímetro

D. Espaciamiento máximo promedio E. Altura mínima promedio F. Distancia máxima entre extremos de cormgaciones

transversales (cuerda) , Tabla 8.2, Requisitos de tensión.

A. Resistencia mínima a la tensión. B. Lfmite de fluencia mínimo. C. Límite de fluencia máximo.

/

Control de la Calidad

. ~ i b l ? 8.3, Requisitos de doblado.

11 y 12 15-d 1 8-d _. . ... ._I

* para pruebas de doblado a 180'.

Número: de

Nota: Las probetas deben doblarse alrededor de un mandril, sin agrietarse en la parte exterior de la zona doblada. La prueba debe realizarse a temperatura. ambiente y en ningún caso a menos de 16 grados centígrados.

- .Dih'etr'o-delimaiiaril

d = Diámetro nominal de la probeta

designación Grado 30 1 Grado 42 ,

8.2.3 Características químicas

Deberá verificarse que en el análisis de la colada ,

el contenido de fósforo no exceda de 0.05% y que en el análisis del productto-terminado no exceda de 0.0625%.

8.2.4 Muestreo

Para los ensayes de tensión, doblado y determinación de las características dimensionales y de las corrugaciones, se debe tomar una muestra de cada diámetro por cada diez toneladas o fraccidn o por cada embarque o

- entrega, lo que sea menor.

consiguiente, cumplir con las características físicas y químicas allí establecidas.

8.3.1 Normas

ASTM A-722:

Specification for uncoated High-Strength steel Bar for Prestressed Concrete.

Métodos de análisis químicos para determinar la composición de aceros y fundiciones.

Prueba de doblado para productos de acero.

Métodos de prueba a la tensión para productos de acero.

Alambre sin recubrimiento, relevado de esfuerzos, para usarse en concreto presforzado

ASTM A-416:

Specification for steel Strand uncoated Seven- Wire for Prestressed Concrete.

ASTM A 421 M-98a: Una muestra para cada determinación.

Para los análisis químicos de la colada y del producto terminado, se-debe tomar una muestra

. de la colada durante el vaciado y en varillas representativas de dicha colada, respectivamente.

8.3 ACERO DE PRESFUERZO

El acero de presfuerzo debe satisfacer los requisitos de calidad establecidos en la Norma Oficial Mexicana NMX-292-1974, " Alambre sin recubrimiento, relevado de esfuerzos, para usarse en concreto presforzado" (ASTM A 421M-98a, " Standard specifications for uncoated stress- relieved steel&re for prestressed co,ncrete ) y, por

Standard specifications for uncoated' stress- relieved steel wire for prestressed concrete.

8.3.2 Características fisicas

Tabla 8.4, Requisitos de tensión.

Diámetro mínimo a la tensión

, .- - .. _. . I

Manual de Cimentaciones Pro fundas U- . .

Tabla 8.5, Requisitos de alargamiento.

* después de la ruptura. ** calibrada para esta prueba.

. - . - - - . - - - .

Tabla 8.6, Requisitos de doblado.

Diámetzo

NOM-DGN-272- 1974 Diámetro

Diámetro Número de dóbleces que- debe soportar por mandril*

tramo mm mrn

8.3.3 Características químicas

Alargamiento

La composición química del acero, determinada en el análisis de colada (cuchara), debe cumplir con lo que se indica en la Tabla 8.7

Mngitud del -espécimen** .

Tabla 8.7, Requisitos químicos.

NOM-DGN-272-1974 Composición 1 T~elera~ncia*

Elemento OL I OL

-1 Carbono . ( 0.72 a 0.93 1 0.04 Manganeso 0.40 A 1.10 0.06

Fósforo 0.04 máximo 0.008 Azu£re 0.05 máximo 0.008 Silicio 0.10 a 0.35 0.02

*abajo del límite superior y abajo del inferior

8.3.4 Muestreo

Para los ensayes de tensión, y de doblado se debe tomar una muestra de cada diámetro por cada 1,000kg (9.8kN) de alambre o fracción o por cada embarque o entrega, lo que sea menor.

Una muestra para cada determinación.

Para el análisis químico de la colada y del producto terminado, se debe tomar una muestra de la colada durante el vaciado y en cables representativos de dicha colada, respectivamente. .

1 ,

8.4 SOLDADURA

El acero de refuerzo de 1" y mayor no se debe traslapar sino que debe soldarse a tope o unirse mediante un dispositivo roscado, tipo Dividag o similar.

8.4.1 Normas

NOM-H-121-1988:

Procedimiento de soldadura estructural. cero de refuerzo.

ANSIIAWSID 1.4-98

Structural welding code-Reinforcing steel

ASTM E 94-93

Standard recommended . practice for radiographlc testing ' -

ASTM E 142-92 \

Standard method for controlling quality of radiographic testing. , - *

ASTM E 1032-95 - 7 i

Radiographic examination of weldments. ' . ,y?

, "1 a - +í

ACI 439.3R-91 S -:n ' , 9 8 2 . . 2 : "

, A Committee ACI 439. Mechanical connections of . ? A reinforcing bars- :. 4

.<:; - -.. - - . '>

8.4.2 Calificación del soldador . , .: i' . ,. - -.3: .. . , .'

Antes de iniciar cualquier trabajo de soldadura se - - y

debe calificar al soldador en la posición y tipo de soldadura que debe realizar. La calificación debi realizarse por medio de un inspector calificado, quien emit-irá un reporte indicañdo la aceptación o rechazo del soldador.

a . 8.4.3 Radiografias ..,'!

Tomar radiografías de una unión soldada 1 . . constituye una prueba no destructiva. Las -,.<;


radiografías deben tomarse de .conformidad con las normas relacionadas en el inciso 8.4.1.

8.4.4 Muestreo

No hay nada escrito en relación con el número de radiografias que se deben tomar para asegurar la calidad del conjunto.

Es obligada la toma de radiografías al calificar al soldador. Debe tomarse una radiografía de cada probeta.

Con el producto terminado, se acostumbra acordar entre el contratista y el dueño o el supervisor, cuántas uniones se van a examinar. De los resultados obtenidos se decide la aceptación o rechazo del lote.

La selección de las proporciones del concreto debe basarse e n mezclas de concreto utilizado de la misma fuentes. Los cubos de mortero para pruebas, hechos con agua no potable, deben tener resistencias iguales a los 7 y 28 días, de por lo menos 10% de la resistencia de muestras similares hechas con agua potable. La comparación de la prueba de resistencia debe hacerse en muestras idénticas, excepto por el agua de mezclado, elaborados y probados de Acuerdo con la norma ASTM (2-109 "Test Method fot Compresive Strength of Hydraulic Cement Mortars""

8.5.1 Normas

Se hace referencia a las siguientes normas:

NOM-C-122- 1982 . . Li~~&.&n:ppm..

Cemento..rico 'Cementa sdfato' en ,calcio resistente

naturales (hmos y arcillas) 2000 2000

(finos de cemento y agregados) 50000 35000

. -. ero de presfuerzo y piezas de fuentes** 400 600 reforzados en ambiente húmedo o en

on metales, como aluminio, hierro galvanizado y otros 700 1000

, .

32 1

8.5 AGUA Industria de la Construcción-Agua para concreto

El agua para la fabricación de los lodos de perforación y del concreto deberá ser potable, limpia, fresca y libre de materia orgánica e inorgánqa, ácidos y álcalis, en suspensión o solución, y de cualquier sustancia que pueda causar efectos deletéreos en el concreto, en cantidad tal que puedan afectar la calidad y durabilidad del lodo de perforación o del concreto. Podrá obtenerse de fuentes públicas o de pozos, pero no de las excava&ones. No deberá utilizarse agua no potable en el concreto, a menos que se cumpla con las siguientes condiciones:

NOM-C-277-1997:

Agua para concreto- Muestreo

NOM-C-283-1982:

Agua para concreto- Análisis

ASTM C 685- 98a

Concrete made by volumetric batching and continuous mixing.

8.5.2 Sales e impurezas

Tabla 8.8, Valore's característicos y límites máximos tolerables de sales e impurezas.


Tabla 8.8 (Cont.), Valores característicos y límites máximos tolerables de sales e impurezas.

1 ~ulfatos, como SO1* 1 3000 1 3500 1 Magnesio, como Mg++* 100 150

Carbonatos, como CO2 600 600

Dióxido de carbono, disuelto como CO2 5 3

300 Alcalis totales, como Na+ 450 '

Total de impurezas en solución 3500 4000

Grasas Y aceites O O

1 Materia orgánica (oxígeno consumido en medio ácido) 150 150

1 Valor del pH 1 No menos de 6 1 No menor de 6.5 1

* Las aguas que excedan los límites enlistados para cloruros, sulfatos y magnesio, podrán emplearse si se demuestra que la concentración calculada de estos compuestos en el agua total d e la mezcla, incluyendo el agua de absorción de los agregados u otros orígenes, no excede dichos límites.

** El agua se puede usar siempre y cuando las arenas que se empleen en el concreto acusen un contenido de materia orgánica cuya coloración sea inferior a 2, de acuerdo con el método de la norma NMX-C-088-1997-ONNCCE. . ,

*** Cuando se use cloruro .de calcio ( CaCh) como aditivo acelerante, la cantidad de éste deberá tomarse en cuenta para no exceder el límite de cloruros de esta tabla.

8.6 AGREGADO FINO

Material conocido como arena, que pasa por la criba 4.75mm, 0.187in (No. 4) y se retiene en la criba 0.075mm (No. 200).

El agregado fino está formado por material natural, natural procesado, una combinación de ambos o artificial.

8.6.1 Normas Complementarias

Industria de la Construcción- Cribas para la clasificación de materiales granulares

Industria de la Construcción-Agregados-Muestreo

Industria de la Construcción- Agregados- Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables.

Industria de la Construcción-Agregados- Masa volumétrica-Método de prueba.

Industria de la Construcción-Agregados- Determinación de la sanidad por medio del sulfato de sodio o sulfato de magnesio.

Industria de la Construcción-Agregados-Efecto de las impurezas orgánicas en los agregados finos sobre la resistencia de los morteros.

Industria de la Construcción - Agregados para concreto - Análisis granulométrico - Método de prueba.

NOM-C-84- 1983:

Industria de la Construcción - Agregados - Partículas más finas que la criba 0.075mm (No. 200), por medio de lavado - Método de prueba.


Industria de Determinación agregado fino.

la Construcción - Agregados - de impurezas orgánicas e n el

Industria de la construcción. Agregados para concreto. Especificaciones.

Industria de la Construcción - Agregados - Masa específica y absorción de agua del agregado fino - Método de prueba

8.6.2 Granulometría

Deberá satisfacer la granulometría mostrada en la Tabla 8.9. NMX C-111-1992 o ASTM (2-33.

Talda 8.9; Requisitos granulométricos del agregado fino.

NOM-C- 11 1-1 992

-Criba . 1

9.5 mm ( 3/8")1 4.75 mm ( NO. 4 )

* acumulado en masa.

Material retenido* n/ 70

O 0-5

2.36 mm ( NO. 8 ) 1.18 mm ( NO. 16 ) 0.60 mm ( NO. 30 ) 0.30 mm ( No. 50 ) 0.15 mm ( No. 100 )

Estar dentro de la zona que establece la Tabla 8.9, excepto e n los casos que se indican en c) y 4.

0-20 15-50 40-75 70-90 90-98

El módulo de finura debe estar comprendido entre 2.30 y 3.10, con una tolerancia de $:

0.20, con respecto al valor del módulo de finura empleado en el diseño del proporcionamiento del concreto-

El retenido parcial de la masa total en cualquier criba no' debe ser mayor de 45%. Pueden aumentarse los porcentajes del retenido acumulado de la masa ensayada en las cribas M0.300 (No. 50) y M0.150 (No. 100) a 95 y 100%, respectivamente, siempre y cuando el contenido de cemento sea mayor de 250kg/m3 (2 452N/m3)para concreto con aire incluido, o mayor de 300kg/m3 (2943N/m3)

para concreto sin aire incluido, o bien, supliendo la deficiencia del material que pase por estas cribas, mediante la adición de u n material finamente molido y aprobado.

NOTA: Se considera concreto con aire incluido, aquél que tiene u n contenido de aire mayor de 3% fabricado con un cemento o aditivo inclusor de aire.

d) E n el caso de que los agregados que pretendan emplearse, no cumplan con las tolerancias indicadas en los incisos a), b) y c), pueden usarse siempre y cuando se tengan antecedentes de comportamiento aceptables, en el concreto elaborado con ellos, o bien, que los resultados de las pruebas realizadas a estos concretos sean satisfactorias; en este caso, los agregados se pueden usar siempre que se haga el ajuste apropiado a l proporcionamiento del concreto, para compensar las deficiencias e n la grandometría.

8.6.3 Sustancias nocivas

Tabla 8.10, Límites máximos de sustancias nocivas en agregados finos.

NOM-C-111-1992

* En masa de la muestra total, en %. , ** En el caso de material fino que pasa la criba

F0.075 (200), si éste es producto de la desintegración de rocas, los porcentajes límites se incrementan a 5 y 7%, respectivamente. Los materiales que rebasen estos límites deben estar sujetos a la aprobación del usuario.

Concepto i

Grumos de arcillas y partículas deleznables Carbón y iignito

En concreto aparente En otros concretos

Materiales finos que pasan la criba F0.075 (No. 200) en

Sujeto a abrasión

8.6.4 Sanidad y materia orgánica

Material retenido*

0.3

0.5 1.0

3.0**

El agregado fino, sometido a cinco ciclos del método de prueba que establece la NOM-C 75- 1985, debe tener una pérdida de masa no mayor

En otros concretos 5.0**

Manual de Cimentaciones Profundas - "

i de 10% con sulfato de sodio, o 15% si se usa sulfato de magnesio.

El agregado fino que no cumplan con lo anterior, podrán aceptarse si existen antecedentes documentales de su empleo en concretos de propiedades semejantes, elaborados con agregados del mismo banco que acusan un comportamiento satisfactorio en condiciones de intemperismo semejantes a las que se va a someter el nuevo concreto.

El agregado fino debe estar libre de cantidades perjudiciales de impurezas orgánicas. Los agregados que a l efectuar la prueba a la que se refiere la NOM-C-88-1986 den un color más oscuro que el No. 3' deben rechazarse, excepto si se demuestra que la coloración e s debida a la presencia de pequeñas cantidades de carbón, lignito o partículas semejantes, o bien, si se

. demuestra que el efecto de las impurezas orgánicas en morteros ensayados a 7 días dan resistencias no menores del 95%, conforme al método que establece la NOM-C-76-1983-

8.7 AGREGADO GRUESO

Material conocido como grava, que es retenido en la criba 4.76mm, 0.187in (No. 4), constituido por cantos rodados, triturados o procesados, rocas trituradas, escoria de alto horno, escorias volcánicas, concreto reciclado o una combinación de ellos u otros, y cuya composición granulométrica varía dentro de los límites de la Tabla 8.11.

8.7.1 Normas

Industria de la Construcción - Agregados- Masa volumétrica - Método de prueba.

Industria de la Construcción - Agregados - Determinación de la sanidad por medio del sulfato de sodio o sulfato de magnesio. NOM-(3-77-1987:

Industria de la Construcción - Agregados para concreto - Análisis granulométrico - Método, de prueba.

Industria de la Construcción - Agregados - Partículas más finas que la criba 0.075mm (No. 200), por medio de lavado - Método de prueba.

Industria de la Construcción. Agregados para concreto. Especificaciones.

NOM-C- 164- 1986:

Industria de la Construcción - Agregados - Masa específica y absorción de agua del agregado grueso - Método de prueba

Industria de la Construcción - Agregados - Contenido total de humedad por secado - Método de prueba.

NOM C 180-1986: Industria de la Construcción- Cribas para la clasificación de materiales granulares

Industria de la Construcción-Agregados-Muestreo

Industria de la Construcción - Agregados. Determinación de la reactividad potencial de los agregados con los álcalis del cemento, por medio de barras de mortero.

Industria de la Construcción- Agregados - Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables

Industria de la Construcción - Agregados - Resistencia a la degradación por abrasión e impacto de agregado usando la máquina de los Ángeles - Método de prueba.

Control de la Calidad .. ,- --- - - - --

requisitos granulométricos para gravas desde 25mm (1") hasta 9.5mm (318").

Industria de la Constr,ucción-Agregados-Exámen petrográfico-Método de prueba. NOM-C-271-1984:

Cuando se tengan agregados gruesos fuera de los límites antes indicados. deberán procesarse para satisfagan dichos límites. En el caso de aceptar que los agregados no cumplan dichos límites, deberá ajustarse el proporcionamiento del concreto para compensar las deficiencias granulométricas; por lo tanto, deberá demostrarse que el concreto fabricado tiene un comportamiento adecuado.

Industria de la construcción. Agregados para concreto, . Determinación de la reactividad potencial (método químico).

Reactividad potencial de rocas de carbonatos en agregados para concreto con los álcalis (método del cilindro de roca). 8.7.3 Sustancias nocivas

NOM-C-298-1980: .. .. .

Industria de la construcción. Concreto.Aditivos minerales. Determinación de la efectividad para prevenir una expansión excesiva del concreto debida. a la reacción álcali-agregado.

El agregado grueso deberá satisfacer lo que se indica en la Tabla 8.12.

Notas: Es de esperarse que los límites para el agregado grueso, correspondientes a cada clase designada, sean suficientes para asegurar un comportamiento satisfactorio del concreto para los diferentes tipos de concretos y partes de la obra; en muchas localidades pueden conseguirse agregados que superen las especificaciones de calidad aquí enlistados. Cuando no puedan conseguirse estos agregados de calidad adecuada para satisfacer, por lo menos, algunos de los usos mencionados, estos pueden cumplir a l someterlos al tratamiento adecuado.

NOM (Anteproyecto):

Industria de la Construcción. Agregados para concreto. Coeficiente volumétrico (de forma) en agregado grueso. Método de prueba.

8.7.2 Granulometría

Para pilas y pilotes el .agregado máximo usual es de 19mm (%"). E n la Tabla 8.11, se dan los

Tabla 8.11, Granulometría para el agregado grueso.

NOM-C- 11 1- 1992

. . 3 7.. 5 (No. 16) '

Manual de Cimentaciones Profunda. --

\.\.

Tabla 8.12, Límites máximos de contaminación y requisitos fisicos de calidad del agregado grueso, . . - en por ciento.

A. Total de terrones de arcilla y partículas deleznables B. Partículas de roca sílice con masa específica menor de 2.4 (ver nota 1) C. Suma de los conceptos anteriores D. Material fino que pasa la criba 0.075 (No. 200) ver nota 2 E. Carbón y lignito F. Pérdida por abrasión G. ~érd ida .en la prueba de sanidad (intemperismo acelerado) * Ver nota 4

** Ver nota 2

,

1) Esta. limitación se aplica a materiales donde la roca sílice alterada se encuentra como impureza; no es aplicable al agregado grueso que es predominantemente de sílice alterada. La limitación del uso de tales agregados se basa en el antecedente de servicio en donde se empleen tales materiales.

2) En el caso de agregados triturados, si el material que pasa la criba 0.075 (No. 200) es el producto de la pulverización de rocas exentas de arcilla y10 pizarras, este límite puede incrementarse a 3%.

NOM-C-111-1992

3) La pérdida por abrasión del agregado grueso debe ser determinada en una

muestra con granulometría lo más cercana a la que va a ser usada en la producción del concreto. Cuando se use más de un tamaño o más de una granulometría en un solo tamaño, el límite de abrasión debe aplicarse a cada una de elias. Las escorias de altos hornos enfriadas al aire, trituradas, quedan excluidas de los aeq.uisitos de abrasión; la masa volumétrica compacta de estos materiales debe ser mayor de 1,12Okg/rn3.

Sfemenfoc

-.

4) Para construcciones de concreto en regiones cuya altitud sea mayor de 3,000m sobre el nivel del mar, estos requisitos deben reducirse en un 1%.

E A G

Sulfato d e 1 Sulfato de sodio rnagpesio

Región d e intemperismo moderado

No expuestos a la intemperie: zapatas de cimentación, columnas, vigas y pisos interiores con recubrimiento.

Pisos interiores, sin recubrimiento

Expuestos a la intemperie: muros de cimentaciones, muros de retención, pilas, muelles y vigas

Sujetos a exposición frecuente de humedad: pavimentos, losas de puentes, andadores, patios, pisos de entrada y estructuras marítimas

Expuestos a la intemperie concretos arquitectónicos

10.0

5.0

5.0

4.0

2.0

, - - Región d e intemperismo ap rec i abk

-

-

6.0 *

5.0

3.0

Losas sujetas a tráfico abrasivo: losas de puentes, pisos, andenes y pavimentos Concreto arquitectónico. Otras clases de concretos

-

-

8.0

6.0

4.0**

4.0 8.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

- -

1.0

1.0

0.5

0.5

0.5

- -

50

50

50

50

50

2.0 2.0

12

12

12

0.5 1.0

- ,

18

18

18

50 50

. . . . . . . 8.7.4 Coeficiente vo lké t r i co mediante pruebas de expansión en

morteros fabricados con cemento de alto El agregado grueso debe tener un coeficiente contenido de álcalis, la puzolana y vidrio de volumétrico no menor de 0:15, conforme al método borosilicato como agregado grueso, de prueba del anteproyecto de la Norma conforme con el método de prueba de la Mexicana. NOM-C-298-1980.

8.7.5 Reacción álcali-agregado d) Reacción álcali-carbonato:

Nota: Lo que a continuación se indica, se aplica también al agregado fino.

Debe evitarse el uso de agregados que contengan rocas y minerales identificados como potencialmente reactivos. .con los álcalis del cemento. Para determinar la reactividad potencial debe realizarse un exámen petrográfico con el método de prueba de la NOM-C-265-1984. Si los agregados disponibles contienen esa clase de rocas y minerales, y no hay alternativas de cambio, debe hacerse lo siguiente:

a) Agregados constituidos por sílices:

Hacer análisis químico conforme al método de prueba de la N0M.C-271-1984.

Verificar experimentalmente conforme al método de prueba de la NOM-C-180-1986.

, ..._ - ._ .. b) Agregados constituidos por carbonatos:

Determinar expansión en roca con el método de prueba de la NOM-(3-272-1987.

' D.eterminar la expansión del concreto con el método de prueba de la ASTM C 1105-95 Standard method for length change of concrete due to alkali carbonate rock reaction.

Si las expansiones obtenidas rebasan los límites máximos permisibles, se considera confirmado el carácter reactivo de los agregados y su empleo debe quedar condicionado a la aplicación de las siguientes medidas:

C) Reacción álcali - síiice:

.Utilizar cemento Portland con contenidb de álcalis menor de 0.60%.

Ciertas puzolanas son capaces de inhibir esta reacción, lo cual puede verificarse

Utilizar cemento Portland con contenido de álcalis menor de 0.40%.

Debe determinarse la capacidad inhibidora de la puzolana mediante pruebas de expansión en concreto fabricado con los agregados reactivos, cemento y puzolana propuestos, aplicando el método de prueba de ASTM C-1105-95.

Si a ú n así la expansión es excesiva, las opciones que deben evaluarse para evitar el riesgo de una reacción deletérea álcali agregado, son las siguientes:

a) Cambiar la fuente de suministro de agregados por otra no reactiva.

b) Efectuar una explotación selectiva de los bancos o canteras para desechar el material reactivo, o bien mezclar con otro material para reducir s u proporción, en ambos casos, a no más del 15% en el total de los agregados.

C) Seleccionar un cemento cuyo contenido de álcalis sea menor a los límites antes mencionados, para producir, una expansión tolerable en el concreto.

8.8 CEMENTO

El cemento es el conglomerante hidráulico que resulta de la pulverización del clinker a u n grado de finura determinado, al cual se le adiciona sulfato de calcio, o agua y sulfato de calcio.

El clinker e s el material sintético granular, resultante de la cocción a una temperatura de 1673 K (1400°C) de materias primas de naturaleza calcárea y arcilloferuginosa, previamente triturados, dosiñcados, mezclados, pulverizados y homogeneizados. Esencialmente el clínker está constituido de silicatos, aluminatos y ferroaluminatos cálcicos.


8.8.1 Tipos de cemento

Los cementos, de acuerdo con la Norma NMX-C- 414-ONNCE-1999, se clasifican de acuerdo con la Tabla 8.13.

Tabla 8.13, Tipos de cemento

8.8.2 Normas

Tipo CPO CPP

CPEG

CPC CPS CEG

Industria de' la Construcción - Cementantes hidráulicos. Determinación de la expansión en autoclave de cementantes hidráulicos.

, .. .

Denominación

Cemento Portland Ordinario Cemento Portland Puzolánico

Cemento Portland con escoria granulada de alto horno

Cemento Portland Compuesto Cemento Portland con Humo de Sílice

Cemento con Escoria de alto horno

Industria de la Construcción - Cementantes hidráulicos. Muestreo.

Industria de la Construcción - Cementantes hidráulicos. Determinación'del análisi~'~&imico.

NMX-C- 132- 1970:

Industria de la Construcción - Cementantes hidráulicos. Determinación del falso fraguado por el método de pasta. ' '

NOM-C- 133- 1980: Cemento Portland.

ASTM C 150-98:

Standard specification for Portland cement

Industria de la Construcción - Cementantes hidráulicos. Determinación de la finura de cementantes hidráulicos mediante la criba No. 130.

NOM-C-56- 1978:

Industria de la Construcción - Cementantes hidráulicos. Determinación de la finura por el método de permeabilidad al aire.

NMX-C-059-ONNCCE:

Industria de la Construcción - Cementantes hdráulicos. Determinación del tiempo de fraguado.

NMX-C-061-SCFI:

Determinación de la resistencia a l a compresión de cementantes hidráulicos.

Industria de la Construcción - Cementantes hidráulicos. Coadyuvantes de molienda empleados en l a elaboración e cementos hidráulicos.

Determinación del calor de hidratación de cementantes hidráulicos.

Morteros de cemento Portland - Determinación de su expansión potencial debido a la acción de los sulfatos.

Determinación de la actividad puzolhnica.

Specification for Blended Hydraulic Cements.

Specification for Expansive Hydraulic Cement.


8.8.3 ; Características especiales del cemento

Los tipos de cementos definidos e n la Tabla 8.13 pueden presentar adicionalmente una o más, las cuales se muestran en la Tabla 8.14.

8.8.4 Composición

Tabla 8.14, Cementos con características especiales.

La composición de los tipos de cemento se define en la Tabla 8.15.

Nomen- clatura

RS

BRA

BCH

B

8.8.5 Clases resistentes

Características especiales d e los

cementos Resistente a los

sulfatos Baja Reactividad Álcali

agregado Bajo Calor de Hidratación

Blanco

Los cementos se clasifican por su resistencia mecánica a la compresión en cinco clases resistentes de acuerdo con la Tabla 8.16.

8.9 ADITIVOS

El aditivo es un material diferente del agua, de los agregados y del cemento, que se emplea como componente del mortero o concreto y que se agrega a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado, para modificar algunas de las características del concreto. Hay adititivos químicos y aditivos minerales.

Tabla 8.15, Composición de los cementos

NOTAS: (1) Los valores de esta Tabla representan el % en masa. (2) Los componentes minoritarios deben ser uno ó más de los componentes principales, a menos que

estén incluidos ya como tales e n el cemento. (3) Los materiales puzolánicos incluyen: puzolanas naturales, artificiales y10 cenizas volantes (4) El cemento Portland compuesto debe llevar como mínimo dos componentes principales, excepto

cuando se adicione caliza, ya que.esta puede ser en forma individual en conjunto con clinker + yeso. 1

1

Tipo

CPO

CPP

CPEG

CPC

CPS

CEG

Denominacibn

Cemento Portland ordinario

Cemento Portland Puzolánico

Cemento Portland con escoria

granulada de alto horno

Cemento Portland compuesto (4)

Cemento Portland con humo de Sílice

Cemento con escoria granulada

de alto horno

C o m p o n e n t e s

Clínkers Portland + yeso

95 - 100

50 - 94

40 - 94

50 - 94

90 - 99

20 - 39

Minoritarios (2)

0-5

0-5

0-5

0-5

O - 5

0 - 5

P r i n c i p a l e s

Escoria granulada d e

alto horno

-

-

6-60

6-35

-

61 - 80

Materiales Puzolánicos (3)

-

6 - 50

-

6-35

-

-

Humo de

sílice

-

-

-

1-10

1- 10

-

Caliza

-

-

-

6-35

-

-


Tabla 8.16, Especificaciones mecánicas y físicas.

(*) Resistencia Inicial: La resistencia inicial de un cemento es la resistencia mecánica a la compresión a los 3 días. Para indicar que un tipo de cemento debe cumplir con una resistencia inicial especificada, se le agrega la letra R después de la clase. Sólo.se definen valores de resistencia inicial a 30 R y 40 R.

8.9.1 Normas

'Clase resistente

20 30 30R 40 40R

NOM-C- 14-XX:

Aditivos químicos para concreto. Pruebas de uniformidad y equivalencia.

NOM-C-45-1983:

Muestreo de aditivos para concreto

NOM-C-81-1981:

Industria de la construción - Aditivos para concreto - Curado- Compuestos líquidos que forman membrana.

NOM-C-200- 1978:

Industria de la construcción - Aditivos para concreto. Aditivos inclusores de aire para concreto.

Estabilidad &e volumen en autoclave (%)

Expansión Contracció n

máximo máximo 0.80 0.20 0.80 0.20 0.80 0.20 0.80 0.20 0.80 0.20

Tsempo-de fraguado (min)

Resiste'ncia=a compresión (N/mmz)

NOM-C-255-1988:

Aditivos químicos que reducen. la cantidad de agua y10 modifican el tiempo de fraguado del concreto.

Inicial

mínimo 45 45 45 45 45

3 dias

mínimo (*) (*) 20 (*) 30

Industria de la Construcción - Aditivos para concreto - Determinación de la retención de agua por medio de compuestos líquidos que forman membrana para el curado del concreto.

d final

máximo 600 600 600 600 600

NOM-C-309-1980:

Industria de la Construcción - Aditivos para concreto- Determinación del factor de reflectancia

28 ,dias

de membranas de color blanco para el curado del concreto.

ASTM C 260-98:

Standard specification for air-entraining admixtures for concrete.

ASTM C 309-98:

Standard specification for liquid membrane.forming compund for curing concrete.

ASTM C 494-98a:

míni- . 20 30 30 40 40

Standard specification for chemical admixtures for concrete.

máximo 40 50 50

. . ASTM C 618-99:

Standard specification for fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in portland cement concrete.

8.9.2 Aditivos químicos

Ver Tabla 8.17

8.9.3 Inclusores de aire

Cuando se prevea que los agregados puedan reaccionar con los álcalis del cemento, o que el concreto estará sometido a condiciones climáticas severas y extremas. o a exposición severa en medios de alto contenido de sulfatos. es recomendable la inclusión de en determinados porcentajes tamaño del agregado que se fabricación del concreto.

generalmente líquido, se incorpora a la mezcla mediante el agua de mezclado, y se conoce como inclusor de aire. Debe satisfacer los requisitos de la NOM-C-200-1978. (ASTM C 260-98 Air- entraining admixtures for concrete).

8.9.4 Aditivos minerales

Estos aditivos generalmente se presentan pulverizados, con finura mayor que la del cemento, y sirven para mejorar las propiedades físicas del concreto fresco, especialmente cuando se están, usando agregados de granulometría diferente. Estos aditivos se clasifican en tres tipos:

l. Los químicamente inertes 2. Los puzolánicos 3. Los cementantes

Los químicamente inertes son: la bentonita, la cal hidratada, el talco, los suelos cuarzosos y los suelos calizos.

Los puzolánicos son: los materiales silíceos O

síiico-alumínicos, que en sí no poseen. o poseen poco valor cementante, pero que finamente pulverizados y en presencia de la humedad, reaccionan con el hidróxido de calcio, a temperaturas normales, formando un compuesto

NOM-C-

Tipo

1

11

111

IV

v

VI

VI1

que posee propiedades cementantes. Entre los puzolánicos se encuentran las cenizas y vidrios volcánicos, las tierras diatomáceas y algunas lutitas.

Los cementantes son los cementos naturales, cales hidráulicas, los cementos de escoria (mezclas de escoria de fundición con cal) y escorias de fundición de hierro granulado.

Los aditivos minerales deben satisfacer los requisitos de la norma ASTM C 618-99 Standard specification for fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in portland cement concrete.

8.10 MEMBRANAS DE CURADO

La membrana de curado es un líquido que se aplica a la superficie de concreto terminada, con el objeto de curar el concreto. Debe satisfacer los requisitos de la norma NOM-C-81-1981: " Industria de la Construcción-Aditivos para concreto-Curado-Compuestos líquidos que forman membrana" (ASTM C 309-98a: Standard specification for iiquid membrane-forming compounds for curing concrete).

Tabla 8.17, Tipos de aditivos químicos. 5 1 9 8 1

Características 1 Observaciones

Reductores de agua Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada

Retardantes de fraguado

Acelerantes de fraguado

Retardantes y reductores de agua

Acelerantes y reductores de agua

Superreductores de agua

Superreductores de agua y retardantes

Prolongan el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia del concreto, sin modificar necesariamente el contenido de agua de la mezcl; Acortan el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia del concreto, sin modificar necesariamente la cantidad de agua de la mezcla Prolongan el tiempo de fraguado y reducen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada Acortan el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia del concreto y disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada, en una cantidad considerablemente mayor que los reductores de agua normales Prolongan el tiempo de fraguado y reducen la cantidad de agua de la mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada, en una magnitud mayor que los retardantes y reductores de agua normales

Mrrn ual de Cinzentaciones Profundas . -......................... .................................. . . . . . - - - - - - . . . . . - .- - -- .<..... ._ _. .....................

8.1 1 CONCRETO

El concreto es un material compuesto, formado esencialmente por u n medio cementante e n el cual están embebldas partículas o fragmentos de agregados y aditivos, si cs el caso. En concretos de cemento hidráulico, el cementante lo forma una mezcla (pasta) de cemento y agua..

8.1 1.1 Normas

NOh4-C-083- 2997-ONNCCE:

Industria de la construcción - Concreto - Determmación de l a resistencia a la compresión de cilindros de concreto.

NOM-C- 109- 1997-ONNCCE:

Industna de la construcción - Concreto - Cabeceo de especímenes cilíndricos.

Industria de la construcción. Concreto. Concreto prernezclado. Especificaciones

NOM-C- 156- 1997-ONNCCE:

NOM-C- 162- 1.985:

Industria de l a construcción - Concreto - Determinación del peso unitario, cálculo del rendimiento y contenido de aire del concreto fresco por el método gravimétrico.

Industria de la construcción - Concreto- Terminología.

ASTM C 3 1IC 3 1M-98:

Standard practice for making and curing test specinens in the field.

ASTM C 33-99:

Stándard specification for concrete aggregates.

ASTM C 39 -96:

Standard t,est method for compressive strength of cylindrical concrete specimens.

Indus tna de la construcción - Concreto - ASTM C-94 M-99: Determinación del reveniiniento en el concreto fresco. Standard specification for ready mixed concrete

NOM-(2-157- 1986:

Industria de la construccion - Concreto - Determinación del conteiudo de aire del concreto fresco por el método de presión.

NOM-C- 158-1987:

Industria de la construcción - Concreto - Determinación del contenido de aire del concreto fresco por el método volumétrico.

NOM-C-159-1985:

Industria de l a construcción - Concreto - Elaboración y curado de especímenes e n el laboratorio.

NOM-C-160-1986:

Industria de la construcción - Concreto - Elaboración y curado de especímenes en la obra.

NOM-C-161-1997-ONNCCE:

Industria de la const,rucción - Concreto fresco - Muestreo.

ASTM C 1091C 109M-99:

Standard test method for compressive strength of hydraulic cement mortars ( using 2-in or 50ii1in cube specimens ).

ASTM C 138 - 92:

Standard test method for unit weight, yield and air content (gravimetric) of concrete.

ASTM C 143 M-98:

Standard test method for slump of hydraulic cement concrete.

ASTM C-171-97":

Standard specification for sheet materials for curing concrete

ASTM C 172 - 97:

Standard practice for sampling freshly mised concrete.

.... ... - . -- - -- -...- -- - --. - .... - .....

ASTM C 173 - 94e:

Standard test method for air content of freshly mised concrete by the volumetric method.

ASTM C 23'1 - 97e:

Standard test method for air content of freshly tiiised concrete by the pressure method.

ASTM C 309 98":

Standard specification for liquid membrane- forn~ing compounds for curing concrete

ASTM C 6 17 - 98:

Standard practice for capping cylindrical concrete specimens.

AC1 21 1.5R-96:

Stan.dard practice for selecti.ng proportions for normal, heavyweiglit and mass coiicrete.

ACI 3 4 - 8 9

ACI standard recommcnded practice evaluation of strength test results of concrete

ACI 304.1 1K-92:

Giiide for ineasuring, mising, transporting ,placing concrete.

ACI 308i92:

Standard practice for curing concrete.

ACI ,309-1R-96:

f'or

and

Standard practice for consolidation of concrete

ACJ 516 R-65:

High pressure s team curing: modern practice and properties of autoclaved prodiicts.

ACI 517-2R-92: .

Accelerated . curing of concrete a t atmospheric pressure.

S. 1.1.2 Proporcionamiento

El proporcionamiento de los constituyentes de la mezcla debe efectuarse de acuerdo a . l a norma AC1 211.5R-96, e n el entendido de que se están

usando materiales que satisfagan los requisitos de calidad exigidos en las normas respectivas.

8.1 1.3 Fabricación

La fabricación del concreto debe cumplir con la norma ACI 304.111%-92. De acuerdo al tamaño de la obra, el concreto podrá ser fabricado en obra o premezclado en una planta y transportado al sitio mediante camiones mezcladores y10 agitadores, de conformidad con las normas NOM-C-155-1987 y ASTM C 94 - 9 8 ~ .

8.11.4 Colocación

La colocación del concreto debe cumplir. con la norma ACI 304-1R-98.

La consolidación debe efectuarse por vibración, de conformidad con la norma ACI- 309.1R-96, con excepción de las pilas coladas en el lugar , en las quc el concreto se coloca con tubería tremie y no requiere vibración.

8.11.5 Curado

El curado consiste en mantener un contendo satisfactorio de humedad y temperatura en el concreto reclCn colado, para se puedan desarrollar las propiedades requeridas. J h b e efectuarse de conformidad con la norma ACI 308 1R-98 y puede efectuarse mediante:

a) Curado con agua:

O Por anegaiinento o inmersión ü Rociado de niebla o aspersión o Costales, mantas de algodón y alfombras

húmedas . o Tierra húmeda O Arena y aserrín húmedos U Paja o heno híimedos

b) Materiales selladores:

O Película plástica. La película debe cumplir con los requisitos de la norma ASTM C-171-97a.

O Papel impermeable. Debe cumplir con los requisitos de la norma ASTM C 171- 97". Membranas de curado. Deben cumplir con los requisitos de las normas NOM- C-81-1981 y ASTM C 309-99a

Manual de Cimentaciones Profundas . . - -- - - - - -- . . . - - -

C) Curado con vapor:

0 A alta presión. Debe cumplir con los requisitos de la norma ACI 516 R-65.

O -4 baja presión. Debe cumplir con los requisitos de la norma ACI 517-2R-92.

8.11.6 Control de calidad

Para el control de calidad del concreto, mediante el muestre0 y ensaye de especímenes cilíndricos estándar de 15 cm de diámetro por 30.48 cm de altura, salvo que se especfique otro tamaño. se deberán satisfacer las siguientes normas: NOM C 83 (ASTM C 39), NOM C 109 (ASTM C 617), NOM-C-156 (ASTM C 143), NOM-C-160 (ASTM C 31), NOM C-161 (ASTM C 172), NOM C 162 (ASTM C 138).

Para la evaluación de los resultados de control de calidad se seguirán los requisitos de la norma ACI 214-89.

8.12 LODOS DE PERFORACIÓN

Se utilizan para estabilizar las paredes de la perforación, enfriar la herramienta de perforación y arrastrar, mediante circulación continua, los recortes hacia la superficie.

Generalmente se forman con agua dulce y arcilla bentonítica, aunque recientemente se han desarrollado fluidos de perforación en los que se ha sustituido el agua por aceite y la arcilla bentonítica por polímeros.

Cuando el agua de mezclado es salada, como ocurre en las costas, se puede utilizar "attapulgita", que tiene la propiedad de hidratarse en aguas de alta concentración salina.

.También se utilizan poiímeros, en vez de bentonita o attapulgita, y agua de mar.

8.12.1 Normas

ASTM D 4380-93e:

Test methods for density of bentonitic slurries.

Test methods for sand content by volume of bentonitic slurries-

API-RP13 B-1-97:

Standard procedures for field testing water-bases drilling fluids.

API 13 1-95:

Standard procedure for laboratory testing drilling fluid.

ACI 336.1 y ACI 336.1R-98:

Reference specifications for the construction of drilled piers (ACI 336.1 ) and commentary ( ACI 336.1R-98 ).

8.12.2 Propiedades

Las propiedades que debe satisfacer un lodo de perforación se dan en la Tabla 8.18. Í

a) Densidad: También llamada - peso específico. Para determinarla se emplea una balanza de lodos, Figura 8.1.

Fig. 8.1, Balanza de lodos

Se llena con lodo el recipiente de la balanza, permitiéndole que al poner la tapa una porción del mismo escurra por un orificio colocado ex profeso, a fin de garantizar con esto un volumen constante. Se limpia el lodo excedente y con el contrapeso se nivela la balanza, obteniéndose una lectura directa en la escala, la densidad del lodo, en gkm3 o en t/m3. La densidad de un lodo bentonítico común varía entre 1.02 y 1.04gkma.

Cuando se requiere incrementar la densidad del lodo, se le incorpora barita (sulfato de bario).

Control de la Calidad . - .~

Tabla 8.18, Propiedades requeridas para el lodo de perforación.

ACI 336.1 y ACI 336.1 R-98

Propiedades

Densida.d del lodo antes del colado, a 30cm del fondo de la perforación, lblpie3 (kg/m3)

Lodos minerales(bentonita/attapulgita)

Rangode resultados a 68 F (20 C)

Balanza de lodos ASTM D 4380

de ensaye

85, máximo (1.36 x 103)

70, máximo (1.12 x 103)

a) Diseño por fricción

b) Diseño por junta

Lodos con polímeros

a) Diseño por fricción - . 64, máximo (1.02 x 103)

64, máximo (1.02 x 103) b) Diseño por punta

Viscosidad Marsh, seclqt (segllitro) Lodos minerales@entonita/a.ttapulgita) Lodos con polímeros

Contenido de arena en volumen, % antes del colado, a 30 cm del fondo de la perforación

Lodos minerales(bentonita1attapulgita)


b) Diseño por punta

Lados con polímeros


b) Diseño por punta

ASTM D 4381

26 a 50 (27 a 53) 40 a 90 (42 a 95)

20 máximo

4 máximo

Cono Marsh y copa API- RP13B- 1, Sección 2

1 máximo

1 máximo

I p ~ durante la excavación 7 a 12 ASTM D 4972

1

b) viscosidad Marsh: Es el tiempo en segundos que transcurre durante el escurrimiento de 946cm3 (un cuarto de galón) de lodo, a través de un orificio calibrado ubicado.en el extremo inferior del cono Marsh, Figura 8.2.

gruesas), requiriéndose casi 1500cm3 (91.5in3) y tapando con un dedo el orificio calibrado inferior (de 5mm, 0.2in, de diámetro interior). Al retirar el dedo, el lodo empieza a llenar un recipiente de 946cm3 (57.7in3) colocado por debajo y empieza el conteo, continuándolo hasta que se llega a tal volumen. Varias mediciones permiten verificar y afinar resultados. El agua limpia a 22°C ~t 1.5"C tarda 26s f 0.5s; en el lodo bentonítico puede variar entre 35 y 60s, prefiriéndose valores bajos para su mayor manejabilidad. En la Tabla 8.19 se muestran valores de viscosidad Marsh para diferentes tipos de suelo.

c) Viscosidad plástica y punto de cedencia: La viscosidad plástica es la pendiente de la recta de una gráfica de esfuerzo cortante us. velocidad de deformación, se expresa en poises (g/cm-S).

R g . 8.2, Cono Marsh

Para el ensaye se llena con lodo e1 cono Marsh hasta su borde superior (donde está la malla de 111~" de abertura, que retiene las' partículas

Estas propiedades se determinan con un viscosímetro rotacional (Fig. 8.3), capaz de hacer

Manud . de Cimentaciones Profundus - - .- . - -- - - - ...- -- ----- - - - - - - . I~ .. " 1 :

.$ ! ..

girar a un crliridro externo a 3, 5, 100, 200, 300 y 600rpm, el cual, merced a la viscosidad del lodo en que e s t i sumergido, hace girar a otro cilindro interno, coaxial con el anterior pero conectado a un resorte calibrado. Usualmente dicha viscosidad varía entre 10 y S5 centipoises; valores mayores dificultan el manejo del lodo y valores inenores no garantizan s u eficiente funcionaniiento.

El punto de cedencia e s el esfuerzo cortante para una velocidad de deformación nula. El punto de ceticncia también define la penetración del lodo en la prosiiliidad de la perforación: al aumentar su valor, se reduce su penetración.

Con este aparato también pueden determinarse la viscosidad aparente. la resistencia del gel y la tixotropia.

resorte calibrado

clllndro glratorfo

Fig. 8.3, Viscosimet,ro rotacional

d) Rendimiento: Se acostumbra llamar rendimiento de una bentonita a la cantidad, en nt3, de lodo bentonítico con 15 centipoises de viscosidad que se puede elaborar con una tonelada de bentonita seca.

e) Filtración: Parte del agua que se emplea en la elaboración de un lodo, permanece libre entre los granos sól~dos. Esta prueba permite la capacidad que tiene un lodo para formar una película impermeable (enjarre o costra) e n las paredes dc las perforaciones. Para realizar la prueba se emplea el filtro prensa (Flg 8.4), constituido por u n recipiente metálico de 500crn"30.5in3) de capacidad, capaz de recibir una presión de gas (aire) a 7hg/cm? (686 7kPa)y recoger e n la parte inferior el agua filtrada, espulsada a través de u n papel filtro y un orificio, después de 30min.

Al final del ensaye se mide el volumen de agua filtrada, en cmJ, y se mide el espesor de la costra que quedó pegada en cl papel filtro. IJn buen lodo tiene menos de 20cm3 de agua filtrada y una costra no mayor de 0.5cm.

onhada de

robeta Ukk

. . / entrada

Fig. 8.4, Filtro prensa "-G&?

f) Contenido de arena. Es la cant?idad de partículas que son retenidas en una malla No 200 influye drásticamen* en las operaciones de perforación, provocando daños en los cquipos, herramientas y tuberías. Además, a mayor contenido de arena, se mcrenienta el agua de filtrado y el espesor de la costra

El contenido de arena debe vigilarse. muy especialmente, antcs de iniciar un colado.

Para su determinación se pasa una cierta cantidad de lodo por la malla No. 200 y a arena retenida se expresa en %, respecto al volumen de lodo.

. . t

Fig. 8.5 Contenido de arena c . i .

. u ' . Potcnclal hidrógeno: Representa cl grado ., I de acidez o alcalinidad, y se determina a partir del color que adquiere el papel , . ' 1 indicador al en t rar en contacto con el 3 . lodo. Existen actualmente aparatos electrónicos especiales para medir el pH. L

4 % ' * S _ '- l

Bcntonita L.- !

i - La bentomta e s una arcilla del grupo l

- 1 ' niontniorilonítico [(OH)i.SiKA14Ozo.nIIzO], origi- 1 .

L l

Control de la Calidad - - - -- --

nada por la descomposición química de las cenizas volcánicas; puede ser sódica o cálcica, con las propiedades indicadas en la Tabla 8.19:

Tabla 8.19, Límites de Atterherg de minerales arcillosos (Lambe- Whitrnan, 1995).

Mineral 1 Montmorilonita Catión de cambio 1 Na 1 Ca

I

8.12.4 Agua

Atapulgita H

Límite líquido Límite plástico Indice de

plasticidad Límite de

contracción

El agua debe cumplir, en primera instancia, con todos los requisitos exijidos para el agua que se utilizará en la fabricación del concreto, ver inciso 8.1.4. Con la salvedad de que para l a fabricación de lodos de perforación puede usarse agua salada o agua de mar siempre y cuando se le incorpore al lodo de perforación un aditivo estabilizante, tipo CMC (carboxi metil celulosa) o similar, cuya función es incrementar la viscosidad del sistema.

La dureza del agua afecta significativamente las propiedades del lodo; con dureza mayor de 50ppm se requiere de 10 a 12% más de bentonita y mayor tiempo de mezclado para obtener la misma vis&osidad. ,í'

%

%

%

%

8.12.5 Barita

La barita, sulfato de bario ([S04]zBa), se utiliza cuando se requiere incrementar la densidad del lodo. La densidad de la barita es de alrededor de 4.2g/cm3 ( 26Olb/pié3).

710

54

656

9.9

Se sabe que la barita tiene efectos erráticos e n las propiedades del fluido y puede causar pérdida de estabilidad coloidal.

8.12.6 Polímeros

510

81

429

10.5

El alto y creciente costo de la bentonita, sumados al alto costo del transporte se han traducido en el desarrollo de nuevos tipos de materiales coloidales. Estos consisten principalmente en polímeros orgánicos de cadena larga o en sales de

silicatos inorgánicos. Su uso se considera beneficioso ya que:

270

150

120

7.6

Son, presumiblemente, más fáciles de preparar y de controlar.

,

Requieren sólo una fracción del total que se utilizaría de bentonita, usualmente entre el 10 y el 20%.

S u rendimiento es mayor porque permite un

mayor número de reusos.

Se pueden utilizar con agua salada o con agua de mar, sin perder sus propiedades coloidales.

8.12.7 Dosificación del lodo

El lodo debe dosificarse para el estrato de suelo '

más crítico que se encontrara en la excavación y se correlacionará aquél con la viscosidad mínima necesaria, de conformidad con las Tablas 8.20 y 8.21.

Tabla 8.20, Relación entre el tipo de suelo y su tendencia a colapso. ( Xanthacos, 1979).

Arena fina, húmeda Apreciable I Apreciablemente

Tipo de suelo

Apreciablemente Arena gruesa

Tendencia a. colapso.

l ~ r a v a arenosa l ~ l t a l ~ u y alta . 1

Suelo seco 1 Suelo con;.agua-.

Notas: No:

Algo:

Grava

Apreciable:

Alta y muy alta:

Muy alta

Indica que la superficie es estable, pero no indefinidamente Indica que el descascaramiento se puede producir en cualquier momento después de que se expone la superficie. Indica que el colapso puede ocurrir en cualquier momento. Indican que la excavación fallará a menos que se proteja.

Muy alta I

Manual de Cimentaciones Profindas .- - - .. - -- d.-- . .- -- - . .. - -. - - - --

,, a) Procedimiento:

Determinar la fracción de suelo no coloidal necesario para la estabilidad de las paredes. Escoger la viscosidad Marsh, en la Tabla 8.21, en función del tipo de suelo. Establecer los límites de control aplicables, de la Tabla 8.22. Determinar si se requieren agentes de control ( barita, polimeros, controladores de pérdida de fluidos, entre otros). Dosificar los materiales. Esta fase consiste en estimar las cantidades de bentonita, fracción no coloidad y agentes de control que se necesitan.

Tabla 8.21, Viscosidad Marsh para algunos tipos de puelo. (Xanthacos. 1979).

Tipo de suelo

Arcilla Arena limosa, arena arcillosa Arena, con limo

Fina a gruesa

y grava

Grava

Viscosidad Marsh, Excavación en 1

! seco 1 nivel freático

Tabla 8.22, Limites de control para las-propiedades del lodo, para diseño.

Sellado > 3-4 IArrastre de recortes 1 > 3-4 1 1 1 : Desplazamiento del concreto

1 <15 ( <1.25O 1 <1.25

I Separación de los no coloides I -

A. Contenido de bentonita promedio B. Peso volumétrico C. Densidad D. Viscosidad plástica E. Viscosidad Marsh F. Resistencia del gel. lOmin G. pH H. Contenido de arena

* Es muy variable, según la marca ** Es mas aplicable la resistencia al corte del enjarre

*** Opcional

Limpieza física

Límites

8.12.8 Fabricación del 1od.o

El tiempo que se toma para la hidratación completa de la bentonita depende del método de mezclado. Se considera que el mezclado es

< 15 > 3 4 < 15

D E Centipoises

> 1.030 <1.250

satisfactorio si la resistencia mínima del gel, determinada con el viscosimetro rotacional es de 36dinadcm*. Los lodos preparados con mezcladores de alta velocidad resultan mejor hidratados y con mayor resistencia al cortante

Ver tabla 8.26

< 1.25 >1.03 <1.25

F liblpie'

**

> 12-15

G H %

que cuando se usan mezcladores de baja velocidad.

Concreto endurecido. Determinación de la resistencia a la penetración. Es muy importante que al elaborar el lodo, la

mezcla se realice por algún método que permita la mayor dispersión posible de las partículas de bentonita, evitando la formación de grumos y facilitando así s u completa hidratación, la cual requiere tiempo.

ASTM C 39-96:

Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens.

Debido a su' habilidad para absorber agua y formar grumos, la bentonita debe incorporarse gradualmente al equipo de mezclado a través de la descarga de agua, mediante un cono dosificador y; una vez mezclada, recircularla una o dos veces más y luego pasarla a un tanque de almacenamiento para permitirle que continúe su hidratación y expansión. Se recomienda un envejecimiento mínimo de veinticuatro horas antes de usarla.

ASTM C 42M-99:

Standard test method for obtaining and testing drilled cores and sawed'beams of concrete.

ASTM C 174-97:

Standard test method for measuring lenght of drilled concrete cores.

ASTM C 597-97:

Standard test methods for pulse velocity through concrete.

8.12.9 Control de calidad

El control de calidad deberá enfocarse al control de la densidad. viscosidad, agua de filtrado, espesor el enjarre y contenido de arena, de conformidad con los métodos de prueba de las normas relacionadas en el inciso 8.12.1.

ASTM C 803M-97:

Standard test methods for penetration resistence of hardened concrete.

ASTM C 805-97: 8.13 VERIFICACIÓN DE LA CALIDAD

DEL PRODUCTO TERMINADO Standard test method for rebound number of hardened concrete.

8.13.1 Normas ASTM C 900-93:

Standard test methods for pullout strength of hardened concrete.

Industria de la construcción. Concreto. Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto.

ASTM C 1040-93:

Standard test methods for density of unhardened and hardened concrete in place by nuclear methods.

Obtención y prueba de corazones y vigas extraídos de concreto endurecido. 8.13.2 Métodos directos

Entendiendo como tales a los métodos destructivos.

Determinación del índice de rebote utilizando el dispositivo conocido como esclerómetro. a) Muestreo y ensaye del concreto fresco

Referirse a las normas relacionadas en los incisos 8.5.1, 8.6.1, 8.7.1, 8.8.1, 8.9.1 y 8.11.1.

Concreto. Determinación de la velocidad de pulso. Método del ultrasonido. b) Muestreo y ensaye del concreto

endurecido

El muestreo se realiza con una broca de diamantes accionada por una perforadora a rotación.

i Para muestrear el concreto endurecido se recurre a la extracción de corazones. El muestreo debe hacerse hasta que el concreto tenga el endurecimiento suficiente para permitir la extracción del corazón sin alterar la adherencia entre el mortero y el agregado grueso. Se considera que para obtener corazones sanos el concreto debe tener, como mínimo, 14 días de edad. El muestreo debe realizarse de conformidad con la norma NOM-C- 169-1988 (-4STM C 42-99).

En la Figura 8.6 se muestra un registro ,típico de perforación para la inspección de una pila.

Fig. 8.6, Registro de perforación para verificar la calidad de una pila

Ensaye:

El ensaye debe realizarse de conformidad con la norma NOM-(2-169 -198 (ASTM C-39-96).

O Comentarios:

Este método presenta los siguientes inconvenientes:

El costo es alto, ya que las brocas de diamante son caras. Es imposible detectar anomalías en toda la sección transversal de la pda, ya que generalmente las perforaciones se realizan al centro de la misma y, dado lo reducido de su diiinetro, deja incertidumbre acerca del estado que guarda la pila cerca de la periferia. La resistencia obtenida de los corazones de concreto tiende a estar por debajo de la obtenida de cilindros fabricados durante el colado, por lo que la decisión sobre la calidad de la pila debe considerar esta condición. El tiempo de ejecución de la perforación es considerablemente largo.

0 Circuito de televisión:

Aprovechando la perforación se acostumbra observar el agujero mediante un circuito de televisión, lo que la observación directa de las paredes y del fondo. Tiene la desventaja de que únicamente se pueden detectar fallas muy marcadas, como oquedades, dejando dudas en cuanto a contaminación y segregación del concreto, dudas no muy severas pero sí importantes para el comportamiento de la pila.

En la Figura 8.7 se presenta un esquema de la operación de este procedimiento.

Fig. 8.7, Esquema de un circuito de televisión

Control de la Calidad *--. - - -.- -- - ~ .. - -. . . .-. --

O Esclerómetro:

Norma NOM-C- 182- 1988 (ASTM C 805-97).

Sirve como índice para verificar la uniformidad y calidad relativa del concreto endurecido. Se conoce como martillo de rebote, martillo de impacto, prueba de esclerómetro, martillo de Schmidt. Se basa en el principio de que el rebote de una masa elástica depende de la dureza de la superficie contra la cual la masa golpea.

Fig. 8.8, Martillo de rebote

En.la Figura 8.8 se muestra el escler'ómetro, en el que la masa del resorte cargado tiene una cantidad fija de energía que se imparte a ella, extendiendo el resorte a una posición fija; esto se logra al presionar el pistón contra una superficie suave de concreto que tiene que ser soportada firmemente; al soltar, la masa rebota del pistón (todavía en contacto con la superficie de concreto) y la distancia recorrida por la masa. expresada como porcentaje de la extensión inicial del resorte, se conoce como número de rebote y se indica por un aditamento móvil en una escala graduada: El número de rebote es una medida arbitraria, ya que depende de la energía almacenada en el resorte

l y del tamaño de la masa.

La prueba e s sensible a la presencia del agregado y a los vacíos que están inmediatamente abajo del pistón, por lo que es necesario tomar de 10 a 12 lecturas del área a probar.

En la Figura 8.9 se muestra una gráfica de correlación entre el número de rebote y la resistencia a compresión.

0 Resistencia a la penetración:

Norma NOM-C-301-1986 (ASTM C 803M-97)

Conocida como prueba de Windsor, esta prueba estima la resistencia del concreto a partir de la profundidad de penetración de una varilla de metal dentro del concreto, con una cantidad de energía generada mediante una carga de pólvora estándar. El principio es que la penetración es inversamente proporcional a la resistencia del concreto a la compresión, pero la relación depende de la dureza del agregado. La resistencia a la penetración debe correlacionarse con la resistencia a compresión de especímenes estándares del mismo concreto o con la de corazones extraídos del mismo concreto.

Número de rebotes

Fig. 8.9, Relaciones características entre la resistencia a compresión y el número de rebotes

con el martillo horizontal y vertical en una superficie seca y húmeda de concreto

0 Prueba de extracción:

Norma ASTM C 900-93

Este método mide la fuerza requerida para extraer una varilla de acero previamente colada con el extremo agrandado y embebido (ver Figura 8.10). Debido a su forma, el ensamblaje de la varilla de acero se extrae junto con un trozo de concreto con la forma aproximada de un tronco de .cono. La resistencia a la extracción se calcula con la relación de la fuerza al área idealizada del cono truncado, y es cercana a la resistencia al corte del concreto. Se correlaciona con la resistencia a la compresión de cilindros estándar o con la de corazones, para una amplia

Manual ~ ... de Cimentaciones Profundas . .: ... 4:; 1

gama de condiciones de curado y de edad. En la función de la raíz cuadrada de la relación de un I

.t Figura 8.1 1 se muestra una gráfica módulo de elasticidad, E, a su densidad, cs decir a _ Ir

, . 8.13.3 Métodos indirectos

Entendiendo como tales a los métodos no destructivos.

Insercion d e la palanca

Fig. 8.10, Representación diagramática de la prueba de extracción

lb

O 2000 4000 6000 8000 10000 70 ( 1 a000

I I l O 10 20 30 40 S0

Fuerra para arrancar - kN

Fig. 8.11, Relación entre la resistencia a compresión del corazón y la fuerza de

extracción para estructuras reales

a) Prueba ultrasónica de velocidad de pulsación:

Norma NOM-C-275-1986 ( ASTM C 597-97 )

El principio de esta prueba es que la velocidad del sonido en un material sólido, v, es una

/ Donde "g" es la aceleración de la gravedad y " y " < ,

la densidad del concreto. Esta relación se usa . - para determinar el módulo de elasticidad dcl - - concreto si se conoce la relación de Poisson; es, por lo tanto. un modo de verificar la calidad del concreto. ! ,

' - !..Y

Consiste en la emisión de una vibración - . . ... . . generada y la captación de ella mediante un . - . _, .. . . receptor. Por medio de un osciloscopio se . , . .

registra el tiempo que transcurre entra la <'.' ,

emisión y la recepción de la onda, a fin de i . 5 . . .-

determinar la distancia recorrida, conociendo la _ . l_l.

, ..', velocidad de propagación, ver Figura 8.1.2. . , ,_. ,. . I . - _

:.. .,

l

Fig. 8.12, Esquema del método del eco para verificación de pilas I

' ! <

La ubicación, h, de la primera anomalía está dada por la siguiente expresión: 1 > .

h = 0.5vt

donde:

u = velocidad de propagación de la onda t = tiempo de recorrido de la onda

r .

Este método tiene la ventaja de que las determinaciones son ejecutadas rápidamente y .. , .


Presenta la desventaja de que si la primera anomaiía detectada es de cierta importancia. dificulta la determinación de otras a mayor profundidad, o las hace aparecer como failas menores.

En la Figura 8.13 se ,muestran diíerentes formas de emisión y recepci6n de las ondas.

b) Métndo "Cross Hole":

Consiste en la emisión de una vibración que se genera dentro de un tubo Ueno de agua que se coloca fiJo en el armado, previo al colado. La captación de esta onda se iealiza Dar medio de un recentor colocado al mismo nivel del emisor pero en otro tubo, ver Fig. 8.14. La operación se repite a lo largo del elemento, obteniéndose una gráfica en la cual se aprecia el tiempo de propagación de las ondas captadas. En fa Fig. 8.14b se presenta una grhfica aue muestra un ., defecto en el elemento. ensavado.

Y RECEPTOR

TRANSMISOR

C )

Fig. 8.13, M6todos de propagación y recepción de irn~ulsos ultrasónicos

a) Transmisión directa, b) Transmisión semidirecta y c) Transmisibn indvecta o de

superficie

Cada anomalía detectada se caracteriza por una disminución drástica de la amplitud de onda captada y en un incremento del tiempo de recorrido.

Para la ejecución de este método de verificación se requiere que previamente sean colocados

tubos mettílicos a lo largo de tocio el elemento. De ia cantidad de éstos dependerá la orecisión de la verificación. En la Fig. 8.15 se presentan algunos acomodos de tubería para realizar las pruebas.

. . Fig. 8.14, Ejemplo de un registro de verificación

de calidad de una pila por el método "Cross HoW

Fig. 8.15, Ubicacibn de tubus para verificación de calidad de pilas de acuerdo

a su diámetro

Este método presenta las siguientes venlajas:

0 Buena localización de anomaiías tanto en profundidad como en la seccibn de las pilas, siempre que sea suficiente el

Manual de Cimentaciones Profurzdas

o Buena localización de anomalías tanto en profundidad como en la sección de las pilas, siempre que sea suficiente el número de tubos para la ejecución de la prueba. '

O Interpretación en forma inmediata o Registro continuo en toda la longitud

el elemento.

Una desventaja de este método es la imposibilidad de detectar la calidad del concreto entre la pila y el terreno natural.

La máxima distancia recomendable entre los sensores es de 1.50m ( 5 f t ) .

b) Rayos gamma

Norma ASTM C 1040-93

Este método se basa en el fenómeno de absorción de un haz de rayos gamma por el material que atraviesa., ver Fig. 8.16.

Fig. 8.16, Ejemplo de un registro de verificación de calidad de una pila por,

medio de rayos gamma

. . . . . .... .......... .. - ............. .. - ............ . . . . . . . - - . - - - - - - - - -

Si N representa el número de fotones gamma detectados después de atravesar un material de espesor "x" y densidad " y , se tiene:

Donde:

N,= Número de fotones emitidos en una unidad de tiempo y es función de la actividad de la fuente radioactiva.

k = Coeficiente que depende de la energía de radiación usada y de la naturaleza del material auscultado.

El sistema de verificación es similar al descrito para las ondas sónicas, teniendo la limitación de que la distancia máxima entre emisor y receptor debe ser de 0.80m (2 .63f t ) .

8.14 SUPERVISIQN DURANTE LA CONSTRUCCI~N - .-

La supervisión de la construcción de pilas y pilotes debe garantizar que se construyan de conformidad con las hipótesis de diseño y las especificaciones de construcción, y dentro de las tolerancias aceptables o, en caso de presentarse una desviación excesiva, proporcionar la información necesaria para poder aplicar medidas correctivas.

El comportamiento de una cimentación profunda depende, en gran medida, de su construcción. La correcta selección del procedimiento y del equipo de construcción, la calidad de la mano de.obra y el control estricto de todo el proceso, son aspectos esenciales e n la construcción de una cimentación profunda.

La supervisión debe realizarla el proyectista, contando con personal de amplia experiencia en los trabajos de construcción de cimientos profundos, y que tenga la preparación académica necesaria y suficiente para ver e interpretar lo que' ve. Es necesario que. la supervisión sea continua durante 'toda la construcción de la cimentación, a fin de asegurarse de que las condiciones del subsuelo sean congruentes con las de diseño y que la construcción se lleve a cabo de conformidad con

Reconocer procedimientos de construcción eficientes. Interpretar correctamente los registros de perforación y los de hincado de pilotes. Evaluar adecuadamente las condiciones reales del subsuelo.

8.14.1 Pilas

a) Supervisión

La supervisión' de la construcción de las pilas incluye, entre otros aspectos:

La corroboración de s u localización. La vigilancia durante la perforación. El control de la fabricación y manejo del lodo de perforación, si se requiriera. La protección del agujero, entendiendo como tal el cuidado de s u estabilidad durante la perforación y durante la colocación del armado y del colado del concreto. La protección de las construcciones vecinas. La verificación de la verticalidad de la perforación y de las dimensiones del fuste y de la campana, si la hubiere. La confirmación de la profundidad de desplante y de las características del material en q u e . se apoyará el elemento. La revisión del acero de refuerzo y que cuente con los elementos rigidizantes necesarios para s u manejo. La verificación de la calidad de los materiales de construcción. La vigilancia del izado, manejo y colocación del acero de refuerzo. La verificación de que los procedimientos de colocación del concreto y de manejo de los lodos sean los adecuados.

Deberá realizarse con una brigada de topograña el trazo de la cimentación, marcando con una estaca la localización del centro de cada elemento, indicando la profundidad de perforación y la de desplante. Una vez terminada la colocación del pilote o el colado de la pila, deberá verificarse s u posición real, siempre con una brigada de topograña, a fin de comparar con l a tolerancia prevista.

La supervisión deberá contar cn obra con una copia del estudio geotécnico, el que, ademss de información general sobre secuencia estratigráfica, tipos de suelos y resistencia al corte, deberá contar con la siguiente información:

O Presencia de estratos permeables de grava, arena o limo; localización y espesor de dichos estratos; nlveles piezométricos en tales estratos.

O Nivel piezométrico en el estrato de apoyo. Caudal del agua que fluye de los estratos de apoyo hacia el barreno (aun en roca).

O Presencia de obstrucciones grandes arriba del nivel de desplante y procedimientos para la remoción de las mismas.

O Presencia de gas natural en el suelo o roca.

0 Análisis químico del agua freática. 0 Caudal de descarga de las bombas de

achique, cuando se usen, y determinación del porcentaje de finos arrastrado por el agua. Para esto resultan útiles los tanques de sedimentación con crestas vertedoras.

b) Excavación

Entre los puntos que se deben verificar o anotar durante la excavación, destacan:

Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación individual, hora de inicio y de terminación de la excavación, equipo utilizado, personal. Localización topográfica de la pila al inicio y al término de la excavación. Conformidad del procedimiento de excavación con las especificaciones de construcción o con la práctica correcta (se aconseja que toda obra de cimen- tación tenga sus propias especificaciones que rijan durante toda la construcción). verticalidad y dimensiones de la excavación a intervalos regulares. La verticalidad de la excavación se debe comparar con el valor de proyecto y con la desviación permisible especificada.

m , J . . . . - . . - .

s. .- , ;> 1 -

Manual de Cimentaciones Profundas . .- - -. - .- .- - .. . , .- -~ . .. . . . . . - - -. . . -. . .. . . . .. - . .. . . . . . . ., , . , . - . - . .-

. >. - - - . - - . - . - / .

, . . , .

Bondad del método y equipo usados para atravesar estratos permeables, si los hubiere. Bondad del método y equipo usados para atravesar grandes obstruccio~ies, si las hubiere. Seleccionar adecuadamente la secuela de excavación y colado, cuando se contemple ejecutar simultáneainente varias pilas relativamente cercanas, a fín de el movimiento del equipo, su seguridad, la de las construcciones vecinas, así como la estabilidad de las excavaciones. Registro de los estratos de suelos atravesados duran.te la escavación. Profundidad de empotramiento en el estrato de apoyo y cota del fondo de la perforación. Elevación y geometría de la campana, si la hubiere. Calidad del estrato de apoyo (esto debe hacerse mediante inspección vi.sua1, siempre que sea posible). Para altas capacidades de carga se recomienda la obtención de núcleos y el ensaye in situ del material hasta una profundidad de 1 a 2 diámetros bajo el nivel de desplante. El supervisor debe decidir cuando se ha alcanzado el estrato de apoyo y cual es la profundidad correcta de la pila. Limpieza del fondo y de las paredes de las excavación y del ademe permanente (o.perdido). si lo hubiere, con la herramienta adecuada. Gasto de filtración haci.a la excavación. Calidad del lodo bentonítico, si se requiriera. Pérdida de lodo. si la hubiera (hora, elevación, cantidad). Cuando la excavación atraviese arcillas blandas bajo el nivel freático, no debe extraerse la cuchara a velocidad tal que provoque succión y, en consecuenci,a, caídos. En este caso conviene subir la cuchara e n etapas, permitiendo el restablecimiento de la presión, o dejando en el centro e la misma una tubería que permita el rapido paso del lodo hacia la parte inferior de la cuchara mientras ésta sube despacio. Se debe evitar el uso indiscriminado de Iodos y el nivel del

lodo deberá permanecer lo más arriba posible del nivel freático.

C) Colado del concreto

Después de haber inspeccionado y aprobado la excavación, se puede proceder a colocar el acero de refuerzo y el concreto. Entre los aspectos que se deben verificar o anotar, destacan:

0 Información general: fecha, condici.0- nes atmosféricas, identificación de la pila, hora. de inicio y . hora de terminación del colado.

O Calidad del concreto: proporcionamiento, revenimiento, resistencia, agregado mhximo, hora de mezclado, hora de salid.a, hora de llegada, hora de inicio de la descarga, hora de término de la descarga, volumen colocado, identificación del o de los camiones. Se deberá tomar una muestra de tres cilindros de cada 10mJ de concreto para ensaye a la edad de 28 días.

o ' Q u e el método de colocación y posicionamiento correcto del tubo o canalón de descarga del concreto sean los correctos; llevar registro continuo del embebimiento del extremo del tubo tremie en el concreto. No usar-tubería que tenga elementos que se atoren por dentro ni por fuera.

O Observar la condicjón del fondo del agujero, si es que es posible, inmediatamente antes de colocar el concreto.

O Observar la condición de las paredes del agujero o del ademe de acero que estará en contacto con el concreto fresco y anotar la posición del nivel freático detrás el ademe. El concreto deberá colocarse inmediatamente des- pués de esta inspección.

o Observar si el acero de refuerzo está limpio y colocado en su posición correcta y si el diámetro, longitud y espaciamiento de las varillas longitudinales y de los estribos es el adecuado. En varillas con diámetro No. 8 la unión de las varillas deben ser a base de soldadura, a tope.

No usar patos para el manejo del acero de refuerzo. Observar que la posición del acero de refuerzo sea de conformidad con planos y especificaciones. Observar el método de colocación del concreto en la pila y asegurarse de que no hay segregación de materiales cuando se utilizan procedimientos tales como caída libre desde una tolva, tubería tremie y botes con descarga de fondo. No usar- concreto bombeado a menos que sea colocado con tubería tremie. Cuando se deba colocar concreto bajo lodo bentonítico, debe hacerse una limpieza previa de éste,'desarenándolo, o - bien una sustitución. completa del lodo, asegurando si que el lodo no suelte azolves. Realizar pruebas en el concreto fresco, tales como: revenimiento, aire incluido y peso voluniétrico. Asegurarse de que el concreto se coloca en forma continua, sin interrupciones ni retrasos largos y que dentro del ademe se mantenga una altura de concreto suficiente si es que se va a extraer. Si no se usa ademe, verificar que el peso del concreto sea suficiente para equilibrar la presión hidrostática esistente. Calcular el volumen de concreto colocado y compararlo con el equivalente a la altura de la perforación. La supervisión debe estar pendiente e que el concreto no se contamine con el suelo debido a desprendimientos de las paredes o a extrusión. Consolidar mediante vibración el último tramo de 1.50 a 3 .00m (5 a 10ft) de altura cuando el concreto tenga un revenimiento menor de lOcm, 4 i n (lo cual no se aconseja; el revenimiento mínimo debe ser de 15cm ( 6 i n ) . para asegurar un flujo continuo). Determinar la cota del descabece y la longitud exacta de cada elemento. Verificar in situ la calidad de las pilas terminadas, mediante alguno de los procedimientos descritos en e l inciso 8.13.

O Verificar topográficamente la localiza- ción final de la pila terminada.

d) Criterios de aceptación

o Localización:

Ver la Tabla 8.23.

O Verticalidad:

La tolerancia permisible está comprendida entre 1 y 2% de la longitud final de la pila, pero sin exceder el 12.5% del diámetro de la pila ó 38cm en el fondo, lo que sea menor.

O Campanas:

El área del fondo de la campana no será menor del 98% de la especificada. En ningún caso la inclinación del talud de las paredes de la campana será menor de 55 grados con la horizontal y el arranque vertical de la campana debe tener cuando nienos 15cm ( 6 i n ) de altura. El talud vertical de la campana debe ser preferentemente una línea recta o, en su defecto, ser cóncavo hacia abajo. En ningún caso será cóncavo hacia arriba en más de 15cm (6 in) , medidos en cualquier punto a lo largo de una regla colocada entre sus extremos.

0 Limpieza:

Se deberá remover todo el material suelto y de azolve del fuste y de la campana antes de colar el concreto. El ningún caso el volumen de tales materiales excederá el equivalente al que fuera necesario para cubrir un 5% del área en un espesor de 5 cm.

O Concreto:

Ver la Tabla 8.23.

O Tubería tremie:

Ver la Tabla 8.23.

0 Ademe:

El ademe debe manejarse y protegerse de t a l modo que,no se ovale más de +2 % del diámetro nominal.

0 Acero de refuerzo:

Ver la Tabla 8.23

Manual de Cimentaciones ~rofundas . . - - , .- - , .. .. . . . . .. - ... .. . . - . . - - - . - - . - - - - . - - . - .- - - . - . - . . -

e) Informes

La supervisión entregará un informe diario firmado al director de la obra, a l proyectista estructural y al ingeniero geotécnico, en formas preparadas ex profeso. Estos informes deben contener lo siguiente:

Localización precisa y dimensiones de las perforaciones realizadas. Elevaciones precisas del brocal y del fondo. Registro de mediciones de la vertica- I~dad. Método empleado para la perforación. Descripción de los materiales encontra- dos durante la perforación. Descripción de las condiciones en que se encontró el nivel freático. Descripción de las obstrucciones encon- tradas y removidas. Descripción del ademe temporal o recuperable y del permanente colocado, incluyendo su finalidad. Longitud y espesor de la pared, así como el empotramiento y sello obtenido, si estaba proyectado. Descripción de cualquier movimiento del suelo o del agua, estabilidad de la campana y de las paredes, pérdida de suelo, métodos de control y necesidades de bombeo. Datos obtenidos de la medición directa de la perforación y de la campana. Descripción de los métodos de limpieza y grado de limpieza alcanzado inicialmente. Elevación a la cual se encontró el material de apoyo. Descripción del material de apoyo, sondeos realizados, método de muestreo, velocidad de avance en roca, especimenes recupe- rados. pruebas realizadas y conclusiones alcanzadas en relación con el material de apoyo. Descripción del grado de limpieza justamente antes de colar el concreto. Registro de la profundidad del espejo de agua dentro de la perforación y gasto de filtración antes de colar el concreto. Registro de la supervisión del acero de refuerzo, en cuanto a l armado en sí, posición y calidad.

0 Método de colocación del concreto y de extracción del ademe, si lo hubiere. Registro de la carga de altura del concreto durante la extracción del ademe. Registro .de la elevación del concreto al iniciar la consolidación por vibración, si fuera el caso.

O Registro de las dificultades encon- tradas. Debe contener la posible extrusión de suelo, posibles huecos, posible estrangulamiento y posible colapso del ademe.

0 Condición del concreto entregado en obra, incluyendo el revenimiento, peso volumétrico, aire incluido, fabricación y ensaye de cilindros a compresión y otras pruebas.

0 Registro de cualquier desviación de las especificaciones y decisiones tomadas al respecto.

f) Causas más comunes de pilas defectuosas

0 Formación de huecos en el fuste 'por la extracción inadecuada del ademe

0 Desconchamiento del suelo, dando lugar a contaminación del concreto.

O Localización incorrecta, falta de verticalidad o refuerzo inadecuado.

0 Colocación inadecuada del concreto, dando lugar a segregación.

O Estrangulamiento del fuste. 0 Colapso del ademe o Formación de juntas frías. O Migración de agua y segregación, que

originan un concreto débil. 0 Concreto de baja calidad entregado en

obra. 0 Contaminación del concreto con lodo de

perforación. O Tamaño inadecuado de la campana. O Estrato de apoyo inadecuado.

Las tolerancias comúnmente aceptadas en la fabricación de pilas se indican en la Tabla 8.23.

8.14.2 Pilotes

Antes de proceder a l - hincado, se deberá localizar topográficamente la ubicación del pilote, marcando su posición con una estaca. Terminada la instalación se deberá comparar su localización real con la tolerancia permisible

Control de la Calidad - - - - - - -. . - - - - - . - . . - - - . . . -. - - -. - -. - - - .

prevista en el proyecto y, si es el caso, notificar al proyectista cualquier variación.

a) Supervisión del hincado de pilotes

La pr.esente lista se presenta como guía de trabajo para la supervisión.

O Equ~po de hincado:

Entre los aspectos que se deben revisar destacan los siguientes:

En los martillo diesel:

- Tipo, marca y número de serie. - h4asa del martillo y del pistón. - Carrera - Energía nominal de hincado - Golpes por minuto

Para el gorro de hincado:

Masa del gorro Dimensiones, en comparación con las del pilote, martillo y guías. Tipo de colchón. Condición del colchón ( éste deberá revisarse regularmente y sustituir de inmediato los

Que las dimensiones, forma y calidad del acero de refuerzo. sean las especificadas. Que se tengan las condiciones adecuadas de curado. No es adecuado hacerlo en lugares expuestos al sol. Que se sigan los procedimientos adecuados de manejo y almacenamiento. Que la calidad del concreto sea la especificada. Que las juntas preparadas cumplan con las solicitaciones de esfuerzo requeridas para los pilotes. Que la soldadura cumpla con las especificaciones y con el control de calidad. Que la carga, estiba, transporte, descarga y estiba en el sitio sean adecuados en modo tal que no cambien las condiciones para las que fueron diseñados durante dichas maniobras. Que las maniobras antes citadas se realicen cuando la resistencia el concreto sea la esperada.

colchones quemados o En el sitio: aplastados). Tipo de sufrideras usadas en el martillo. Espesor de la sufridera del martillo. Condición física de la sufridera del martillo.

Tipo y caracteristicas de accesorios:

- Seguidores

O Pilotes:

Destacan los aspectos siguientes: . .

En general:

- Que el tipo de pilote sea el especificado.

En la planta:

- Que l a geometría y demás caracteristicas de los moldes se ajusten a las especificaciones.

Que la edad de los pilotes recibidos en obra y la resistencia del concreto, basada en ensayes a compresión de , especímenes cilíndricos, sean las adecuadas. Que la geometría de los pilotes (sección perpendicu.lar a un eje longitudinal, alineación, longitud) se ajuste a lo especificado. Que se sigan procedimientos adecuados para las maniobras de manejo y almacenamiento, así como las de manejo propias del proceso de hincado. Que el estado de los pilotes (sin fisuras, sin desprendimientos, sin desalinsaciones) sea satisfactorio, rechazando absolutamente todos los que no cumplan. Que las uniones se realicen de conformidad con las especificaciones y que cumplan con el control e calidad.

1

I

i Manual de Cimentaciones Profundas

i - -. - -. -- -. - - - - ---- -- -- - - -

Hincado:

I, Destacan los siguientes aspectos a cuidar:

Información general: Fecha, condiciones atmosféricas, hora, identificación del pilote. Localización topográfica del pilote. Perforación previa: diámetro, longitud. Registro estratigráfico de la ~erforación previa Lo que sea aplicable de los incisos 8.14.1. a) y b) La verticalidad de los pilotes hincados a intervalos regulares durante su instalación. Esto se puede hacer verificando la alineación de las cabezas de hincado y de la parte visible del pilote, por medio de un nivel de albañil colocado contra la cara del pilote y del cabezal. La estabilidad y alineación de las resbaladeras y guías. El número de golpes. Desplazainiento del pilote bajo los golpes a distintas profundidades. Posición, tipo y calidad de las uniones o juntas. Localización, hora y duración de cualquier interrupción durante el hincado. Desplazamientos elásticos ' y permanentes, y golpes por centímetro al final del hincado. Elevación del terreno natural, de la punta del pilote y del descabece. Cualquier comportamiento errático o no usual del pilote, anotando la hora y la elevación de la punta. Posible emersión de los pilotes adyacentes. Cualquier otra información pertinente.

b) Criterios de aceptación

O Tolerancias de fabricación:

Ver la Tabla 8.24.

O Acero de refuerzo:

Ver la Tabla 8.24

0 Hincado

Ver 1.a Tabla 8.24.

C) Informes

0 Se deberá coniiderar lo indicado en el inciso 8.14.1-e).

,

REFERENCIAS

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en cada inciso. '?

ASTM Standards, como se enlistaron en cada . i . , :i

inciso . S $ I

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AWS Standards, como se enlistaron en cada inciso.

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Septima reimpresión de la segunda edición. - ! México, 1995. I

i

Kosmatka, Steven H., Panarese, William C., " ..!. j Diseño y control de mezclas de concreto". .. , ,:j

Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. , Primera edición. México 1982. ..!, .:

i Neville, A.M., Brook,J.J., "Tecnología del 1 4

concreto". Editorial Trillas. Primera edición México 1998. 1

Xanthacos, Petros P., "Slurry walls". McGraw J

Hill Book Company. Primera edición. USA I

1979. I : J

$

Control de la Calidad _ _ _ _. .. - - - - - . - - . - - -- - - -

.". Tabla 8.23, Tolerancias aceptadas en la fabricación de pilas.

CONCEPTO TOLERANCIAS CON RELACION A LAS

Traslapes de acero de refuerzo. Separación del acero de refuerzo tanto en el sentido longitudinal como en el transversal. Acero de refuerzo en extremos. Recubrimiento del acero de refuerzo.

ESPECIFICACIONES Menor al 50% en una sección. Mayor de 20cm.

Sin dobleces y recubrimiento. Mayor de 7.0cnr; con ademe metálico recuperable mayor de 14.0cm.

Diimetro interior de tubo tremie.

Unión entre tramos de tubo tremie. Revenimiento del concreto. Tamaño máximo de agregado del concreto. Excentricidad radial con relación al trazo de la

Tabla 8.24, Tolerancias aceptadas en la fabricación de pilotés.

Mayor de 10 veces el tamaño máximo de agregados del concreto y menor de 12". lmpermeable cuando se introduzca en agua. Mayor de 18.0cm. 314". 15% del diámekro de la sección de la pila, en suelos

pila medido en la plataforma de trabajo. Desviación horizontal con relación al eje de inclinación proyectado.

con presencia de boleo se acepta el 20%. 2% de la longitud total de la pila; en suelos muy heterogéneos se acepta el 4%.

CONCEPTO TOLERANCLAS CON RELACI~N A LAS

Cimbra longitudinal. Cimbra transversal. Desviación del eje del pilote. Revenimiento del concreto. Tamaiio máximo de agregado del concreto. Retiro del pilote de su cimbra. Traslapes de acero de refuerzo. Acero de refuerzo en extremos. Recubrimiento del acero de refuerzo. Hincado del pilote. Excentricidad radial con relación al trazo del

ESPECIFICACIONES f l.0cm por cada 3.0m de longitud. t l .0cm en cualquier sentido. Menor de 0.3cm por cada 3.0m de longitud. ~ a ~ o r ' de 12.0cm. -- 314". Cuando el concreto alcance el 50% de su f'c. Menor al 50% en una sección. Sin dobleces y recubrimiento. Mayor de 2.5cm y menor de 5.0cm. Cuando el concreto alcance el 70% de su fC. 25% de la diagonal mayor de la sección del pilote.

pilote medido en la plataforma de trabajo Desviación horizontal con relación al eje de inclinación proyectado.

2% de la longitud total del pilote; en suelos muy h.eterogéneos se acepta el 4.%.

Manual ,de .Cimentaciones Profundas - - . . . ~ . ~ . . . - - . . .. . . . . . - - -. -

Anexos Puesta en marcha de los planes de aseguramiento de la calidad

l. ANTECEDENTES

El establecimiento de un Plan de Aseguramiento de Calidad impone al contr.atista y a la supervisión una gestión que necesita una formalizacibn más precisa para la organización de una obra y del sistema de control implementado por una parte, por la empresa constructora (Control Interior) y por otra parte, por la supervisión (Control Independiente).

Esta gu.ía no tiene por objeto dar soluciones previas para l.a organización de un Sisteina de Calidad para una obra, y ser una referencia obligada; sino que está establecida para precisar los - principios de un nuevo sistema de responsabilidades y relaciones, que deben instaurarse entre los diferentes actores de la construcción de la obra. Una de las grandes utilidades del Plan de Aseguramiento de Calidad (PAC) es precisamente la anticipada reflexión que el (PAC) impone durante la preparación de la obra, y si esta guia disminuye esta fase de reflexión, esto sería opuesto al objetivo previsto.

Por las mismas razones, la organización del control debe ser adaptada a la obra en particular y a los niétodos de la empresa; por eso los autores de esta guia esperan que los ejemplos presentados sean únicamente para ilustración de los conceptos y que los docuinentos entregados al dueño de la obra no sean impuestos y utilizados de manera sistemática sin adaptarlos razonablemente.

Esta guía no trata todos los problemas de Aseguramiento de Calidad que pueden presentarse en la construcción de una obra.

Por otra parte, se mencionan dos aspectos, también importantes, para la Calidad de una obra, es decir el Aseguramiento de Calidad del proyecto, y la gestión de la Calidad de las funciones desarrolladas por una empresa de supervisión.

2. PRINCIPIOS GENERALES

2.1 LACALIDAD

2.1.1 Calidad '1

2.1.2 Calidad de utilización

I

Caracteriza la aptitud de la obra a satisfacer las exigencias de su función dentro de las condiciones económicas previstas:

Conjunto de propiedades y características de un , producto o servicio que le dan la aptitud de

satisfacer los requisitos expresados o tácitos. i r .

a) seguridad de las estructuras en servicio con las condiciones de operación previstas,

b) durabilidad de la obra en su ambiente, c) estética, d) facilidad de mantenimiento.

-

2.1.3 Calidad requisitada

Calidad tal que está definida por el dueño de la ; _ j .

obra por el concepto, a través: ?l:. a) del programa b) de los reqiusitos del proyecto C) de las especificaciones contractuales para

lograr, efectivamente, la cahdad de utilización

2.1.4 Las estipulaciones contractuales

Resultan

a) de las Normas y los Documentos aplicables al contrato

b) de las especificaciones propias al contrato mencionando las obligaciones y alcances de

. los resultados c) de las prescripciones propias al contrato

que traducen las obligaciones en recursos cuando es necesario

d) de las especificaciones contractuales para lograr, efectivamente, la calidad requisitada '

.. l .

. .,. . , ..

. l.:

Control de la Calidad - - -- -- -- . - - - .- - -

LA CALIDAD ES UNA SECUENCIA ÚTIL

La calidad es aprovechable

Para el dueño de la obra Para la supervisión y la empresa constructora que, con el rigor de su organización, evita las improvisaciones costosas y domina l d c o s t o s y los plazos de realización de la obra. La imagen relacionada con la Calidad es, por otra parte, un poderoso argumento que se adquiere lentamente, mientras una reputación de No Calidad se logra rápidamente y se borra difícilmente

La no-calidad cuesta mucho

Para las obras civiles las reparaciones inducen gastos'considerables.

"LA CALIDAD ES UN LUJO, UNICAMENTE ANTES D E HABER ENCONTRADO DIFICULTADES"

2.3 LA CALIDAD ES UN TEMA DE CON- FIANZA Y DE RESPONSABILIDAD

El Sistema de Calidad tiene por objeto prevenir los errores en lugar de corregirlos, de ahí que sea indispensable movilizar toda la energía para favorecer un clima de confianza permanente

Esto implica la necesidad del control de ejecución. La puesta e n marcha por el contratista de los controles formalizados y la adaptación de los controles independientes de la empresa de supervisión, ayudan a lograr este objetivo.

Las palabras claves de un sistema de Calidad son: la cmfianza y la responsabilidad que necesitan transparencia y rigor.

2.3.1- Confianza:

Porque la obterición de la calidad implica un nuevo comportamiento de cada una de las personas involucradas, que tienen que estar convencidas y no obligadas

Esta confianza se apoya en la transparencia y el rigor de los comportamientos.

2.3.2 Responsabilidad:

Porque en lugar del principio del control omnipresente de la supervisión, es preferible el autocontrol de la empresa

El contratista con sus controles internos, ejerce plenamente la respo.nsabilidad de la ejecución, y la supervisión participa suscitando la organización de estos controles, vigilando su puesta en marcha y su eficacia

La transparencia es necesaria porque la confianza no puede desarrollarse en un clima de sospechas, aunque esté acompa'ñada de una vigilancia necesaria

La Calidad en su principio es, que cada persona sienta la satisfacción de la realización humana ante el ejercicio serio y responsable de su profesión, buscando la satisfacción del trabajo como una actividad fundamental del hombre.

El aseguramiento y el control de la calidad es:

"ESCRIBIR LO Q U E SE VA A HACER" "HACER L O QUE SE HA ESCRITO"

"ESCRIBIR L O Q U E SE HA HECHO" "'ARCHIVAR L O Q U E S E HA ESCRITO"

2.4 LA CALIDAD NECESITA UNA ORGA- N I Z A C I ~ N

Un Sistema de Calidad empieza con la convicción de los responsables de la dirección. La calidad se concretiza con la formalización de las intenciones de los involucrados para su organización y sus métodos.

La organización de la calidad tiene por objeto lograr la calidad requisitada. Esto implica tomar ciertas acciones tanto para el contratista como para la supervisión.

El contratista

Establece con la instrucción de la dirección general, una organización general de la empresa, materializada en el Manual de Calidad; este documento describe las disposiciones consideradas por la empresa para lograr la Calidad de sus trabajos o servicios. Este documento interno, incluye una parte destinada al dueño, el Manual de Aseguramiento de Calidad, que

describe las disposiciones generales Coordina los Planes de Aseguramient.0 de consideradas en materia de Aseguramiento Calidad de las diferentes empresas con un de Calidad. Esquema Director de la Calidad.

b) Organiza para la obra por construir, la totalidad de sus tareas con acciones 2.5 EL PLAN DE ASEGURAMIENTO DE planificadas, sistemáticas y formalizadas CALIDAD S E INSCRIBE E N EL para: MARCO DEL CONTRATO

O Integrar las exigencias de la calidad en sus métodos de ejecución,

O Verificar que la calidad ha sido lograda.

Esta organización es formalizada en un documento interno a la empresa mediante el P l a n d e Calidad.

c) Da a la supervisión la seguridad de que se ha organizado efectivamente para lograr la calidad requisitada y que ha implementado un Sistema de Control Interior. El P l a n d e Aseguramiento de cal idad parte del P l a n de Calidad. entregado a la supervisión, es la formalización del contratista de su intención de la organización para la obra.

Está establecido en .diferentes etapas:

a) En la fase de licitación, b) en la preparación de la obra con la empresa

de supervisión, c) y en la ejecución de la obra.

Después del fallo, la afinación del Plan de Aseguramiento de Calidad debe hacerse, de conformidad al contrato.

La Calidad. es antes de todo, un tema de . competencias, de formación y de adaptación a las exigencias de la obra.

"EL PLAN DE ASEGURAMIENTO DE CALIDAD F 3 UNA HERRAMIENTA

NECESARIA PARA LOGRAR ESTA CALIDAD" 2.4.2 La supervisión

a) Afina con el . contratista los elementos 3. o R G ~ ~ l z A c l ó N GENERAL DEL contenidos en la oferta PLAN DE ASEGURAMIENTO DE

CALIDAD b) Organiza sus propias tareas e informa a los diferentes in.volucrados

C) Organiza en particular el Control Independiente, modulado en función del nivel de Aseguramiento de Calidad mencionado en al Plan de Aseguramiento' de la Calidad del contratista para verificar

O Que la empresa está organizad's para lograr la Calidad Requisitada,

O La eficacia del Control Interno del contratista,

O Las principales etapas de la construcción (Puntos de Alto en el Proceso)

0 Realizar los controles de conformidad, con excepción de los eventualmente reservados al Control Externo del contratista.

d) Asegura durante el desarrollo del contrato

, un equilibrio entre el rigor excesivo y un realismo oportuno. La puesta bajo control total de la empresa y la formalización excesiva deben ser evitadas.

3.1 COMPOSICIÓN DEL PLAN DE ASEGURAMIENTO DE CALIDAD

3.1.1 Síntesis de la organización general de la obra

Define la organización y enuncia las disposiciones desarrolladas para proporcionar al dueño de la obra el Aseguramiento ,de la Calidad y de sus servicios durante 1.á fase de realización de la obra y lograr de esta manera la Calidad Requisitada.

Incluye:

a) La designación de las partes involucradas, Dueño, supervisión, empresa constructora y proyectista.

b) Las referencias a los artículos de las especificaciones que tratan de la organización de la calidad

C) La afectación de las actividades de cada una de las partes involucradas

...- .- .

. .- Control de fa Calidad --- " " - . . . .

o La empresa responsable de la Dirección de Obra

o Las empresas subcontratistas o Los principales proveedores o Los estudios de consultoría del

contratista O Las. oficinas de control y laboratorios

independientes

Los recursos h u m a n o s e n personal d e l a s empresas y los recursos d e los subcontratistas, . .. con referencias del personal responsable. Los recursos generales e n equ ipo L a gestión d e los documentos d e ejecución

o . Elaboración de losdocumentos O Flujograma de los documentos 0 Aprobación de los documehtos O Actualización de los documentos 0 Archivo de los documentos

Las inter'faces entre las partes involucradas (estudios, supervisión y ejecución)

El listado de --.los procedimientos de ejecución con la programación de su elaboración y de entrega

Las condiciones generales de control

o ,Lista de documentos de seguimiento de ejecución de los formatos

O Principios de gestión de las No Conformidades

0 Asignación del responsable de cada control

La reafirmación las condiciones del ejercicio del Control Independiente, con la definición de los puntos críticos y los puntos de alto en el proceso

Procedimientos de ejecución

Están establecidos por categorías de trabajo y tienen como objetivo, definir los elementos de organización necesarios para la ejecución de los trabajos y contribuir para la obtención de la Calidad

a) L a s operaciones, objeto del procedimiento

b) Los recursos d e pe rsona l y d e equ ipo específico, en función de las categorías de trabajo

c) Los materiales, productos y componentes incluyendo, la Calidad, el origen y la marca

d) E l m o d o de operar , los métodos constructivos e instrucciones particulares

e) L a relaciones e n t r e procedimientos (interfaces técnicas)

f) L a s condiciones de l ejercicio d e l control

0 Naturaleza de los controles y los encargados

0 Referencias de los documentos de seguimiento para ser llenados Modalidades de realización de los ensayes de conveniencia

O Puntos críticos y puntos de alto en el proceso

0 Condiciones de gestión de los documentos de seguimiento de ejecución

0 Condiciones de identificación de los materiales y productos sujetos a procedimientos oficiales de certificación de conformidad y modalidades de ejecución de los controles de conformidad para otros materiales y productos

g) Lis ta d e los documentos anexos al procedimiento necesarios para la ejecución del trabajo correspondiente.

3.1.3 Documentos de seguimiento de ejecución

Los documentos de seguimiento permiten recopilar y conservar información acerca de las condiciones reales de ejecución y aportan la evidencia del ejercicio del Control Interno. Los documentos están constituidos por formatos de Control.

3.2, GRADO D E DESARROLLO DEL PLAN DE ASEGURAMIENTO DE CALIDAD

El Grado de desarrollo del Plan de Aseguramiento de Calidad está definido en las especificaciones y documentos que rigen el proyecto.

Según la complejidad de la obra por construir, el Plan de Aseguramiento de Calidad puede tener un grado de atención diferente.

Manual de Cimentaciones ~ Profundas ~.

3.3 ETAPAS PARA EL ESTABLECIMIEN- TO DEL PLAN DE ASEGURAMIENTO DE CALIDAD

3 3 . 1 Entrega de las ofertas y antes' de la adjudicación del contrato

Entrega del marco y afinación del Plan de Aseguramiento de calidad, las principales disposiciones de la síntesis de organización general y la lista de los procedimientos de ejecución previstos deben ser entregados.

Y también:

a) Finalización del establecimiento del organigrama nominativo para la obra, con la definición de la calificación, nombres, funciones y obligaciones de los responsables,

b) La incorporación al padrón de subcontratistas de la empresa, de la lista de los subcontratistas propuesta durante la entrega de las ofertas,

C) La elección del modo de organización y del funcionamiento del Control Interno.

3.3.2 Durante la fase de preparación de la obra

a) Finalización definitiva de l a síntesis de la orgaiiización general,

b) Elaboración de los primeros procedimientos y preparación de los marcos de los documentos de seguimiento.

Es necesario aprovechar esta etapa de preparación para establecer el máximo de los procedimientos constructivos y de prever un plazo irreductible para la afinación del Plan de Aseguramiento de Calidad.

3.3.3 Durante la ejecución de la obra

a) Antes de cada inicio de los trabajos, se deberán establecer 1 OS otros procedimientos constructivos y los marcos de los formatos de seguimiento correspondientes.

b) Llenado de los documentos de seguimiento puestos a disposición de la supervisión.

3.3.4 Terminación de la obra

4 Recopilación y entrega a la supervisiói~ de todos los documentos relativos a la Calidad para su ;t

t integración en el expediente de la obra. 1

-1 - !

3.4 PAPEL Y OR.GANIZACI~N DEL '; I . "

SUPERVISOR

Desde el inicio de la concepción del proyecto, el Dueño, en el marco del programa, debe entregar a la supervisión los elementos necesarios para le definición de la Calidad Requisitada esigida a la empresa.

El supervisor debe, en el marco de su propia gestión de la Calidad, elaborar un plan de control del proceso que indique:

3.4.1 Prepararla obra :t

La supervisión puede estar-obligada. por el dueño . . a :

de la obra, a establecer un Esquema Director de . '1 . .i.' l i .

La Calidad para armonizar e unir los Sistemas de . l ?

.,i : <,

Calidad de los diferentes ~nvolucrados. integrando .

las disposicioiles individuales de cada uno. . i,

Los planes de Aseguramiento de la Calidad pueden ser modificados, únicamente, con base en la preocupación de gestionar las interfaces. Durante esta etapa de preparación, el 'plazo programado no debe ser reducido y la supervisión debe:

a) precisar y confirmar a la empresa:

O El procedimiento.de. flujo y asignación de los documentos con sus modificaciones eventuales

O La gestión de las modificaciones de los planos de ejecución

O Las disposiciones previstas para gestionar las interfaces técnicas y organizacionales

O Sus comentarios para los procedimientos de la empresa

L i Sus exigencias para nuevos procedimientos, si es necesario

O Definir los puntos críticos y los altos cn el proceso, así como los controles previstos para cada uno de ellos.

. . b) Asegurar el control y cumplimiento de los

documentos entregados por la empresa: calendarios de estudios, memorias de cálculo, planos de ejecucjpn, los


Procedimientos de Aseguramiento de Calidad (PAC), el Plan de Higiene y Seguridad (PHS) y asignar esos documentos, con o sin observaciones en los plazos previstos

c) Organizar el sistema de Control de sus propias tareas

d) Establecer el Plan de Control (PC), de los trabajos que debe presentarse como una lista:

ci Objetivo del control i~ Personal encargado de efectuar cada

control O Modo operatorio para el control o Frecuencia de realización de los

controles o Los documentos de referencia ~1 Los resultados a obtener

3.4.2 Durante la ejecución de los trabajos:

La supervisión tiene la obligación de asegurarse que La Calidad de la obra y su conformidad estén estipuladas en las especificaciones correspondientes, por eso debe verificar que:

Lo que está escrito tiene por consecue&ia la obtención de un producto que tiene la cahdad requisitada, Los procedimiefitos del control interno sean aplicados y los métodos de ejecución utilizados conforme a los procedimientos y a las especificaciones La empresa entregue oportunamente los d'ocumentos previstos en el Plan de Aseguramiento de Calidad y los cumpla correctamente El supervisor debe controlar, aleatoriamente, la eficacia del control de la empresa El supervisor debe verificar el control

' j) El supervisor debe susdtuir el control de la empresa, en caso de que el contratista incumpla con sus controles y generar las acciones correctivas necesarias

En el espíritu del Aseguramiento de Calidad, el Control Independiente y sistemático NO SE JUSTIFICA y es recomendable proceder aleatoriamente; la noción de aleatorio no determina la frecuencia de los controles, que pueden variar considerablemente, dependiendo de la efectividad del plan de aseguramiento de calidad del contratista.

Es por eso que el Plan de Control de los trabajos detallados toma una importancia capital, porque en él se expresa para cada obra, qué etapas de un proceso tienen que ser controladas, con qué frecuencia y con qué modo de operar.

El interés es múltiple, el Plan de Control, permite:

k) La búsqueda de los principales puntos, los más delicados, sobre los cuales el control debe ser prioritario y a los cuales se debe asignar la mayor importancia

1) Clarificar la misión de control de la supervisión y establecer el espacio y alcance de su responsabilidad

m) Poner en evidencia las responsabilidades de la empresa y evitar que la supervisión las asuma

n) Centrar el control Independiente sobre el objetivo del control y enfocar el objetivo

3.5 PUNTOS "CRÍTICOS" Y PUNTOS DE "ALTO EN EL PROCESO"

en función de la Entre los puntos de la ejecución de una obra, que confiabilidad del Control Interno ameritan la atención especial, dos situaciones El supervisor debe liberar los Puntos de pueden requerir una d e control particular: en el proceso en .el plazo previsto, a fin de (Tabla no atrasar a la empresa El supervisor debe verificar el cumplimiento de las No Conformidades clasifi- 3.5.1 Punto crítico

cadas en diversos grados El supervisor debe estar enterado de, la Es un punto de ejecución que necesita la actualización del Plan de Aseguramiento de materialización del Control Interno, sobre un Calidad documento de seguimiento de ejecución y también El supervisor debe asegurar la una información previa del Control confiabilidad de las disposiciones de Gestión Independiente, para que pueda, si es necesario, de la Calidad desarrollada por la empresa efectuar su control independiente. La

Manual de Cimentaciones Profundas -- -- - - - . ..- --

iiitervención del Control Independiente no es necesaria para seguir el procedimiento de ejecución.

3.5.2 Punto de alto en el proceso

Es un punto crítico, mediante el cual es necesario un acuerdo formal de la supervisión o de un organismo autorizado, para continuar con el proceso. Los plazos de notificación y los plazos de liberación por la supervisión deben ser establecidos durante la fase de preparación de la obra.

4. PROCEDIMIENTOS D E E J E C U C I ~ N Y CONTROLES

4.1 PROCEDIMIENTOS DE E J E C U C I ~ N

Están establecidos por categorías de trabajo y tienen como objetivo, definir los elementos de organización equipos y materiales necesarios para la ejecución de los trabajos y contribuir para la obtención de la calidad

Estdn establecidos por la empresa constructora bajo su responsabilidad. La supervisión da su visto bueno, con o sin observación, a los procedimientos incluyendo los que ha exigido para entregar.

Según la especificidad de la obra, su importancia y su tecnicidad, los procedimientos .pueden presentarse con diferentes formas:

4.1.1 En los casos simples, un procedimiento único agrupando todas las informaciones puede estar suficiente (pequeiia obras de concreto armado, entre otros)

4.1.2 ' En los otros casos, los procedimientos pueden estar repartidos, por ejemplo por la construcción de un puente:

a) Por fase o parte de obra:

0 Topografía, excavación O Cimentación O Apoyos en elevación (cimbras, armados.

colado del concreto) O Losa (apuntalamiento, cimbras,

armados, colado del concreto) 0 Aditamentos de losa. acabados

b) Por naturaleza de trabajos:

O Topografía, excavación O Apuntalamiento O Cimbras (apoyos en elevación, losa) 0 Armados (apoyos en elevación, losa) O Colado del concreto (apoyos en elevación,

losa) 0 Aditamentos de losa - acabados

Las adecuaciones de los procedimientos de ejecución, cuando es necesario; deben ser realizadas en acuerdo con la supervisión y el contratista.

Los procedimientos deben incluir:

4.1.3 Objetivo del procedimiento 4.1.4 Los recursos de personal y de equipo

específico, en función de las categorías de trabajo

4.1.5 Los materiales, productos y componentes incluyendo, la Calidad, el origen y la marca

4.1.6 Los métodos constructivos e instrucciones particulares

4.1.7 La relaciones entre procedimientos "(interfaces técnicas)

4.1.8 Las condiciones del ejercicio del control

a) Naturaleza de los controles y los encargados b) Referencias de los documentos de

seguimiento para ser llenados C) Modalidades de realización de los ensayes

de conveniencia d) Puntos críticos y puntos de alto en el

proceso e) Condiciones de gestión de los documentos

de seguimiento de ejecución f) Condiciones de identificación de los

materiales y productos sujetos a procedimientos oficiales de certificación de conformidad y modalidades de ejecución de los controles de conformidad para otros materiales y productos

4.1.9 Lista de los .documentos anexos al procedimiento necesarios para la ejecución del trabajo correspondiente

4.2 CONTROLES

La organización de los controles constituye el elemento "clave" de la gestión de la Calidad.

~ o n t r o l de la Calidad ............ < ..., ._ . . ___. _____ - . ___ ___ - _

Tabla 8.A 1 , Ejemplos de puntos críticos y puntos de alto en el proceso (puente pretensado).

1. T o ~ o ~ r a f i a de la obra topografía general

* topografía para una excavación 2. Trabaios de cimentación superficial

* conformidad del fondo de excavación 3. Trabaios de cimentación profundas

selección de maquinaria topografía de los elementos '

nivel de fondo logrado recepción de las cimentaciones profundas

4. Cirnbras control de la colocación de las cimbras ensayos.de conveniencia del tratamiento de superficie

5. Armado de metensado . .. - vara . m os tensado control de la colocación en las cimbras

, autorización de la puesta en tensión control de la puesta en tensión recepción de la puesta en tensión antes de cortar los cables ensayos de conveniencia de la lechada de inyección autorización de inyectar control de las inyecciones

6. Colado del concreto Recepción de la planta de fabricación Ensayos de conveniencia del concreto

* Autorización de colado Control del colado

7. Descimbrado Ensayos de información de la resistencia del concreto Operación del deseimbrado Autorización del descimbrado

3. Hermeticidad : aditamentos Recepción del soporte

* Recepción de la instalación de los aditamentos

Los controles son esencialmente de dos tipos:

P.C. P.A.P

CONTROL 'INTERIOR,

a la empresa

Control I n t e r n o Control de la obra de sus propias tareas

(autocontrol) Control Supervisión y asistencia al Control Interno Exte rno por un representante independiente de la

Dirección de la obra

CONTROL INDEPENDIENTE,

L de la supervisión

Control realizado por la supervisión para supervisar el Control Interior y controlar la conformidad con las especificaciones

El Control Interior es el elemento más importante de la organización del trabajo según los principios del Aseguramiento de Calidad:

4.2.1 Los procedimientos son la formalización precisa de las reflexiones sobre los netod dos y los recursos.

4.2.2 El Control Interno implica:

a) Una t rans fe renc ia parcia l de algunas actividades realizadas, anteriormente, por la supervisión,

b) Una modificación de los comportamicntoc y de las costumbres.

El ejercicio del Control Interior es una obligación para la empresa contratista. Los controles internos están regidos por los Puntos Críticos y los Puntos de Alto en el Proceso. Están materializados en los documentos de seguimiento de ejecución que formalizan que la calidad requisitada y lograda sea obtenida en el marco de la organización general de Calidad de la obra y de la empresa.

Los Confroles Internos son realizados bajo la autoridad del responsable de la obra según las condiciones definidas en el Plan de Aseguramiento de calidad:

O Por el ejecutante CI Por los responsables

Los documentos de seguimiento son firmados por las personas que han realizado;efectivamente, los controles

El Control I n t e r n o se aplica a la elección y al suministro de materiales, productos o componentes, a los equipos y a las condiciones de fabricación, a los recursos y condiciones del traslado, maniobras y almacenamiento, a las condiciones de puesta en obra y de puesta en servicio.

El Control E x t e r n o es realizado en el marco del Control Interior de la empresa por un responsable independiente de la dirección de obra y directamente dependiente de la dirección de Calidad de la empresa. Tiene como objetivo el asegurar que el Control Interno esté aplicándose correctamente en obra y dar a la obra asistencia y recomendaciones.

4.3 PROCEDIMIENTO PARA EL ARMADO DE PRETENSADO POR POST-TENSIÓN

4.3.1 Materiales y suininistros

Naturaleza suministros pretensado.

y origen de los . materiales, de la armaduras y accesorios de

4.3.2 Recursos de la empresa '

a) Personal

O Apellido del encargado de la puesta en tensión de los cables,

0 Origen y referencias laborales del personal responsable,

O Recursos en personal

c) Materiales

0 Descripción de los equlpos e instrucciones de uso,

0 Certificación de calibración de los gatos, y de los manómetros.

4.3.3 Modos de operar

a) Colocación de los cables

O Maniobras y colocación de los ductos y armaduras

0 Proceso de colocación de los cables en los ductos

0 Proceso de obtención de la continuidad de forma y hermeticidad de los ductos

0 Posición y colocación de los orificios de salida de aire

b) Puesta en tensión de los cables

0 Instrucciones de verificación de la resistencia del concreto

O Instrucciones de"puesta en tensión

Orden de puesta en tensión, Secuencias de las etapas de puesta en tensión,

= Relación esfuerzo/elongación, = Método de medición de los esfuerzos y

de las elongaciones Instrucciones y medidas de seguridad Instrucciones en caso de anomalías

I r Recepción de la puesta en tensión

antes del corte de los cables . * .

C) Protección de las armaduras

a Protección temporal

Naturaleza de las protecciones de las anclas de extremo Precauciones en caso de temperaturas extremas

O Protección definitiva

Características de la lechada de inyección (en particular, duración de utilización y duración de fraguado) Posición de los orificios de salida del aire, Condiciones particulares sobre los componentes y fabricación de la lechada de kyección Orden detallado de la inyección Volumen de lechada previsto por ducto Naturaleza y método para la ejecución del sellado Instrucciones en caso de anomalías Autorización para inyección.

4.3.4 Controlinterno

a) Designación y papel del encargado de la puesta en tensión

o Justificación a la supervisión de la calificación del encargado de la puesta en tensión.

b) Control de los suministros

O Identificación de los lotes de armaduras, dispositivos de anclajes y accesorios.

O Verificación del estado real de los armados (ausencia de oxidación, etc)

O Verificación del recibo del suministro y del certificado de conformidad con las especificaciones

O Control de las condiciones del almacenamiento

c) Controles previos a la puesta en tensión

0 Verificación de la resistencia del concreto

Control de Ia Cdidnd - . -- - - - - -. - . . - - .

Calibración de los gatos y de los manómetros, con certificados de su calibración junto con los formatos de control Entrega a la supervisión, previamente, de las copias de los certificados.

d) Controles de la puesta e n tensión

Entrega por el encargado de la puesta en tensión a la supervisión Operaciones dirigidas por, el encargado de la puesta en tensión según el modo operatorio normalizado Presiones y elongaciones

Medidas de las elongaciones Incremento de presión Puesta en tensión satisfactoria. si no aplicar el procedimiento para las anomalías

Colocación de los anclajes, medida con precisión (mm)

Medidas a considerar en caso de anomalías

e) Controles de la protección temporal

o Verificación del plazo de validez de la protección temporal de los cables

'

f) Controles de la inyección

O Controles antes de la inyección .

Ensayos de hermeticidad de los ductos

Ensayos de conveniencia de la lechada, que deben realizarse, a más tardar 48 horas antes del inicio de la inyección

Verificación de la calibración de la máquina al inicio de cada turno de trabajo, para controlar la fluidez de la lechada en acuerdo con las especificaciones.

O Controles durante la inyección

Ensayos de fluidez (tres por turno), por ensayo: una muestra durante fabricación, una a la salida de

. Marzual de Cimentaciones Profundas --- - ----A------ -e--. - - S ........... " .-S- - - - . . . . -- -

tubería de suministro (seis en total); la diferencia entre los tiempos de derrame debe estar en conformidad con las especificaciones y normas.

Resultado de fabricación de la lechada no conforme: rechazo de la lechada y arreglo de la máquina

Resultado a la salida de la tubería no conforme, seguimiento hasta alcanzar la fluidez normal.

Los ensayos de perdida de agua deben estar en conformidad con las especificaciones.

5. DOCUMENTOS DEL SEGUIMIENTO DE LA E J E C U C I ~ N

5.1 DOCUMENTOS DE CONTROL

La definición precisa de los controles (naturaleza y modo de operar, frecuencias, resultados por obtener, apellido y funciones de las personas encargadas del control) deben precisarse en los procedimientos de ejecución. Si estos procedimientos están establecidos por la naturaleza de los trabajos, es posible agrupar los diferentes datos de los controles en el Plan de Control.

Los documentos de seguimiento incluyen:

5.1.1 Los formatos de control que constituyen un indicio de la realidad de los controles

realizados y que deben tener, obligadamente, las firmas de los que han llevado a cabo el control. Los formatos pueden estar establecidos:

a) Por tarea: apuntalamiento, colocación de cimbras, armados, colado de concreto, .

b) Por parte de obra, cimentación, apoyos, losa, agrupando las diferentes tareas.

5.1.2 Los formatos de No Conformidad que tratan de la puesta en conformidad de un defecto. Las No Conformidades menores que se puede corregir en obra con acciones correctivas inmediatas pueden ser únicamente observaciones mencionadas en los documentos de seguimiento.

Los diferentes documentos del control están incluidos en la Organización General del Plan de Aseguramiento de Calidad.

La gestión de los documentos de seguimiento de ejecución de los trabajos deben evitar dos situaciones:

5.1.3 La exigencia de su entrega y sus puesta a disposición de la supervisión, no debe Interpretarse como una sospecha con respecto a la competencia y al rigor de las personas encargadas de los controles.

5.1.4 La verdadera imagen de la cultura y organización de la empresa, no debe ser motivo de exigencias excesivas de la supervisión.

DOCUMENTOS DEL PLAN DE ASEGURAMIENTO DE CALIDAD

EJEMPLO

Planes de control Fonnatos de control

CALIDAD

Síntesis de Organización general

Procedimientos de ejecución y formatos propuestos

PLAN DE

ASEGURAMIENTO DE

Fonnatos de No Conformidad

PREPARACIÓN

1 1 Expedientes de Calidad

Control de 4 Calidad ...................... ...................... . - ... -

5.2 DEFINICI~N Y TRATAMIENTO DE LAS NO CONFORMIDADES

Una No Conformidad, es por definición una no satisfacción a las exigencias especificadas, (calidad requisitada). Esta No Conformidad es un "defecto" cuando las exigencias de utilización previstas no han sido satisfechas (calidad de uso).

El tratamiento de una No Conformidad sólo puede tener como resultado alguna de las opciones siguientes:

5.1.1 Una reparación según un procedimiento existente o por establecer,

5.1.2 Una aceptación en el estado de la No Conformidad,

5.1.3 Un rechazo o una demolición

La síntesis de Organización General debe prever las condiciones del tratamiento de las No Conformidades.

Los procedimientos de reparación deben ser establecidos por el contratista y tener el vlsto bueno de la supervisión.

Es convenlente clasificar las No Conformidades en tres niveles:

5.1.4 Nivel 1: Se trata de una No Conformidad que puede ser corregida para satisfacer las exigencias especificadas. La corrección es realizada por una práctica común de ejecución en acuerdo con la empresa de supervisión.

a) Ejemplos de No Conformidades de grado N" 1

O Parrilla de armado fuera de posición y corregida directamente e n obra,

o Varilla de acero faltante y colocada antes del colado

O Ajuste de una cimbra previo a l colado, o Ajuste de los ductos de una losa de

pretensado antes del colado. o Limpieza '

5.2.5 Nivel 2: Se trata de una No Conformidad que puede ser aceptada por autorización, con o sin re~aración, eventualmente

Se necesitará un formato de No Conformidad abierto y registrado por el autor, el cual será entregado por el contratista para recabar el visto bueno de la supervisión.

d

Acero de empalme faltante después del colado, ,

Acero mal habilitado necesitando una modificación, Oquedades menores después del descimbrado, Defecto de adherencia de una capa impermeabilizante Fisuración que se puede tratar por inyección,

Ejemplos de No Conformidades de grado N""

Nivel 3: Se trata de una No Conformidad que genera un rechazo, o una demolición parcial o total.

Ejemplos de No Conformidades de grado NO3 .

o Resistencia del concreto insuficiente que afecta la carga portante,

O Defecto mayor de topografía, O Elemento no conforme con la geometría

después del descimbrado

Un formato de No Conformidad debe incluir: , . . . . .

Las características y el origen de la No . . . . Conformidad, La solución propuesta por la empresa para corregir la No conformidad y las acciones correctivas para evitar que se produzcan nuevamente No Conformidades semejantes. Las observaciones de la supervisión, Los resultados de las correcciones de la No conformidad, Los diferentes vistos buenos de la empresa y.de la supervisión.

. . ". .:' . . .., ., .v. . . . . . 6 APÉNDICE l . -< , . ,..- ......

. .. . . . : ,. ,.:,..: ".';..E.:. '.. .' - . ,,: . ._ . . - . , . . . > . ... . ^ . I

. . ...

. . .: .:. .-.. , 6.1 TERMINOLQG~A .:.:., 1-1' . . . - . .... . . :. "

. . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . ,. :.,+.; i;.:; -5:.: . y . . . . . . . . . . . . . . . ..... ;... . . _ . _ . . . . . % '

,, c: -,.::, . . . . 1.: ... 6:l. 1 Calidad .-.:: abarcada por un procedimiento aceptado. ... 3 1, .-

El tratamiento de esta No Conformidad-.p. GnIunto d e propit induce estudios, memorias ; de .. cálcdo,. . : pr8duc- o se-ci planos, y un procedimiento de ejecución: , - .' * lee réqme

o dan 1á ,aptitiid

6. l. 16 Control esterno

Es el seguimiento y la asistencia al Control Interno, realizados por un representante independiente de la dirección de obra de la empresa. Es parte del Control Interior de la empresa.

6. l. 17 Control independiente o exterior

6.2 DOCUMENTOS BASEDEL SISTEMA DE CALIDAD

6.2.1 Manual de calidad

Es el control realizado por la supervisión para verificar el Control Interior de la empresa y verificar la conformidad con las especificaciones.

Información Interna a la empresa - estructura de la empresa - tareas de servicios en materia de Calidad y

responsabilidades que resulten - conjunto de los procedimientos generales --

Manual de Aseguramiento de Calidad - disposiciones generales para asegurar la Calidad - procedimientos generales útiles para

información de la supervisión o la autoridad compe tcnte. -.

PLAN DE CALIDAD

Document.os Internos a la empresa - g e s t i h de la obra - contratos con los subcontratistas - pedidos de materiales

Plan de Aseguramiento de Calidad - organización general de la obra - afectación de las tareas - recursos en personal y equipo - inateriales y productos o componentes - modos por operar - condiciones de ejecución del control

6.3 EJEMPLO DE SÍNTESIS DE ORGANIZACIÓN GENERAL

Empresa: Supervisión:

Manual de Cimentaciones Profundas --- .. .- -- -- ........ - - - - - - - ---- .... . - -

Empresa .Supervisión

Indice

ÍNDICE

b) Partes involucradas:

Fecha

Hojas

l. Indicación de las tareas y de las partes involucradas 2. Referencias 3. Organización de la obra 4. Gestión de los documentos de ejecución 5. Principios generales del Control Interno 6. Interfaces con las partes involucradas exteriores 7. Procedimientos de ejecución y documentos de seguimiento 8. Parte del Manual de Calidad de la empresa

DUERO DE LA OBRA

Hoja Objetivo

--

Firmas autoridades

. 6.3.1 Identificación de los trabajos y de las partes involucradas

a) Descripción resumida de los trabajos:

o Obra No: o Puente con losa pretensado con dos trabes de X metros

. . -. - . - -. -- - - . - - - - - . - - - - - - - . - - Control de la Calidad .- - - . - - - - - - - - - - - - -- - - - - . . . . . -. -

C) Partes involucradas (Cont.):

Empresa encargada del Contrato

Referencias

- Fecha de fallo:- -------------------------e--------- - Fecha de inicio de la obra: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Plazo de realización: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -S - - - - - - -

a) Control de los materiales y productos b) Programa de Obra c) Normas aplicables y especificaciones particulares

6.3.2 Orgahización para la obra

a) Afectación de las tareas

- Empresa responsable: Y--

Empresas subcontratadas:

Proveedores:

Oficinas de estudios:

Oficinas de control de los estudios

Laboratorios: - de la supervisión

- del contratista

b) Recursos en personal

Designación de los responsables Empresa:

- Director de obra - Superintendente de obra: - Intendente de obra: - Encargado de la Calidad - etc.

c) Recursos generales e n equipo

d) "Puntos dc N t o en el Proceso" identificados (control independiente de la supervisión)

Implantación topográfica de los apoyos, Recepción de las excavaciones para la cimentación, Recepción de las cimbras, del armado antes del colado, Recepción de los marcos y del armado antes del colado del losa, Autorización de puesta e n tensión de los torones, Autorización del descimbrado, Recepción del soporte antes de a colocación de la hermeticidad, e tc.

6.3.3 Gestión de los documentos

Documentos

- Memoria de cálculo - Planos - Programas - PAC: Organización Gral. - PAC: Procedimientos - Formatos de Seguimiento.

Fecha límite para el visto

bueno - - - m - - - - - - - - - - - - -

6.3.4 Principios generales de funcionamiento del control interno

Condición de puesta a disposición: Todos los formatos estárán disponibles en la obra.; una copia de todos los formatos llenados durante la semana deberán ser entregados a La supervisión durante las juntas técnicas semanales.

- -.

Tnterfaces con partes exteriores

La empresa (X). que realiza la obra (X) vecina, tiene que pasar por el acceso común a la construcción del puente. etc.

Procedimientos constructivos y documentos de seguimiento

Lista de los procedimientos constructivos

Cimentación superficial Realización de los apoyos del puente Realización del losa del puente Realización del pretensado Hermeticidad Colocación de los aditamentos del losa Juntas de carriles

b) Lista de los formatos de control

- Cimentación - Apoyos - Losa - Pretensión de los torones - Hermeticidad Aditamentos del losa

c) Tratamiento de las No Conformidades

- Establecimiento de un formato de No Conformidad

- Establecimiento eventual de un procedimiento de reparación

- Aprobación por la supervisión de la propuesta de reparación del contratista

- Puesta en conformidad de la obra - Aprobación del resultado por la supervisión

d) Lista de los procedimientos de reparación

- Defecto de recubrimiento del armado, - Inyección de fisuras, - etc.

6.3.7 ' Papel del control interno (Parte del Manual de Calidad de la empresa)

El Control Interno de los trabajos es una organización del control del Aseguramiento de la Calidad de la Dirección del constructor de la obra.

El Control Interno esta asegurado por los ejecutantes y debe ser implementado en acuerdo con el Dueño para obtener la Calidad de los trabajos. La Calidad debe alcanzarse en todos los niveles de la jerarquía de los servicios de producción, desde el jefe de turno hasta el responsable de la obra. Cada responsable se involucra personalmente sobre la Calidad de los trabajos con su visto bueno en los formatos y con su £irma.

a) Tarea del Superintendente de obra

O De asegurar que la Calidad de los trabajos se logre en la totalidad de la obra.

0 Verificar que los intendentes de obra y jefes de turno tengan permanentemente

la preocupación de la Calidad de la obra que realizan.

O Verificar y controlar de manera aleatoria, cada día, la Calidad de los trabajos:

O Identificar e informar a sus colaboradores, acerca de las faltas a las reglas de Calidad de ejecución y a las buenas prácticas constructivas.

O Inmediatamente antes del colado, el Jefe de turno verifica la Calidad. la liinpieza de la junta seca de construcción y su humidificación, la correcta estabilidad y la eficacia de las cimbras, la presencia y el buen funcionamiento de los recursos para el colado, (bombas, ollas), para la vibración del concreto, y el equipo en caso de averías.

b) Tarea del Jefe de turno Durante el colado

Llena los formatos del Control Interno 0 Verfica la Calidad y el tipo de concreto

'(Antes del colado (cimbras)) suministrado y su colocación correcta

o Controla el tiempo de vibrado de¡ o Se asegura de la condición de las concreto

cimbras, de la colocación correcta, del 0 Se asegura de la realización de las mantenimiento y de la hermeticidad. muestras y de los ensayos del concreto

O Verificar el trabajo de detalle de los topógrafos. 6.3.8 Papel del control independiente . -

o Se asegura de la naturaleza, del número ( ~ ~ f ~ ~ ~ ~ ~ i ~ ~ a las especificaciones) y .de la buena colocación de las piezas ahogadas. de las fijaciOnes,. E1 Control Independiente realizado por la a los y puntos ,colOcadOs los supervisión tratará particularmente de: topógrafos.

a) La implantación topográfica y de la Antes del colado (armados) geometría de la obra

'b) La resistencia del concreto o Verifica la conformidad de los armados

C) La aceptación de los materiales con las especificaciones. d) El control de los parametros y coeficientes

0 Verifica, aleatoriamente, que el de la postensión habilitado de los armados esté conforme e) La lechada y la inyección de los "torones" de con los planos, que la posición sea puesta en tensión correcta y que la colocación sea f ) La colocación de la capa de hermeticidad satisfactoria.

O Informa, rápidamente, Todos los resultados obtenidos por la supervisión superintendente las anomalías de obra deben ser comunicados al contratista.

6.4 EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE E J E C U C I ~ N (CONSTRUCCI~N DE LA LOSA DE UN PUENTE)

Empresa: Supervisión

- --. - . . - . - - - - Control de la Calidad

6.4.1 objetivo del procedimiento constructivo Cimbrado: 10 obreros,

Ejecución de la losa, (cimbras, armado, colado del Armado: 8 obreros, Colado del concreto: 8 obreros,

ACTUALIZACI~N

concreto)

Ind ice

6.4.2 Documentos de referencia

Documentos del contrato

1. E ~ p e c ~ c a c i o n e s : concreto, cimbras, armados, colocación del concreto, tolerancias sobre las dimensiones

Fecha

Documentos establecidos por la emuresa

Cimbrado general, nivelación, Armado de la losa, Colocación de los cables de la losa ,

Plano de apuntalamiento de la cimbra de la losa Programa establecido el ------------------- Síntesis de organización General Formatos de Control Formatos de No Conformidad

Objetivo

Otros documentos

F i r m a s

E m p r e s a Supervis ión I

Ficha técnica sobre el producto desmoldante

Ficha técnica del proceso de puesta en tensión

6.4.3 Recursos

Recursos en personal

Cimbrado, cimbras de tipo X. Cimbrado de las zonas tradicionales, madera cruzada, polines, etc. Seguridad, protecciones X Colado del concreto - bomba de capacidad de 50 m3/hora, (tipo

Swing) - 4 vibradores eléctricos o neumáticos

(tipo X) - 4 reglas vibrantes (tipo X)

Grúa para las maniobras (tipo X)

6.4.4 Materiales y suministros

Incorporados a la obra

- Cimbras de extrémidaZeB,- b - . - ,.> 1 , . m . s .

. . . . . . . . . . Concreto: Clase (X ), fc'@ ,;:

suministrado por la planta X. - . . , , . . . . . Acero para el armado: (tipodel 2&-&fz . . . . . . e i 5. .- . - '

Acero para el pretensado: (tipo del ace&); '.- ' '': , ' ,'.

etc. . . : .

o . . - . . - . ' . .

Otros materiales o suministros . . . . . . . . . . .

. . . . . , .

maderas, para la cimbra, . ; : .. ,. . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . producto desmoldante, (tipo, X) . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . , . . . - . . . . . . ..., . .

. O . . i . . : $ .. . . . . & ; r : , .,:;.. :: . .. . . . . . - ,' 7' . . . . . . ~ . . . . .: .. ! , '

f . - . . . . . . . . . . . . - , h . . , . , . . . . . . . "

.......... -. ..-L. 1:. - 7 .; o.., . . . -i+-+. S,.. i .? - , ., .,, .-. ;,,.: .. ... . . A. , . , . . . . 6.4.5. Mododeoperar ; :, .-.-: , - , . i .*.. !:,- ,,... .......-.. - , Y -. .. .. .;... . . I < . . o : l . . ' - , - , . A ~ . . l t .

. . í. <

. - . . . . . . . . . . r . . . . . . \ . ..... . . l . % . .*., .-v.::.-..,. ,. . . ...... -.;;,, .;,:.+.'. .;.; %

'.: - . . . .-. - - , . . . . . P . . . .- < . . Metodologa v secuencia constructiva L..., .- . . . . . . . . . . . ..co16=a.ei&k;;, .. :.-,: '. >' ..;.. . . . . - .,- . . . . . . . . . . - . L . . .

... . . ._ , . . . . . Ci'mbras: . . . . . . . . . . . . . . . . . , , ,;, , . ! . ' cs..,.: ':;..:', - -, 8 - ,. ~- \ , -. . .. , . - - I :::~*c~,&~fi$j,: -... :;-::* . --.. . : .: : ..( : .. - Cimbras de la losa: . .,'.

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Mnnual de Cimentaciones Profundas . - - - ,- -,- ...., ----- -

- Hermeticidad de las c i m b r a ~

Armado de la losa (etapa NO11

Colocación de los ductos

Armado de la losa (etapa N02)

Colado de la losa

Colocación de los cables

Descimbrado

Relación entre procedimientos

Prefabricación del armado (vigas) Colocación del nivel inferior, recubrimiento Colocación de la vigas prefabricadas Ajuste de los espacios y recubrimientos .

Ver procedimiento constructivo del pretensado

Colocación del nivel superior, . Ajuste de los espacios y recubrimientos

Colocación de las reglas. colado con bomba Acabado del concreto Curado del concreto de losa (tipo)

Ver procedimiento constructivo del pretensado

En relación con el procedimiento del pretensado.

Ajuste de los aparatos de apoyo, ver procedimiento correspondiente

Puesta en tensión de los cables, ver procedimiento correspondiente

Nivel de acabado de la losa; ver procedimiento para la hermeticidad.

6.4.6 Controles

Personal encargado del Control

Ensayos de conveniencia del concreto

Naturaleza. modo de oPerar. frecuencias del control. resultados Dor obtener

Naturaleza de l control y Modo d e operar

Control de las cimbras

Estado de la nivelación

Aplicación del desmoldante Dimensiones

Frecuencia de l control

Antes de la colocación del armado Antes de la colocación del armado Antes de la colocación del armado Antes de la colocación del armado

Encargado de l Control I n t e r n o

El intendente de obra o el jefe de turno El intendente de obra o el jefe de turno El intendente de obra o el jefe de turno El intendente de obra o el jefe de turno

Resultados por ob tener

Conformidad con los planos Conformidad con las especificaciones Conformidad con las especificaciones Conforinidad con los planos

Naturaleza, modo de ooerar. frecuencias del control. resultados oor obtener (Cont.)

Rigidez y estabilidad

Hermeticidad

Limpieza

Piezas ahogadas

Identificación de acero habilitado Control de los armados - fijación, rigidez

Control de los armados - Soldaduras

Control visual de los armados - rigidez Control visual de los armados - recubrimientos Control visual de los armados - recubrimientos Control visual de los armados - limpieza de los aceros Control visual de los armados recubrimientos

Colado del concreto . control de las 3eformaciones de las zimbras Colado del concreto control de la formula de

:oncreto en el recibo de ~uministro Colado del concreto control de la

aianejabilidad del :oncreto Zolado del concreto control de la resistencia

El intendente de obra



El intendente de obra o el jefe de turno El intendente de obra o el jefe de turno El intendente de obra o el jefe de turno

El intendente de obra o el jefe de turno







El jefe de turno

El laboratorio

El laboratorio

del armado

del armado 1 Antes de la colocación 1 Conforinidad con los del armado planos Antes de la colocación Conformidad con los del armado planos Todos los días Evitar las

deformaciones bajo el peso de un obrero

Durante la fase de Evitar las armado deformaciones bajo el

peso de un obrero Todos los días durante Evitar los daños en el la fase de armado acero

Todos los días durante Recubrimiento 3 cm la fase de armado


Todos los días durante Deben estar limpios la fase de armado


centímetro

Para cada olla Conformidad con la formula de conveniencia

Para cada olla Revenimiento entre 5 y 9 centímetros

metros cúbicos en tensión (6 muestras) 35 Mpa a 28 días (10

Manual de Cimentaciones Profundas - ,.-.

Puntos Críticos

Conveniencia de los concretos, Controles de las cimbras,

e Controles de la fabricación y de la colocación del armado, Controles de la colocación de los ductos de pretensados Controles del colado

Puntos de Alto en el Proceso'

Autorización del colado, e Plazo previsto antes para la liberación de los puntos de "Alto en el Proceso": 5 días

Plazo para la liberación de los puntos de "Alto en el Proceso": 'h dia

Gestión de los documentos de seauimiento Gestión de los documentos de seauimiento I I I

Documentos anexos al roced di miento

Formatos de control de la losa

Marcos de los formatos de seguimiento y de No Conformidad

- Llenados por el superintendente - Visto bueno de la supervisión - Archivados en la obra por el superintendente ' '

- Entregados a la supervisión, cada semana

A m X O 6 FORMA TO ACEPTADO ORMATO DE 1 OBRA: 1 Empresa: ---------------------------------- Formato No: ----------------------------e----

ACCIONES PREVENTIVAS PARA EVITAR NUEVAS N. C.

DOCUMENTOS ANEXOS

OBSERVACIONES

PUESTA EN CONFORMIDAD POSIBLE

Procedimiento propuesto - Existente No:

- Nuevo NO: -------------- Fecha Nombre Firma

Control de la reparación

Fecha Nombre Firma

- V.B. de la supervisión ----------m--- ---------------- -- -m- - - - - -

PUESTA EN CONFORMIDAD IMPOSIBLE

- Observaciones de la supervisión: Nombre:

RECONOCIMIENTO

La Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A. C., expresa su reconocimiento a INGENIEROS CIVILES ASOCIADOS, S. A. de C. V ,

por el patrocinio para la impresión de este Manual de Cimentaciones Profundas

El tiraje de este libro constó de 1000 ejemplares y fue impreso en los Talleres

de Editorial y Litografía Regina de los Angeles, S.A.

Av. Antonio Rodríguez No. 57-Bis, Col. San Simón Ticumac,

03660 México, D.F. Tel./Fax 55 32 56 39

Manual de Cimentaciones Profundas

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