Curso Taller Estudio Geotécnico para Edificaciones...
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Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil
Centro de Educación Continua
Contacto: [email protected]
Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico
Lima, febrero, 2018
Curso Taller
Estudio Geotécnico para Edificaciones
Cimentación Profunda
2Cimentación ProfundaCEC - 2018
Contenido del Curso
• Definiciones Básicas
• Estudios Geotécnicos
• Resistencia al Esfuerzo de Corte
• Método de Ejecución
Cimentaciones Profundas
Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil
Centro de Educación Continua
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Definiciones Básicas
Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico
Lima, febrero, 2018
Curso Taller
Estudio Geotécnico para Edificaciones
Cimentación Profunda
5Cimentación ProfundaCEC - 2018
• Problemática
– Fallas en Estructuras
– Definiciones
• Pilotes
Definiciones Básicas
Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Niigata, 1964)
Fallas en Estructuras
Grandes Asentamientos - Edificaciones
6Cimentación ProfundaCEC - 2018
Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Kobe, 1995)
Fallas en Estructuras
Grandes Asentamientos - Puentes
7Cimentación ProfundaCEC - 2018
Fenómeno de Consolidación en Suelos Arcillosos. (Torre de Pisa, Italia)
Fallas en Estructuras
Grandes Asentamientos - Edificaciones
8Cimentación ProfundaCEC - 2018
9Diseño Geométrico de Cimentaciones Superficiales
Superficie de falla
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
10Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
Utilización de Cimentaciones Profundas
11Cimentación ProfundaCEC - 2018
Definiciones
Muro pantalla - ancladosPilotes
Tipos de Cimentaciones Profundas
Cajones
12Cimentación ProfundaCEC - 2018
Muro pantalla - empotrado
Definiciones
Tipos de Cimentaciones Profundas - Pilotes
Fuste
Punta
EncepadoViga
riostre
13Cimentación ProfundaCEC - 2018
Definiciones
Tipos de Cimentaciones Profundas - Cajones
14Cimentación ProfundaCEC - 2018
Definiciones
Tipos de Cimentaciones Profundas – Muro pantalla
15Cimentación ProfundaCEC - 2018
16Cimentación ProfundaCEC - 2018
• Pilotes
– Aspectos generales
– Mecanismo de transferencia de carga
– Casos de construcción
– Tipología
• 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
17Cimentación ProfundaCEC - 2018
Las cargas actuantes pueden ser soportadas por la fricción lateral y/o por la base.
Aspectos Generales
18Cimentación ProfundaCEC - 2018
Mecanismo de Transferencia de Carga
19Cimentación ProfundaCEC - 2018
Propuesta de mecanismo de distribución de esfuerzos por punta y fuste.
Cimentación en suelos en suelos potencialmente licuables.
(Oficinas en Talara, 2015)
Ejemplo de Obras Ejecutadas
20Cimentación ProfundaCEC - 2018
Construcción de muros pantalla con pilotes.
(Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015)
21Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ejemplo de Obras Ejecutadas
Construcción de muros pantalla con pilotes.
(Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
22Cimentación ProfundaCEC - 2018
Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo.
(Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
23Cimentación ProfundaCEC - 2018
Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo.
(Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015)
24Cimentación ProfundaCEC - 2018
Uso de Pilotes en cimentaciones
Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar.
(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)
25Cimentación ProfundaCEC - 2018
Uso de Pilotes en cimentaciones
Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar.
(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)
Uso de Pilotes en cimentaciones
26Cimentación ProfundaCEC - 2018
Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar.
(Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015)
27Cimentación ProfundaCEC - 2018
Uso de Pilotes en cimentaciones
Uso de Pilotes en pasos a desnivel.
(Línea amarilla, Lima, 2018)
28Cimentación ProfundaCEC - 2018
Uso de Pilotes en muros
Tipología
29Cimentación ProfundaCEC - 2018
Pilote Flotante Pilote Columna
Tipos
30Cimentación ProfundaCEC - 2018
Tipos
31Cimentación ProfundaCEC - 2018
Tipos
32Cimentación ProfundaCEC - 2018
Tipos
33Cimentación ProfundaCEC - 2018
Tipos
34Cimentación ProfundaCEC - 2018
e) Según el diámetro:Los Pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos:
• Pilote• Micropilotes.
pilotesmicropilotes
Tipos
35Cimentación ProfundaCEC - 2018
e) Según la disposición:Los pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos:
Aislado Grupo de Pilotes
• Pilote aislado• Grupo de pilotes
Tipos
36Cimentación ProfundaCEC - 2018
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Estudios Geotécnicos en Cimentaciones
Profundas
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Cimentación Profunda
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38Cimentación ProfundaCEC - 2018
• 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
39Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
40Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
41Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
42Cimentación ProfundaCEC - 2018
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 rotativa
Muestras extraídas
43Cimentación ProfundaCEC - 2018
Perforaciones
Tipos
• SPT (Ensayo Estándar de
Penetración)
• CPT (Cono Dinámico)
• VST (Ensayo de Veleta)
• DMT (Ensayo de Dilatómetro)
44Cimentación ProfundaCEC - 2018
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)
45Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Penetración
Ensayo Estándar de Penetración
Valores típicos en suelos granulares:
Valores típicos en suelos finos:
46Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Penetración
Cono Dinámico
Aspectos Básicos
• Norma ASTM D 5778
• Cono metálico electrónico -
punta de aprox. 60°
• Empuje hidráulico a 20 mm/s
• No se obtienen muestras
• Medición continua de
esfuerzos
47Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Penetración
Cono Dinámico (Cont.)
Equipo Resultados
48Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Penetración
Ensayo de Veleta
Aspectos Básicos:
• Norma ASTM D 2573
• Ejecutado dentro de un
sondeo o en superficie
• Cuchillo de 4 lados se
entierra en limos y arcillas
para medir
49Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Resistencia in-situ
Ensayo de Veleta
50Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Resistencia in-situ
Ensayo de Dilatómetro
51Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Rigidez
Ensayo de Presurómetro
52Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
53Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Densidad in-situ
Método Reemplazo de agua
54Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Densidad in-situ
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).
55Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ
Ensayo Lugeon
Ensayos en superficie Ensayos en túneles
56Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ
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
57Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ
58Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
59Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
60Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
61Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
62Cimentación ProfundaCEC - 2018
Ensayos Nucleares – Densímetro nuclear
Estimación de Parámetros mediante correlación con ensayos de campo y laboratorio
• Lectura recomendada:
63Cimentación ProfundaCEC - 2018
Comentarios
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Resistencia al Esfuerzo Cortante
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Cimentación Profunda
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65Cimentación ProfundaCEC - 2018
• 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
66Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
67Cimentación ProfundaCEC - 2018
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
68Cimentación ProfundaCEC - 2018
69Cimentación ProfundaCEC - 2018
Criterio de Resistencia de FallaCirculo de Mohr
Estimación de Parámetros de Resistencia al Corte
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
Estimación de Parámetros de Resistencia al Corte
70Cimentación ProfundaCEC - 2018
• La muestra esta sujeta a únicamente a un esfuerzo normal.• El ensayo es realizado en condiciones drenadas.
Esquema del Ensayo
Generalidades
71
Corte Directo
CEC - 2018 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.
72
Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Equipo de Corte Directo (CISMID, UNI)
Generalidades - Equipo
73
Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Ensayo in-situ
Esquema del Ensayo
Preparación de muestras
Ejecución del ensayo
74
Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Generalidades - Ensayos a Gran escala
75
Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Generalidades - Ensayos a Gran escala
76
Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
• Control del esfuerzo de confinamiento• Control de la presión de poros.
Generalidades
77
Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Equipo Triaxial (CISMID, UNI)
78
Generalidades - Equipo
CEC - 2018
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
79
Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Preparación de la muestra
Generalidades - Procedimiento
Instalación en la cámara de triaxial
Ejecución del ensayo
80
Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
• El plano de falla es generado durante el ensayo.
Generalidades - Procedimiento
81
Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
• Sin confinamiento lateral• Requiere muestras inalteradas.
Generalidades
82
Compresión simple
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Preparación de la muestra
Generalidades - Procedimiento
83
Compresión simple
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Ejecución del ensayo
Generalidades - Procedimiento
84
Compresión simple
CEC - 2018 Cimentación Profunda
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Métodos Constructivos
Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico
Lima, febrero, 2018
Cimentación Profunda
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Centro de Educación Continua
86Cimentación ProfundaCEC - 2018
• Método Constructivo
Pilote Barrenado Sin Sostenimiento
87Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Barrenado Sin Sostenimiento
88Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos
89Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos
90Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Excavado con camisa recuperable
91Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Excavado con camisa recuperable
92Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Perforado con hélice
93Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Perforado con hélice
94Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable
95Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable
96Cimentación ProfundaCEC - 2018
Método Constructivo
97Cimentación ProfundaCEC - 2018
Bibliografía Básica
• Murthy, V., Geotechnical Engineering: Principles and Practices of Soil Mechanicsand Foundation Engineering , 2002.
• Bowles, J., Foundation Analysis and Design, 2001.
98Cimentación ProfundaCEC - 2018
GRACIAS POR LA ATENCIÓN
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