Estudio Geotécnico para Edificaciones

Transcripción

1 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Estudio Geotécnico para Edificaciones Aspectos Teóricos Lima, Agosto, 2017 Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

2

3 Contenido del Curso Aspectos Generales Pilotes Estudios Geotécnicos Resistencia al esfuerzo de corte Método de Ejecución Estimación de la Capacidad Portante 3

4 Aspectos Generales Problemática Definiciones 4

5 Problemática Grandes Asentamientos - Edificaciones Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Niigata, 1964) 5

6 Problemática Grandes Asentamientos - Puentes Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Kobe, 1995) 6

7 Problemática Grandes Asentamientos - Edificaciones Fenómeno de Consolidación en Suelos Arcillosos. (Torre de Pisa, Italia) 7

8 Definiciones El Suelo de Fundación 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 8

9 Definiciones Aplicación de Cimentaciones Profundas 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). 9

10 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas Pilotes Muro pantalla Cajones 10

11 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas - Pilotes Viga riostre Encepado Fuste Punta 11

12 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas - Cajones 12

13 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas Muro pantalla 13

14 Pilotes Aspectos generales Mecanismo de transferencia de carga Uso de pilotes en cimentaciones Tipos 14

15 Aspectos Generales 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. 15

16 Aspectos Generales Las cargas actuantes pueden ser soportadas por la fricción lateral y/o por la base. 16

17 Mecanismo de Transferencia de Carga Propuesta de mecanismo de distribución de esfuerzos por punta y fuste. 17

18 Uso de Pilotes en cimentaciones Cimentación en suelos en suelos potencialmente licuables. (Oficinas en Talara, 2015) 18

19 Uso de Pilotes en cimentaciones Construcción de muros pantalla con pilotes. (Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015) 19

20 Uso de Pilotes en cimentaciones Construcción de muros pantalla con pilotes. (Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015) 20

21 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo. (Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015) 21

22 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo. (Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015) 22

23 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar. (Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015) 23

24 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar. (Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015) 24

25 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar. (Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015) 25

26 Tipos Pilote Flotante Pilote Columna 26

27 Tipos 27

28 Tipos 28

29 Tipos 29

30 Tipos 30

31 Tipos 31

32 Tipos e) Según el diámetro: Los Pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos: Pilote Micropilotes. micropilotes pilotes 32

33 Tipos e) Según la disposición: Los pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos: Pilote aislado Grupo de pilotes Aislado Grupo de Pilotes 33

34 Estudio Geotécnicos Metodología de la Investigación Geotécnica Exploración de campo directa Exploración de campo indirecta 34

35 Metodología de la Investigación Geotécnica 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 35

36 Exploración de Campo In-situ Directa Indirecta 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 36

37 Exploración directa Tipos 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 37

38 Excavación a cielo abierto Calicatas y trincheras 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 38

39 Perforaciones Equipo Ventajas Mecánico Rapidez Desventaja Extracción de muestras alteradas Dificultad en materiales arenosos secos y saturados Equipo de perforación rotativo Muestras extraídas 39

40 Ensayos de Penetración Tipos SPT (Ensayo Estándar de Penetración) CPT (Cono Dinámico) VST (Ensayo de Veleta) DMT (Ensayo de Dilatómetro) 40

41 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) 41

42 Ensayos de Penetración Ensayo Estándar de Penetración Valores típicos en suelos granulares: Valores típicos en suelos finos: 42

43 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 43

44 Ensayos de Penetración Cono Dinámico (Cont.) Equipo Resultados 44

45 Ensayos de Resistencia in-situ 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 45

46 Ensayos de Resistencia in-situ Ensayo de Veleta 46

47 Ensayos de Rigidez Ensayo de Dilatómetro 47

48 Ensayos de Rigidez Ensayo de Presurómetro 48

49 Ensayos de Densidad in-situ 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 D

50 Ensayos de Conductividad Hidráulica 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). 50

51 Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ Ensayo Lugeon Ensayos en superficie Ensayos en túneles 51

52 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 52

53 Exploración indirecta Ensayos: Refracción Sísmica Resistividad Eléctrica Ensayos Nucleares (densidad in-situ) 53

54 Refracción sísmica 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 54

55 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 55

56 Resistividad Eléctrica 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 56

57 Ensayos Nucleares Densímetro nuclear 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 57

58 Comentarios Estimación de Parámetros mediante correlación con ensayos de campo y laboratorio Lectura recomendada: 58

59 Resistencia al Esfuerzo de Corte Formas de Fallas por Corte Resistencia al Corte Estimación de Parámetros 59

60 Formas de Fallas por Corte Muros Pantalla Excavaciones Zapatas Talud sumergido Presas de tierra Muros de gravedad 60

61 Resistencia Cortante Resistencia al esfuerzo cortante que moviliza el material (suelo) en la superficie de falla. Esfuerzo Actuante Esfuerzo Resistente Efecto combinado de cohesión y fricción Tensiones actuantes en el plano de falla. Esquema de superficie de falla y zona de corte. Tensiones actuantes en el plano de falla. 61

62 Estimación de Parámetros de Resistencia al Corte Envolvente de falla La resistencia al corte puede ser estimada de acuerdo al criterio de falla Mohr-Coulomb. La ecuación de la envolvente de falla representa la ecuación de resistencia del suelo : Estado de esfuerzo de corte en la falla Curva empírica!!! Estado de esfuerzo de corte actuante en suelos c n tan Línea recta n Donde (parámetros de resistencia): c : Parámetro de cohesión : Parámetro de fricción Siempre lineal? 62

63 Estimación de Parámetros de Resistencia al Corte Criterio de Resistencia de Falla Circulo de Mohr Esfuerzo principal mayor Esfuerzo principal menor Plano de falla En suelo sin cohesión: Esfuerzo desviador 63

64 Estimación de Parámetros de Resistencia al Corte Ensayos de Laboratorio - Tipos Corte Directo Triaxial Compresión Simple Corte Directo Triaxial Compresión Confinada Compresión Simple Compresión no-confinada 64

65 Método Constructivo Formas de Fallas por Corte Resistencia al Corte Estimación de Parámetros 65

66 Método Constructivo Pilote Barrenado Sin Sostenimiento 66

67 Método Constructivo Pilote Barrenado Sin Sostenimiento 67

68 Método Constructivo Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos 68

69 Método Constructivo Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos 69

70 Método Constructivo Pilote Excavado con camisa recuperable 70

71 Método Constructivo Pilote Excavado con camisa recuperable 71

72 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice 72

73 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice 73

74 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable 74

75 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable 75

76 Bibliografía Básica Murthy, V., Geotechnical Engineering: Principles and Practices of Soil Mechanics and Foundation Engineering, Duncan, M. & Wright, S., Soil Strength and Slope Stability, Kramer, S., Geotechnical Earthquake Engineering, Bowles, J., Foundation Analysis and Design,

77 GRACIAS POR LA ATENCIÓN PREGUNTAS? 77

78 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Estudio Geotécnico para Edificaciones Aspectos Teóricos y de Calculo Lima, Agosto, 2017 Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com