Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Contacto: [email protected]Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Lima, febrero, 2018 Curso Taller Estudio Geotécnico para Edificaciones Cimentación Profunda
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Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil
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
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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
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Las cargas actuantes pueden ser soportadas por la fricción lateral y/o por la base.
Aspectos Generales
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Mecanismo de Transferencia de Carga
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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)
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Uso de Pilotes en muros
Tipología
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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:
Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico
Lima, febrero, 2018
Cimentación Profunda
Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil
Centro de Educación Continua
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
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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.
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Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Equipo de Corte Directo (CISMID, UNI)
Generalidades - Equipo
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Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Ensayo in-situ
Esquema del Ensayo
Preparación de muestras
Ejecución del ensayo
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Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Generalidades - Ensayos a Gran escala
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Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Generalidades - Ensayos a Gran escala
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Corte Directo
CEC - 2018 Cimentación Profunda
• Control del esfuerzo de confinamiento• Control de la presión de poros.
Generalidades
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Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Equipo Triaxial (CISMID, UNI)
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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
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Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
Preparación de la muestra
Generalidades - Procedimiento
Instalación en la cámara de triaxial
Ejecución del ensayo
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Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
• El plano de falla es generado durante el ensayo.
Generalidades - Procedimiento
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Ensayo Triaxial
CEC - 2018 Cimentación Profunda
• Sin confinamiento lateral• Requiere muestras inalteradas.