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Generalidades

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

Lima, diciembre, 2017

Cimentación Profunda

Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil

Centro de Educación Continua

3Cimentación ProfundaCEC - 2017

Contenido del Curso

• Generalidades

– Problemática

– Pilotes

– Estudios Geotécnicos

– Resistencia al esfuerzo de corte

– Método de Ejecución

Cimentaciones Profundas


• Problemática

– Fallas en Estructuras

– Definiciones

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

Fallas en Estructuras

Grandes Asentamientos - Edificaciones


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


Grandes Asentamientos - Puentes


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


Grandes Asentamientos - Edificaciones


8Diseño Geométrico de Cimentaciones Superficiales

Superficie de falla generada

Asentamiento

Definiciones

Criterios de Diseño en Cimentaciones

Las cimentaciones deben cumplir las siguientes condiciones:

• Evitar desplazamiento por fallas por corte.

• Evitar asentamientos por reducción de volumen.

El suelo de fundación debe garantizar que la estructura no presente problemas de capacidad de soporte y asentamientos que puedan alterar la estatura proyectada sobre esta.

Esta condición debe ser tanto en condiciones estáticas y dinámica

Definiciones

El Suelo de Fundación


Se utilizan cuando el suelo de fundación superficial (estrato) no presenta capacidad de soportar cargas (estáticas o dinámicas) elevadas o están sujetos a procesos erosivos.

En tal sentido, la cimentación profunda trasmitirá las cargas al estrato mas resistente (suelo de fundación).

Definiciones

Aplicación de Cimentaciones Profundas


Definiciones

Muro pantallaPilotes

Tipos de Cimentaciones Profundas

Cajones


Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas - Pilotes

Fuste

Punta

EncepadoViga

riostre


Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas - Cajones


Definiciones

Tipos de Cimentaciones Profundas – Muro pantalla



• Pilotes

– Aspectos generales

– Mecanismo de transferencia de carga

– Uso de pilotes en cimentaciones

– Tipos

• Los pilotes son elementos

estructurales utilizados para

cimentación de estructuras y que

permite trasladar las cargas actuantes

hasta un estrato resistente del suelo.

• Este tipo de cimentación se utiliza

cuando la opción de cimentación

superficial se hace inviable, técnica o

económicamente.

Aspectos Generales


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

Aspectos Generales


Mecanismo de Transferencia de Carga


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

Cimentación en suelos en suelos potencialmente licuables.

(Oficinas en Talara, 2015)

Uso de Pilotes en Cimentaciones


Construcción de muros pantalla con pilotes.

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

Uso de Pilotes en cimentaciones


Construcción de muros pantalla con pilotes.

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



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

(Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015)



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

(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)



Tipos


Pilote Flotante Pilote Columna

Tipos


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

• Pilote• Micropilotes.

pilotesmicropilotes

Tipos


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

Aislado Grupo de Pilotes

• Pilote aislado• Grupo de pilotes

Tipos



• Estudio Geotécnicos aplicados a cimentaciones Profundas

– Metodología de la Investigación Geotécnica

– Exploración de campo directa

– Exploración de campo indirecta

Recopilación de Información

Reconocimiento Geológico

Planificación de la Exploración y de Muestreo

Exploración de Campo (in-situ)

Selección de Muestras

Ensayos de Laboratorio

Interpretación de la Investigación

Caracterización Geotécnica


Metodología de la Investigación Geotécnica

Directa Indirecta

In-situ

• Excavación a Cielo Abierto

• Perforación (rotativas)

• Ensayos de Penetración

• Ensayos de Resistencia in-situ

• Ensayos de Densidad in-situ

• Refracción Sísmica

• Resistividad Eléctrica

• Ensayos Nucleares


Exploración de Campo

Excavación a Cielo Abierto (Calicatas y/o Trincheras)

Perforación (rotativas)

Ensayos de Penetración (SPT, LPT, DPL, CPT, etc.)

Ensayos de Resistencia in-situ (Veleta, Presurómetro, Dilatómetro,

Corte Directo, etc.)

Ensayos de Densidad in-situ

Tipos


Exploración directa

• Equipo:

⁻ Manual y Mecánico

• Ventajas

⁻ Extracción de muestras: alteradas e inalteradas

⁻ Observación directa de las muestras y de la

sensibilidad de la resistencia a la excavación.

⁻ Ejecución de Ensayos in-situ: Corte Directo,

Permeabilidad, Densidad Natural.

• Desventajas

⁻ Limite de profundidad de excavación.

⁻ Inestabilidad de las paredes (presencia de agua,

material suelto).

⁻ Modificación del terreno.

Trincheras

Calicata


Excavación a cielo abierto – Calicatas y trincheras

• Equipo

⁻ Mecánico

• Ventajas

⁻ Rapidez

• Desventaja

⁻ Extracción de muestras alteradas⁻ Dificultad en materiales arenosos

secos y saturadosEquipo de perforación rotativo

Muestras extraídas


Perforaciones

Tipos

• SPT (Ensayo Estándar de

Penetración)

• CPT (Cono Dinámico)

• VST (Ensayo de Veleta)

• DMT (Ensayo de Dilatómetro)


Ensayos de Penetración

Ensayo Estándar de Penetración

Aspectos Básicos

• Norma ASTM D 1586

• Muestreador cilíndrico

partido

• Martillo (140-lbs cae 30

pulgadas) (63.5-kg cae

0.76 m)



Ensayo Estándar de Penetración

Valores típicos en suelos granulares:

Valores típicos en suelos finos:



Cono Dinámico

Aspectos Básicos


• Cono metálico electrónico -

punta de aprox. 60°

• Empuje hidráulico a 20 mm/s

• No se obtienen muestras

• Medición continua de

esfuerzos



Cono Dinámico (Cont.)

Equipo Resultados



Ensayo de Veleta

Aspectos Básicos:


• Ejecutado dentro de un

sondeo o en superficie

• Cuchillo de 4 lados se

entierra en limos y arcillas

para medir


Ensayos de Resistencia in-situ

Ensayo de Veleta


Ensayos de Resistencia in-situ

Ensayo de Dilatómetro


Ensayos de Rigidez

Ensayo de Presurómetro


Ensayos de Rigidez

Ensayo de Cono de Arena

• Este método de ensayo se

usa para determinar el

peso unitario (densidad)

de los suelos en el

terreno.

• Norma ASTM D1556-64



Método Reemplazo de agua



Ensayo Lugeon

Aspectos Básicos

• Se realiza con sondeos, únicamente

en rocas consolidadas, para medir

la permeabilidad.

• Consiste en medir el volumen de

agua (V) que se inyecta durante un

tiempo (t), en un tramo de sondeo

de longitud (L) a una presión (Ht).


Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ

Ensayo Lugeon

Ensayos en superficie Ensayos en túneles



Ensayo Lefranc

Aspectos básicos

• Se utiliza en suelos permeables o

semipermeables, de tipo granular,

situados por debajo del nivel freático, y

en rocas muy fracturadas.

Esquema del ensayo




Exploración indirecta

• Ensayos

– Refracción Sísmica

– Resistividad Eléctrica

– Ensayos Nucleares (densidad in-situ)

Aspectos básicos

• La Sísmica de Refracción está

basada en la observación de los

tiempos de llegada de los

primeros movimientos del

terreno en diversos sitios,

generados por una fuente de

energía específica en un sitio

determinado. Esquema de medición de la ondas


Refracción sísmica

• El conjunto de datos obtenido en la

adquisición de datos consiste de

registros de tiempo versus distancia.

• Estas series son interpretadas en

términos de la profundidad a

interfaces entre capas de suelo y de

las velocidades de propagación de la

onda P (o S) en cada capa.

• Estas velocidades están controladas

por los parámetros elásticos que

describen el material.

Esquema de medición de la ondas

Resultados típicos


Refracción sísmica

Aspectos Básicos

• Detectar y localizar cuerpos y

estructuras geológicas basándose

en su contraste resistivo.

• Consiste en la inyección de corriente

continua, o de baja frecuencia, en el

terreno mediante un par de

electrodos y la determinación,

mediante otro par de electrodos, de

la diferencia de potencial.

Esquema del ensayo

Resultados típicos


Resistividad Eléctrica

Aspectos básicos

• Determinar la Humedad y la Densidad Seca de

los suelos en el campo mediante métodos

nucleares, sin tener que recurrir a métodos de

intervención física.

• Se determina la Densidad mediante la

trasmisión, directa o retrodispersada, de los

rayos gamma, cuantificando el número de

fotones emitidos por una fuente de Cesio-137.

• Los detectores ubicados en la base del medidor

detectan los rayos gamma y un microprocesador

convierte los conteos en una medida de

Densidad. Equipo


Ensayos Nucleares – Densímetro nuclear

Estimación de Parámetros mediante correlación con ensayos de campo y laboratorio

• Lectura recomendada:


Comentarios


• Resistencia al Esfuerzo de Corte

– Formas de Fallas por Corte

– Resistencia al Corte

– Estimación de Parámetros

Muros Pantalla Excavaciones Zapatas

Talud sumergido Presas de tierra Muros de gravedad

Formas de Fallas por Corte


Resistencia al esfuerzo cortante que moviliza el material (suelo) en lasuperficie de falla.

Esquema de superficie de falla y zona de

corte.

Esfuerzo Actuante

Esfuerzo Resistente

Efecto combinado

de cohesión y

fricción

Tensiones

actuantes en el

plano de falla.

Tensiones actuantes en el plano de

falla.

Resistencia Cortante


La resistencia al corte puede serestimada de acuerdo al criteriode falla “Mohr-Coulomb”.

La ecuación de la envolvente de falla representa la “ecuación de resistencia del suelo”:

Donde (parámetros de resistencia):

tan nc

c

: Parámetro de cohesión

: Parámetro de fricción

n

¿Siempre lineal?

Estado de esfuerzo de corte actuante en suelos

Curva empírica!!!

Línea recta

Estimación de Parámetros de Resistencia al Corte

Envolvente de fallaEstado de

esfuerzo de corte en la falla



Criterio de Resistencia de FallaCirculo de Mohr


Plano de falla

En suelo sin cohesión:

Esfuerzo desviador

Esfuerzo principal menor

Esfuerzo principal mayor

• Corte Directo• Triaxial• Compresión Simple

Corte Directo TriaxialCompresión Confinada

Compresión Simple Compresión no-Confinada

Ensayos de Laboratorio - Tipos



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

Esquema del Ensayo

Generalidades

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Corte Directo

CEC - 2017 Cimentación Profunda

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

corte”.

Antes del ensayo Después del ensayo

Generalidades

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

68

Corte Directo


Equipo de Corte Directo (CISMID, UNI)

Generalidades - Equipo

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Corte Directo


Ensayo in-situ

Esquema del Ensayo

Preparación de muestras

Ejecución del ensayo

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Corte Directo


Generalidades - Ensayos a Gran escala

71

Corte Directo


Generalidades - Ensayos a Gran escala

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Corte Directo


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

Generalidades

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Ensayo Triaxial


Equipo Triaxial (CISMID, UNI)

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Generalidades - Equipo

CEC - 2017

Ensayo Triaxial

Cimentación Profunda

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

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

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

Generalidades - Tipos

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Ensayo Triaxial


Preparación de la muestra

Generalidades - Procedimiento

Instalación en la cámara de triaxial


76

Ensayo Triaxial


• El plano de falla es generado durante el ensayo.


77

Ensayo Triaxial


• Sin confinamiento lateral• Requiere muestras inalteradas.

Generalidades

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Compresión simple


Preparación de la muestra


79

Compresión simple




80

Compresión simple



• Método Constructivo

Pilote Barrenado Sin Sostenimiento


Método Constructivo

Pilote Barrenado Sin Sostenimiento



Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos



Pilote Excavado con camisa recuperable



Pilote Perforado con hélice



Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable




Bibliografía Básica

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

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


GRACIAS POR LA ATENCIÓN

¿PREGUNTAS?

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