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CIMENTACIONES PROFUNDAS Y SU AVANCE EN COLOMBIA
Jorge Alberto Rodriguez, PhDJeoprobe SAS,
Universidad Javeriana- Bogotá
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
DISEÑO MODERNO DE PILOTES
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.
DISEÑO MODERNO DE PILOTES
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
DISEÑO MODERNO DE PILOTES
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
DISEÑO MODERNO DE PILOTES
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
DISEÑO MODERNO DE PILOTES
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
DISEÑO MODERNO DE PILOTES
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
Perfil de suelosPilotes hincados
0.4x04m, L=52 m
Carga máxima calculada
220 ton
Wn (%)0 100 200 300
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
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
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
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)
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
Análisis de confiabilidad
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500
Distribuciones de carga y resistencia (ton)
Resistencia
Cargas
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
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
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
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
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
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
EJEMPLO - PILOTES HINCADOS BOGOTÁ
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
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.