Curso Taller Estudio Geotécnico para Edificaciones. Cimentación Profunda

Transcripción

1 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Curso Taller Estudio Geotécnico para Edificaciones Lima, febrero, 2018 Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

2 Contenido del Curso Cimentaciones Profundas Definiciones Básicas Estudios Geotécnicos Resistencia al Esfuerzo de Corte Método de Ejecución 2

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4 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Curso Taller Estudio Geotécnico para Edificaciones Definiciones Básicas Lima, febrero, 2018 Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

5 Definiciones Básicas Problemática Fallas en Estructuras Definiciones Pilotes 5

6 Fallas en Estructuras Grandes Asentamientos - Edificaciones Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Niigata, 1964) 6

7 Fallas en Estructuras Grandes Asentamientos - Puentes Fenómeno de Licuación de Suelos. (Japón, Kobe, 1995) 7

8 Fallas en Estructuras Grandes Asentamientos - Edificaciones Fenómeno de Consolidación en Suelos Arcillosos. (Torre de Pisa, Italia) 8

9 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. Asentamiento Superficie de falla Diseño Geométrico de Cimentaciones Superficiales 9

10 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. 10

11 Definiciones Utilización 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). 11

12 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas Pilotes Muro pantalla - anclados Cajones Muro pantalla - empotrado 12

13 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas - Pilotes Viga riostre Encepado Fuste Punta 13

14 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas - Cajones 14

15 Definiciones Tipos de Cimentaciones Profundas Muro pantalla 15

16 Pilotes Aspectos generales Mecanismo de transferencia de carga Casos de construcción Tipología 16

17 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. 17

18 Aspectos Generales Las cargas actuantes pueden ser soportadas por la fricción lateral y/o por la base. 18

19 Mecanismo de Transferencia de Carga Propuesta de mecanismo de distribución de esfuerzos por punta y fuste. 19

20 Ejemplo de Obras Ejecutadas Cimentación en suelos en suelos potencialmente licuables. (Oficinas en Talara, 2015) 20

21 Ejemplo de Obras Ejecutadas Construcción de muros pantalla con pilotes. (Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015) 21

22 Uso de Pilotes en cimentaciones Construcción de muros pantalla con pilotes. (Paso a desnivel Av. 28 de Julio, Lima, 2015) 22

23 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo. (Proyecto Vía Parque Rimac, Lima, 2015) 23

24 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Calzaduras en la construcción de Túnel debajo del Puente Trujillo. (Proyecto Vía Parque Rimac, 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 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar. (Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015) 26

27 Uso de Pilotes en cimentaciones Uso de Pilotes metálicos en la construcción de plataformas sobre mar. (Ampliación del puerto del Callao, Lima, 2015) 27

28 Uso de Pilotes en muros Uso de Pilotes en pasos a desnivel. (Línea amarilla, Lima, 2018) 28

29 Tipología Pilote Flotante Pilote Columna 29

30 Tipos 30

31 Tipos 31

32 Tipos 32

33 Tipos 33

34 Tipos 34

35 Tipos e) Según el diámetro: Los Pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos: Pilote Micropilotes. micropilotes pilotes 35

36 Tipos e) Según la disposición: Los pilotes se pueden clasificar en los siguientes tipos: Pilote aislado Grupo de pilotes Aislado Grupo de Pilotes 36

37 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Estudios Geotécnicos en Cimentaciones Profundas Lima, febrero, 2018 Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

38 Estudio Geotécnicos aplicados a cimentaciones Profundas Metodología de la Investigación Geotécnica Exploración de campo directa Exploración de campo indirecta 38

39 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 39

40 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 40

41 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 41

42 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 42

43 Perforaciones Equipo Ventajas Mecánico Rapidez Desventaja Extracción de muestras alteradas Dificultad en materiales arenosos secos y saturados Equipo de perforación rotativa Muestras extraídas 43

44 Ensayos de Penetración Tipos SPT (Ensayo Estándar de Penetración) CPT (Cono Dinámico) VST (Ensayo de Veleta) DMT (Ensayo de Dilatómetro) 44

45 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) 45

46 Ensayos de Penetración Ensayo Estándar de Penetración Valores típicos en suelos granulares: Valores típicos en suelos finos: 46

47 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 47

48 Ensayos de Penetración Cono Dinámico (Cont.) Equipo Resultados 48

49 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 49

50 Ensayos de Resistencia in-situ Ensayo de Veleta 50

51 Ensayos de Rigidez Ensayo de Dilatómetro 51

52 Ensayos de Rigidez Ensayo de Presurómetro 52

53 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

54 Ensayos de Densidad in-situ Método Reemplazo de agua 54

55 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). 55

56 Ensayos de Conductividad Hidráulica in-situ Ensayo Lugeon Ensayos en superficie Ensayos en túneles 56

57 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 57

58 Exploración indirecta Ensayos Refracción Sísmica Resistividad Eléctrica Ensayos Nucleares (densidad insitu) 58

59 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 59

60 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 60

61 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 61

62 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 62

63 Comentarios Estimación de Parámetros mediante correlación con ensayos de campo y laboratorio Lectura recomendada: 63

64 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Resistencia al Esfuerzo Cortante Lima, febrero, 2018 Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

65 Resistencia al Esfuerzo de Corte Formas de Fallas por Corte Resistencia al Corte Estimación de Parámetros 65

66 Formas de Fallas por Corte Muros Pantalla Excavaciones Zapatas Talud sumergido Presas de tierra Muros de gravedad 66

67 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. 67

68 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? 68

69 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 69

70 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 70

71 Corte Directo Generalidades La muestra esta sujeta a únicamente a un esfuerzo normal. El ensayo es realizado en condiciones drenadas. Esquema del Ensayo 71

72 Corte Directo Generalidades 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 Consiste en mantener constante el esfuerzo normal y aumentar el esfuerzo tangencial hasta la falla. 72

73 Corte Directo Generalidades - Equipo Equipo de Corte Directo (CISMID, UNI) 73

74 Corte Directo Ensayo in-situ Preparación de muestras Esquema del Ensayo Ejecución del ensayo 74

75 Corte Directo Generalidades - Ensayos a Gran escala 75

76 Corte Directo Generalidades - Ensayos a Gran escala 76

77 Ensayo Triaxial Generalidades Control del esfuerzo de confinamiento Control de la presión de poros. 77

78 Ensayo Triaxial Generalidades - Equipo Equipo Triaxial (CISMID, UNI) 78

79 Ensayo Triaxial Generalidades - Tipos 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. 79

80 Ensayo Triaxial Generalidades - Procedimiento Preparación de la muestra Instalación en la cámara de triaxial Ejecución del ensayo 80

81 Ensayo Triaxial Generalidades - Procedimiento El plano de falla es generado durante el ensayo. 81

82 Compresión simple Generalidades Sin confinamiento lateral Requiere muestras inalteradas. 82

83 Compresión simple Generalidades - Procedimiento Preparación de la muestra 83

84 Compresión simple Generalidades - Procedimiento Ejecución del ensayo 84

85 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua Métodos Constructivos Lima, febrero, 2018 Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas Guillen Profesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

86 Método Constructivo 86

87 Método Constructivo Pilote Barrenado Sin Sostenimiento 87

88 Método Constructivo Pilote Barrenado Sin Sostenimiento 88

89 Método Constructivo Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos 89

90 Método Constructivo Pilote Perforado sin entubación y con lodos bentoníticos 90

91 Método Constructivo Pilote Excavado con camisa recuperable 91

92 Método Constructivo Pilote Excavado con camisa recuperable 92

93 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice 93

94 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice 94

95 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable 95

96 Método Constructivo Pilote Perforado con hélice y entubación recuperable 96

97 Bibliografía Básica Murthy, V., Geotechnical Engineering: Principles and Practices of Soil Mechanics and Foundation Engineering, Bowles, J., Foundation Analysis and Design,

98 GRACIAS POR LA ATENCIÓN PREGUNTAS? 98