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CIMENTACIONES PROFUNDAS Y SU AVANCE EN COLOMBIA

Jorge Alberto Rodriguez, PhDJeoprobe SAS,

Universidad Javeriana- Bogotá

Factores que determinan el comportamiento y la durabilidad de cimentaciones

profundas

DISEÑO MODERNO DE PILOTES

ASPECTOS FUNDAMENTALES

• Tipo de pilote: hincados, excavados y fundidos en sitio, CFA, etc. DETERMINANTE DE CAPACIDAD Y DESEMPEÑO

• Capacidad máxima: fricción, punta

• Desempeño: Curvas carga – deformación fricción, punta

• Confiabilidad: FS (NSR10), LRFD (CCP14)

• ENSAYOS, UNICA FORMA DE CALIBRAR LOS METODOS DE DISEÑO

Componentes del problema

Cargas (distribuidas, concentradas)Placa / dado / base (rigidez)Subrasante (rigidez)Pilotes / inclusiones (tipo, rigidez, distribución, longitud, separación)

Fricción pilote-suelo (elasto plástica)Respuesta del suelo (elástica/ plástica: consolidación)Interacción pilote-suelo-pilote (grupo)Movimiento del suelo por otras causas

Cargas por puntaReacción suelo bajo la punta (elasto-plástica, consolidación)Interacción pilote-suelo-pilote


Suelo Rígido Suelo compresible


Curvas carga – desplazamiento de interacción pilote-suelo(p-z) por fricción y en la base del pilote:

Son función del tipo de pilote y de suelo:Se pueden obtener de pruebas de carga de pilotes instrumentados, o de pruebas dinámicas.


Ejemplo - FOXTA – TERRASOL. Análisis drenados


ESFUERZO

OPCIONES DE CONDICIÓN DE

FRONTERADE CARGA

DEFORMACIÓN


Pilote individual (prueba de carga) interacción pilote - suelo Asentamiento Carga por Fricción Fuerza Esfuerzos

1.4 cm

Movilización 100% de

fricción a lo largo de la

mayor parte del pilote.

Parcial movilización de carga por

punta


Placa–pilote (condición real edificio) deformación

Asentamiento Carga por Fricción Fuerza Esfuerzos

8 cm Movilización muy baja de fricción a lo largo de la

mayor parte del pilote.

Movilización de fricción en la parte baja y de la carga

por punta

Asentamiento controlado por compresibilidad de los suelos en la parte baja y

por debajo de la punta


Placa pilote (inclusiones de mejoramiento + terraplén)- esfuerzo

Asentamiento Carga por Fricción Fuerza Esfuerzos

85 cm

Asentamiento de suelos

superficiales.

Asentamiento diferente del suelo

alrededor del pilote y de la

cabeza del pilote

Transferencia de carga

arriba al pilote por fricción negativa y

reacción en la parte inferior y por punta


PTAR Salitre – asentamientos medidos en 8 años de tanques semienterrados del orden de 30m de diámetro con pilotes de 30 a 40 m de longitud diseñados para tomar toda la carga

con factor de seguridad por capacidad portante del orden de 2 o mayor. Asentamientos después de 8 años de 7-15 cm en diferentes estructuras. Mucho mayores que los de falla

en las pruebas que se hicieron de carga estática de pilotes.

Asentamientos Estructura: Espesador 7.2

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

01-oct-00 13-feb-02 28-jun-03 09-nov-04 24-mar-06 06-ago-07 18-dic-08

Fecha

Asen

tam

ien

to(m

)

29 30 31 32 33 34 35 36


EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ

Perfil de suelosPilotes hincados

0.4x04m, L=52 m

Carga máxima calculada

220 ton

Wn (%)0 100 200 300


50 ensayos de carga estática, pilotes de 0.4x04m, L=52 m

5 a 6 meses después de la hinca

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10 15

Car

ga, P

, (to

n)

Asentamiento, d, (cm)

Ensayos

40 175

120 225

𝑃 =𝛿

1𝐸𝑜

+𝛿𝑃𝑢

Eo Pu


Análisis de confiabilidad y desempeño

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

2

4

6

8

10

12

14

Frec

uen

cia

Clase

Histograma Eo (ton/cm)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

175 200 225 250 275 300 400

Frec

uen

cia

Clase

Histograma Pu (ton)


Análisis de confiabilidad

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500

Distribuciones de carga y resistencia (ton)

Resistencia

Cargas


Diseño CCP14 (Reese & O’Neill, 1999):

• Carga máxima función de resistencia del suelo y tipo de pilote

• Movilización de fricción y por punta en función del desplazamiento del pilote (Curvas p-z , t-z), función del tipo de suelo y de pilote

• Curva Carga - desplazamiento


Diseño CCP14 (Reese & O’Neill, 1999) Movilización de fricción:

• Curvas de referencia para suelos aluviales y residuales

• Curva obtenida para suelos lacustres muy blandos y pilotes hincados


Diseño CCP14 (Reese & O’Neill, 1999) Movilización por punta:

• Curvas de referencia para suelos aluviales y residuales

• Curva obtenida para suelos lacustres muy blandos y pilotes hincados


Diseño CCP14 (Reese & O’Neill, 1999):

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

Car

gas

(kN

)

Asentamiento (cm)

Pilotes hincados 0.4x0.4m, L=52m

Friccion Punta Total Servicio FS=2

Limite concreto 40 175 120 225 Max. Suelo

CONSTRUCCIÓN

CONCLUSIONES

• Sólo a partir de pruebas se pueden establecer las características esfuerzo deformación de los pilotes, sobre todos en condiciones especiales como las de los suelos lacustres de Bogotá. Las curvas referidas en la literatura son para suelos “normales”.

• Los métodos de diseño modernos, como los que se especifican en el CCP14, son aplicables a los suelos blandos de Bogotá, pero las curvas de transferencia de esfuerzos (p-z y t-z) se deben evaluar a partir de ensayos.

• El análisis de confiabilidad (LRFD) requiere de pruebas para establecer las funciones de confiabilidad de los sistemas de cimentaciones.

• Independientemente de si se utiliza el método de FS o el LRFD, es necesario evaluar el comportamiento de las cimentaciones; no es suficiente conocer la capacidad. La evaluación sólo a partir de FS no permite evaluar el comportamiento.

• Los suelos blandos de Bogotá implican que los diseños siempre son controlados por las deformaciones admisibles. Los pilotes funcionan casi siempre como inclusiones rígidas, no como pilotes individuales. En este caso los pilotes transfieren las cargas a estratos más profundos menos compresibles para disminuir los asentamientos a corto y largo plazo. El concepto de FS en estos casos es inadecuado, antieconómico y en algunos casos inseguro.

• Las cargas transferidas a suelos profundos por los pilotes producen asentamientos por consolidación a largo plazo. Estos se deben evaluar en adición a los asentamientos a corto plazo que se obtienen de pruebas de carga o el diseño convencional.

• El análisis de desempeño permite optimizar las cimentaciones.

GRACIAS

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