Fundaciones Profundas_1 Parte

7/28/2019 Fundaciones Profundas_1 Parte

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FUNDACIONES PROFUNDAS

Prof.: Ing. Roberto Terzariol2007


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1.- CLASIFICACIN

Las fundaciones profundas pueden clasificarse de diferentes modos, deacuerdo a que aspecto se tenga en cuenta.

Algunos de los criterios a emplear para diferenciar estas fundaciones puedenser: Materiales constitutivos Metodologa constructiva Forma de trabajo

En realidad estos aspectos se encuentran vinculados entre s porque losmateriales empleados tienen relacin directa con el proceso constructivo y consu forma de trabajo.

1.1. Materiales constitutivos

Bsicamente los materiales para construir fundaciones profundas son tres: Madera Acero Hormign simple y armado

Se analizar cada uno de ellos.

MaderaEstos son los pilotes ms antiguos desde que se tiene referencia y se usantodava en la actualidad.

Desde la prehistoria el hombre ha construido viviendas en proximidades deros, lagos y mares y la forma de evitar las inundaciones por las fluctuacionesdel nivel de estas aguas, fue levantar las viviendas sobre palafitos. Estospalafitos no son otra cosa que pilotes de madera clavados en el subsueloblando hasta que no penetren ms, y que se continan en superficie porencima del nivel de las aguas altas.

Los Romanos hicieron un uso intensivo de estos pilotes de madera,hincndolos para fundar puentes, acueductos y compactar el suelo debajo de

algunas de sus vas (caminos) cuando pasaban por zonas de suelos blandoso anegadizos. Para su famoso cruce del ro Rin, Julio Cesar, construy unviaducto hincando pilotes de madera a media que avanzaba a travs del caucedel ro. Algunas de estas obras an estn en servicio, sin problemas defundacin.

El uso de estos pilotes continu en el medioevo, el renacimiento y hasta el sigloXVIII, prcticamente como pilote estndar. Los edificios y puentes de lasciudades de Holanda y Venecia son ejemplos de ellas.

En el siglo XIX, tuvieron una fuerte competencia por los pilotes metlicos y

hacia fines de ese siglo y durante el siglo XX, por los elementos de hormign.


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Si bien en la actualidad an se usan, sobre todo en pases que son grandesproductores de madera, en el resto del mundo su empleo ha ido decreciendo.En nuestro pas se pueden observar muchos de estos pilotes en los muelles delas riberas de los ros del litoral.

Para penetrar en el suelo necesaria-mente deben ser hincados, por lo quepodra decirse que desde el punto de vista constructivo son pilotesprefabricados e hincados. Desde la forma de trabajo pueden actuar por friccin,por punta o combinados de acuerdo al tipo de suelo. En general son de seccincircular o cuadrados.

Algunas ventajas e inconvenientes son las siguientes:

Ventajas: Economa de transporte. Costo relativamente bajo en pases productores de madera.

Fciles de empalmar. Fciles de hincar en el suelo. Son perdurables si estn siempre bajo agua o en seco. Requieren equipamiento poco sofisticado, en especial en zonas de difcil

acceso.

Inconvenientes: Su longitud depende del rbol. Deben ser de madera dura. Los empalmes son puntos dbiles. Tiene baja capacidad de carga individual. Pueden ser atacados por insectos. Se degradan en zonas sometidas a ciclos de humedecimiento y secado. Deben ser protegidos de los ataques y el fuego mediante tratamientos

adecuados. Cuando se hincan en suelos duros la punta inferior debe ser protegida

mediante un azuche metlico. La cabeza debe zuncharse para resistir los golpes de la hinca.

MetlicosDurante el siglo XIX, con la produccin masiva del hierro y el advenimiento del

acero, surgieron estos pilotes como el sustituto de los pilotes de madera.Originalmente se pens que al ser un material fabricado por el hombre, podranconstruirse de las dimensiones necesarias para cada proyecto y dada su granresistencia por unidad de superficie, resultaran ms econmicos que los demadera.

Estas premisas no resultaron totalmente ciertas ya que los procesos deindustrializacin requieren de estandarizar las dimensiones, y pese a su mayorresistencia, su peso especfico es superior al de la madera.


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En la actualidad se utilizan en especial en los pases con alta produccinindustrial (EEUU, Japn, Europa, etc.). En nuestro pas se empleanespordicamente para algunas obras especiales o recalces de estructuras.

Desde el punto de vista constructivo y de forma de trabajo, valen las mismas

consideraciones que para pilotes de madera.

A modo de ejemplo, algunas ventajas e inconvenientes, son las siguientes:

Ventajas: Gran resistencia unitaria Fcilmente empalmables Pueden penetrar en terrenos duros, incluso rocas blandas. Pueden construirse de formas huecas o con rigidizadores laterales. Pueden hincarse perfiles simples o compuestos. No precisan de refuerzos para atravesar suelos duros.

Inconvenientes: Pueden ser atacados (corrodos, oxidados) por el suelo que los rodea. Deben ser transportados desde la fbrica hasta la obra. Puede ser importante el costo de transporte. Deben hincarse en grupos para tomar cargas importantes. Suelen ser costosos en pases no industrializados.

Hormign armado o simpleSe tienen algunos antecedentes de pilas o pilotes de gran dimetro construidosde mampostera para fundar puentes o algunos templos por parte de losEgipcios y los Asirios.

Los Romanos descubrieron como mejorar las cales, adicionando arcillas ycalor, creando un cementante primitivo, que endureca bajo el agua. Estecementante mezclado con arena y piedra forma un nuevo material que hoyconocemos como hormign. Este material se empleaba para construir pilotes ypilas en terrenos secos y a escasa profundidad.

A partir de fines del siglo XIX y hasta el presente el hormign sin armar oarmado es el material ms empleado para la construccin de pilotes.

Si bien su resistencia por unidad de superficie, es inferior a la del acero, sucosto es menor por lo que mayores secciones no implican mayoreserogaciones. Adems con la incorporacin de acero de refuerzo se logranimportantes economas y ventajas constructivas.

Desde el punto de vista constructivo pueden ser pilotes prefabricados ehincados (hormign armado) o bien excavados y hormigonados en el lugar(hormign armado y hormign simple). Por su forma de trabajo, puedentrabajar por la punta, por friccin o ambas segn el suelo atravesado.

Presentan algunas ventajas e inconvenientes:


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Ventajas: Pueden ser hincados o excavados. Los hincados pueden prefabricarse al pie de obra, eliminando el

transporte, y no precisan de fbricas para su produccin. Los excavados pueden ser colados dentro del suelo excavado son

necesidad de moldes y llevar un ensanche inferior para mejorar sucapacidad de carga. Prcticamente pueden tener las dimensiones estrictamente necesarias

segn el proyecto. Se construyen de grandes dimetros minimizando los grupos de pilotes. Pueden reforzarse mediante barras de acero para lograr resistencia a

los esfuerzos de hincado, transporte y acciones verticales y horizontales. Son resistentes a la agresin del suelo circundante

Inconvenientes: Los excavados y hormigonados in situ, requieren de tcnicas

constructivas especiales bajo agua o en suelos desmoronables. A los prefabricados no conviene construirlos en tramos de ms de 15

metros, para su manipuleo en obra. No son tan fciles de empalmar como los metlicos o de madera. En el caso de colarlos in situ, bajo agua, estn en contacto con un medio

potencialmente agresivo cuando el material tiene menor resistencia.

1.2. Metodologa constructiva

Desde la ptica de la construccin, las fundaciones profundas pueden dividirseen pilotes de extraccin y de desplazamiento del suelo.

Pilotes de extraccinEstos pilotes son los comnmente denominados excavados y hormigonados insitu. Tiene seccin circular, pueden tener ensanche en la base y su longituddepende de la cota de fundacin. Los hay de dimetros pequeos (20 cm oms) y gran dimetro (ms de 80 cm).

La forma de excavacin, puede ser: Manual Mecnica

Manual: La excavacin manual de pilotes (figura 1), se puede realizar en secoen suelo estable, en seco en suelo desmoronable o bajo agua. Se realizanperforaciones con dimetros mnimos de 60 cm y pueden alcanzarprofundidades de varias decenas de metros.

Es la fundacin profunda ms comn en nuestro medio para edificios en zonasde suelos colapsables. Se los denomina en general pozos romanos, pero enotros pases reciben diferentes denominaciones, como ser, pozos indios(Espaa), tubuloes (Brasil), pilas (Colombia), shafts (EEUU), etc. Es unexcelente mtodo que garantiza el apoyo de la base.


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Aire apresin

a) b) c)

Figura 1

La excavacin en seco, a travs de suelo cohesivo (figura 1.a), no requiere deentibados ni protecciones especiales, salvo las medidas de seguridadhabituales para los operarios, en este tipo de tareas (arns, cuerda de vida,etc.). En la figura 2 se aprecia un torno de pocero y un pozo ya hormigonadocon su armadura.

Figura 2

La realizan dos operarios, uno que maneja el torno en la superficie y otro queexcava dentro del pozo. El primero sube y baja el balde de lona con el sueloexcavado y el segundo realiza la operacin de excavacin propiamente dicha.

El rendimiento es de aproximadamente 10 metros de profundidad por da. Alllegar a la cota de fundacin puede realizarse un ensanche para aumentar elrea de la punta. Una vez alcanzada la cota de fundacin se introduce laarmadura longitudinal y se procede al hormigonado.

Si se atraviesan estratos desmoronables, se puede emplear el mismo sistema,pero entibando la excavacin, por ejemplo mediante aros de hormign (figura


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1.b). Estos aros descienden por su propio peso a medida que se excava debajode ellos. Una vez superado el estrato desmoronable, se reduce el dimetro dela excavacin y se contina sin entibado. Las dems operaciones se realizanigual que si se trabajase en suelo no desmoronable. En la zona de aros esconveniente despreciar la colaboracin friccional.

Para excavar por debajo del nivel fretico, si el mismo no puede ser deprimidomediante bombeo, se emplea el mtodo de excavacin con aire comprimido(figura 1.c). Esta metodologa fue propuesta por el francs Pappin en el sigloXVIII, pero se comenz a emplear a mediados del siglo XIX, especialmentepara las fundaciones de puentes. Se introduce un tubo que servir derevestimiento y en la parte superior del mismo se coloca una cmara depresurizacin. El mtodo consiste en introducir aire a presin dentro del tubo deexcavacin. La presin debe ser tal que equilibre la presin del agua exterior, yde ese modo evitar su ingreso a la excavacin. En esas condiciones losoperarios trabajan al igual que si estuvieran en seco.

La cmara superior sirve para lograr una presurizacin y despresurizacingradual de manera tal de no producir alteraciones fisiolgicas en los operarios.Una vez alcanzada la cota de fundacin se pueden realizar ensanches yposteriormente bajar la armadura y hormigonar. Hasta mediados del siglo XXse emplearon en algunos edificios de Sao Paulo (Brasil). Su ltimo uso ennuestro pas fue en el puente Internacional entre las ciudades de Posadas(Misiones) y Encarnacin (Paraguay).

Mecnica:Al igual que la excavacin manual la mecnica puede ser en secoen terrenos estables, o en terrenos desmoronables y/o bajo el agua.

a) b) c)

Figura 3Es una tcnica que ha ganado terreno en nuestro medio frente a la excavacinmanual, a medida que sus precios se han reducido producto de la mayorcompetencia y mecanizacin.

En la figura 3, se esquematizan estas fundaciones profundas. Uno de losinconvenientes que tienen es que siempre queda suelo suelto en la base delpilote lo que puede anular la capacidad de carga por la punta. Por ese motivouna vez hormigonado el fuste de estos pilotes se suele inyectar la base conlechada cementicia a presin, para garantizar su apoyo.


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La excavacin puede ser mediante un barreno o mecha corta, de 1,00 metro delargo aproximadamente (figura 3.a), que est unido a una barra, la que vamontada en una torre y pasa por un yugo que le imprime la rotacin. Al rotarla mecha penetra en el terreno y se llena de suelo molido. En este punto seextrae la mecha, se saca el suelo de la misma y se reintroduce para seguir la

operacin hasta la cota de fundacin. Al llegar a la misma si es necesario sepuede realizar un ensanche mediante un dispositivo especial. Posteriormentese introduce la armadura y se procede al hormigonado. La figura 4 muestra unequipo de excavacin mecnico con ensanchador inferior.

Figura 4

Cuando se atraviesan estratos desmoronables o se est bajo el nivel fretico,se emplean lodos bentonticos para evitar que el suelo caiga dentro de laexcavacin. El equipo de excavacin es el mismo o bien en lugar de mechas sepueden emplear baldes con aberturas inferiores (figuras 3.b y 5).


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Figura 5

El lodo bentontico es una mezcla de bentonita (arcilla) y agua con una

na alternativa en estos casos, cuando el pilote es de pequeo dimetro o

ilotes de desplazamiento

densidad de 1,08 g/cm3 aproximadamente. Este lodo ocupa toda la excavaciny tiene las propiedades de no sedimentar durante la excavacin, y formar unapasta con el suelo lateral impidiendo su colapso dentro de la excavacin. Unavez alcanzado el material de apoyo, se introduce la armadura y luego una

caera interior. Por esta caera se cuela el hormign que ingresa de abajohacia arriba y por su diferente densidad no se mezcla con el lodo,desplazndolo hacia la superficie, y dejando toda la excavacin llena dehormign.

Upoco profundo, es emplear una mecha contnua la que constantemente estllena de suelo excavado impidiendo el ingreso del suelo lateral (figura III.12.c).Una vez alcanzada la cota de fundacin, a medida que se extrae la mecha, seintroduce hormign por la barra central, que es hueca. Al llegar a la superficiequeda un pilote de hormign simple, al que se le puede introducir la armadura

mientras est fresco, mediante un vibrador.

Pe denominados pilotes hincados. Son pilotes que

ado que deben penetrar en el suelo la mayor o menor energa (esttica o

e dividen en dos grandes grupos:

Estos son los comnmentpueden ser utilizados para atravesar terrenos estables, inestables o bajo elagua sin inconvenientes.

Ddinmica), necesaria para lograr dicha penetracin es una medida de lacapacidad de carga de los mismos.

S


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Pilotes prefabricados e hincados.situ.

refabricados e hincados: Estos pilotes pueden ser metlicos, de madera u

Pilotes hincados y hormigonados in

Phormign armado y se diferencian en la forma de hinca (figura 6).

a) b) c)

Figura 6

n la figura 6.a, se muestra un martillo de cada libre. Se trata de una masa

Figura 7

Desde comienzos del siglo XX, el mtodo ms empleado es utilizar martinetesde hinca (figura 6.b). Estos son cilindros diesel o de vapor, dentro de los cualesse mueve un pistn con un mbolo, que en cada ciclo es empujado hacia

Eque pende de una roldana, tomada de una torre que tambin sirve de gua alpilote. La penetracin se logra por sucesivos golpes aplicados al pilote. Al llegara la cota de fundacin se controla el rechazo, que es la penetracin mximapara un determinado nmero de golpes, aplicados por la masa desde un alturade cada preestablecida. Estos equipos se emplean desde la antigedad y sonmuy eficientes para suelos blandos y pilotes pequeos o de madera. La figura 7

muestra un equipo en accin.


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arriba, por la explosin del combustible (diesel) o por la expansin del fluido(vapor). En los martinetes a vapor la cada del pistn golpea el cilindro y este alpilote. Mientras en los martinetes diesel el cilindro golpea al pistn por reaccindurante la explosin del combustible. En la actualidad prcticamente slo seemplean martinetes diesel. En la figura 8 se observa la hincad e pilotes

mediante martinete Diesel y el empalme de los mismos mediante soldadura.

Figura 8

Una variante de martinete es el empleo de a.c). Se trata de un motor con dos masas excntricas que giran en sentido

opuesto. Con esta vibracin el p introduce en el suelo. Son msficientes al atravesar suelos arenosos finos saturados, ya que la vibracin

vibradores unidos al pilote (figur6

ilote seeproduce la licuacin del material permitiendo el ingreso del pilote y lacompactacin del suelo lateral.

Pilotes hincados y hormigonados in situ: Son los Pilotes Tipo Franki (Figura9), desarrollados a comienzos del siglo XX por la firma Pieux Franki de Blgica.

a) b) c) d)

Figura 9


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La secuencia constructiva de estos pilotes es la siguiente: Se coloca un tapn de grava dentro de un cao camisa y se golpea la

grava, con un pisn de cada libre, hasta que la misma se adhiere alcao y este comienza a penetrar en el terreno (figura 9.a).

Contina la hinca hasta la cota de fundacin y se controla el rechazo aligual que en los otros tipos de pilotes (figura 9.b). Una vez garantizada la resistencia necesaria la camisa es tomada por la

maquina hincadora y se golpea la grava inferior hasta expulsar el tapn.En ese momento se introduce hormign seco, el que se compacta con elpiln formando un bulbo inferior (figura 9.c).

Finalmente se introduce la armadura y mientras se extrae la camisa seintroduce hormign seco por capas el que es sucesivamentecompactado por golpes de piln. Esta operacin contina hasta extraertotalmente la camisa y queda el pilote terminado (figura 9.d).

de hinca.

En la dcada de 1960 se fundaron variosCrdoba con esta tcnica, con un comporciudad fueron progresivamenthincados y los pilotes excavados.tecnologa para fundar la planta de abastecMolinos-Crdoba. En las provincias del litohoy en gran medida, pese a la competencia de los otros tipos de pilotes.

na variante a este mtodo es introducir la camisa por vibracin, colocar la

armadura y agregar hormign, a medida que se extrae la camisa tambin poribracin. Este pilote no es muy usado en nuestro medio. Existe una gran

Figura 10

La figura 10 muestra el equipo de hinca y un detalle del cao camisa y el pisn

edificios y puentes en la ciudad detamiento muy satisfactorio. En esta

e reemplazados por los pilotes prefabricados eEn la dcada de 1980 se emple esta

imiento de agua desde el canal Losral y Buenos Aires, se lo emplea an

U

v


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variedad de metodologas similares o con variantes del pilote Franki, como serpilotes Express, Strauss, etc., pero ninguna goza de tanta aceptacin como los

rimeros.p1.3. Forma de trabajo

En principio pueden dividirse en pilotes que trabajan de punta, por friccin oambas simultneamente (figura 11).

a) b) c)

Figura 11

Esta divisin no es absoluta ya que al estar el pilote inmerso en el suelo, esimposible que no acten las dos fuerzas resistentes, pero una de las dospredomina sobre la otra.

El pilote de la figura 11.a, est inmerso en un suelo blando en toda su longitudy que se extiende an por debajo de la punta del pilote. El suelo blando aportacarga de punta, pero como el rea de contacto es pequea y su resistenciabaja, esta carga es despreciable frente a la friccin.

En la figura 11.b, se esquematiza un pilote de punta. Puede ser un piloteapoyado sobre roca, atravesando una capa de suelo blando. En este caso elaporte de la friccin es despreciable frente a la carga que puede tomar la basedel pilote. Sobre todo por la diferen ez entre estos dos materiales.

s, donde ni la colaboracin de punta ni la friccionalueden despreciarse para cuantificar la capacidad de carga total de la

cias ya que al desplazar eluelo para penetrar en el mismo, desarrollan simultneamente esas

cia de rigidPor ltimo los pilotes que trabajan tanto por friccin como de punta estnesquematizados en la figura 11.c. Es el caso ms comn en los pilotes, tantoexcavados como hincadopfundacin.

En relacin a los aspectos constructivos puede decirse que los pilotes hincadostienen un aprovechamiento mayor de ambas resistenscapacidades de carga individuales.


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Por su parte los pilotes excavados al extraer el suelo generan una relajacin detensiones que ablanda el suelo, en especial el de la base, por lo que el

provechamiento es menor en la resistencia de punta frente a la friccional.

. ENSAYOS PENETROMETRICOS DE USO CORRIENTE EN LA

ferencia para los siguientes mtodos densayos penetromtricos: Ensayo penetromtrico de cono (CPT), ensayo de

n 1989 el Comit Tcnico 16 (TC 16) publica los procedimientos de ensayo de

edisheotechnical Institute, 1989)

aSiempre debe considerarse que estos fenmenos dependen de las rigideces

relativas entre los suelos laterales y los ubicados bajo la punta del pilote.

2ACTUALIDAD.

El Comit Tcnico 16 de la ISSMFE, es el comit encargado proponer losprocedimientos y los equipos de reepenetracin estndar (SPT), prueba penetromtrica dinmica (DP) y weightsounding test (WST).

Ereferencia para los ensayos CPT, DP y SPT. Las definiciones, procedimientos yequipos que se detallan a continuacin corresponden a dicho reporte. (SwG2.1-Ensayo de penetracin esttica de cono CPT.

Procedimiento:

in: La velocidad de penetracin ser de 20 mm/s, conna tolerancia de 5 mm/s. En caso de tratarse de un piezo-cono se

tervalos de lecturas: Es ms recomendable la lectura continua. En caso de norior a 0,2 m.

Medicin de la profundidad: Las profundidades sern medidas con una

eometra general del penetrmetro: Se podrn utilizar penetrmetros con o

mentos de la punta del penetrmetro. Los

jes del cono, de la camisa friccional y el cuerpo del penetrmetro, debern sercoincidentes.

Verticalidad: El pistn de empuje ser asentado, de forma tal, de obtener unadireccin de empuje lo ms vertical posible. La desviacin de la direccin deempuje, respecto a la vertical, no debe exceder el 2 %.

Velocidad de penetracumantendr la velocidad, pero la tolerancia ser menor. Entre estas toleranciasel valor adoptado se mantendr constante durante todo el movimiento, aun silas lecturas sern slo en intervalos.

Inser as, el intervalo entre lecturas no deber ser supe

exactitud del orden de 0,1m.

Equipo bsicoGsin camisa friccional y con o sin piezmetro poroso o piezocono. Si hubiera unaranura entre el cono y los dems elementos de la punta del penetrmetro, estaser la mnima necesaria para la operacin de los dispositivos sensores, yevitar el ingreso de partculas. Esto tambin se aplicar a los extremos de lacamisa friccional y para los dems ele

e


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Cono: El cono constar de una parte cnica y una extensin cilndrica. El

imetro nominal exterior del cono y de las barras puede variar entre 34,8 mm

y 31,2 mm y la altura de la parte cilndrica debe

star entre 7,0 mm y 10,0 mm. La proyeccin horizontal del rea del cono debeser de 1000 mm2. La rugosidad superficial en la direccin longitudinal no

dy 36,0 mm, con un ngulo de 60 en el vrtice. La longitud de la parte cnicapuede variar entre 24,0 mm

e

deber exceder 1 m. (Figura 12)

Figura 12

ispositivos sensores: Los sensores destinados a mDfriccin loc

edir la resistencia a laal funcionarn de forma tal que sean registradas las tensiones de

corte, y no las tensiones normales.

Camisa friccional: El dimetro de la camisa de friccin no deber ser menor deldimetro de la extensin cilndrica del cono y no deber superar dicho dimetroms 0,35 mm. La superficie de la camisa de friccin deber ser de 15000 mm2.La rugosidad de la camisa friccional en la direccin del eje longitudinal estarentre 0,25 m y 0,75 m. La camisa friccional estar situada inmediatamentedespus del cono, las ranuras, entre la camisa friccional y las otras partes delpenetrmetro, debern estar selladas respetando lo dicho anteriormente pararanuras y sellos.

Barras de empuje: Las barras de empuje estarn unidas entre s, mediantentas rgidas, las cuales podrn ser roscadas, manteniendo el conjunto de

ras.

uje: El pistn tendr una carrera de al menos 1 metro, ympujar las barras dentro del suelo a una velocidad de penetracin constante.

ju

barras lo mas recto posible. La deflexin mxima permitida ser, en el puntomedio de una barra de 1 m de longitud, de 0,5 mm para las cinco primerasbarras y 1mm para las restantes barEquipo de medicin: Los esfuerzos para la penetracin del cono y la friccinlateral, y la presin de poros (si se tratara e un piezocono), sern medidos pordispositivos adecuados y las seales transmitidas por mtodos apropiados a unsistema de recoleccin de datos de acceso directo. No son recomendables lossistemas de recoleccin de datos que no permitan el acceso a estos durante elensayo.

Sistema de empe


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perforacin tendr un dimetro no mayor al 90 % del dimetro de la camisa. Eldimetro de la perforacin deber ser de entre 63 mm y 150 mm.

Sacamuestras: El tubo del sacamuestras ser realizado en acero reforzado, ytanto la superficie interna como la externa, debern ser lisas. (Figura 13 )

El dimetro externo ser de 51 mm 1 mm y el dimetro interno ser de 35mm 1 mm. La longitud total del mismo ser de 457 mm como mnimo. Elsacamuestras tendr un zapato, cuya longitud ser de 76 mm 1 mm y cuyodimetro exterior ser exactamente igual al dimetro exterior del tubo. En los19 mm finales del zapato el di rno disminuir gradualmente, d

rma tal de facilitar la penetracin. El material ser el mismo que el material

ingresado al

acamuestras. La vlvula proveer un sello estanco cuando sea retirado el

lquiercrustacin de suelo, interna o externa.

metro exte efodel tubo. En el extremo opuesto del tubo habr un manguito de acero queconectar el sacamuestras con las barras de perforacin. Dentro del manguitohabr una vlvula de pie con aberturas en las paredes, que son de tamaosuficiente para permitir el escape de aire o agua que haya

ssacamuestras. El zapato ser reemplazado cuando resulte daado odeformado y el sacamuestras ser limpiado y dejado libre de cuainBarras de perforacin: Las barras de perforacin de acero, que conectarn elsacamuestras con la cabeza de golpeo, tendrn un mdulo resistenteadecuado a su longitud total y a la restriccin lateral.

Propiedades seccionales adecuadas son:

No debern usarse barras ms pesadas que 10,03 Kg/m. Las barras que seusen debern estar libres de curvaturas y se realizarn controles peridicos alrespecto. La deflexin relativa, medida en toda la longitud de barras o en cada

arra, no debe superar 1/750. Las barras estarnb unidas firmemente por

onjunto martinete comprende (figura 14:a. La cabeza de golpeo de acero que estar unida firmemente a lasbarras de perforacin mediante una unin roscada. La energatransferida en el impacto ser maximizada mediante un adecuadodiseo.b. El martinete de acero cuyo peso ser de 63 Kg 0,5 Kgc. La gua que garantizar que el martine te golpee la cabeza oponiendola menor resistencia posible.d. Un mecanismo que asegurar que el martinete tendr una cada librede 760 mm constantemente.

uniones roscadas.

C


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Figura 14

El pes poyar sobre las barras de perforacin no

eber exceder los 115 Kg. En situaciones en donde las comparaciones entreresultados de distintos SPT sean importantes, se debern realizarcalibraciones, para evaluar la eficiencia de los equipos en trminos de engratransferida. En esos casos los valores de N debern ser ajustados a unaenerga de referencia del 60 % de la energa cintica nominal correspondientea un peso de 63,5 Kg en cada libre desde una altura de 760 mm, es decir 474Joules. La energa de referencia ser medida inmediatamente bajo cabeza degolpeo. Este aspecto ser aclarado mas adelante.

Eficiencia del golpe: Se define como prdida de energa, a la diferencia entre laenerga terica disponible y la energa realmente transmitida:

o total del conjunto, que se a

d

Entre las causas principales que producen prdidas de energa se puedenmencionar: Altura de cada incorrecta, friccin entre la soga y las poleas,friccin entre el martinete y la barra gua y disipacin de energa pordeformacin elstica de las barras de perforacin.

La eficiencia del golpe se define como la relacin entre, la energa realmentetransmitida al sacamuestras por el golpe y la energa cintica terica que

transmitira el golpe si no hubiera prdida de energa:

La eficiencia es, en general, poco sens ible a la variacin del nmero de golpesSPT), pero al aumentar la cantidad de golpes acumulados el valor de la

eficiencia es menos disperso.(N

Trabajando con dispositivos con desenganche automtico y manteniendo sinvariacin otras condiciones, el rendimiento solo deber variar con la

profundidad y con el nmero de golpes.


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Como conclusin Skempton considera el rendimiento ERi compuesto por elproducto de otros dos rendimientos:

Donde d es la eficiencia dinmica, que depende de las dimensiones del

martinete, la cabeza de golpeo y la barra gua y ERv es el rendimiento develocidad:

que a su vez est compuesto por, Eh: Energa realmente transferida por elpacto, medida inmediatamente despus de la cabeza de golpeo y E*:

ispositivo con soga y polea: Son los dispositivos ms primitivos y ms

stel martinete a perno o con barra gua,martinete de seguridad y martinete tipo anular (donut). (Fig. ??)

mos tiene mucha influencia en los resultados el factorrol de la energa a transmitir que

rovee. En cada golpe pueden producirse interferencias involuntarias del

etc.; todo esto disminuye la energa transmitir,sea

vada, pero laficiencia de cada golpe es muy variable; el recorrido de soga, para elevar el

con mecanismos de soga y polea deenvo, probando con una, dos y tres vueltas de soga, alrededor de la polea, la

imEnerga cintica terica (474 J).

Dispositivo de hincado.D

difundidos. Entre los distintos tipos de martinetes accionados por emecanismo podemos mencionar a

Los dispositivos con soga y polea, a su vez, se pueden dividir en: dispositivossin reenvo y dispositivos con reenvo.

Con estos mecanishumano, (el operario) debido al poco contpmismo, tales como: friccin entre la soga y las manos del operario, que el

cansancio del mismo le impida llegar a elevar el martinete hasta la alturaestablecida, largo de los brazos,o disminuye la eficiencia del golpe.

Dispositivos sin reenvo : En este caso, el operador tira directamente de lasoga, sin ningn mecanismo intermedio. La soga pasa por una polea fijalevantando y dejando caer el martinete, el que a su vez golpea sobre la cabezade golpeo. En promedio la eficiencia de los golpes es mas eleemartinete, es ms corto pero la fuerza que realiza el operador es exactamenteigual al peso del martinete (63,5 Kg).

Dispositivos con reenvo: En este tipo de dispositivos se coloca una polea oaparejo, alrededor de la cual se puede dar una, dos o tres vueltas de soga, acontinuacin se encuentra la polea fija y luego el conjunto martinete y cabezade golpeo. Aumentando el nmero de vueltas de soga aumenta el recorrido dela soga sobre la polea de reenvo y por ende la friccin entre la soga y el metal,esto disminuye el esfuerzo del operario y la eficiencia. Se han realizadomediciones de la eficiencia del golpereeficiencia (ERi) vara de alrededor del 70%, 60% al 40% respectivamente.Independientemente del nmero de vueltas de soga alrededor de la polea dereenvo, se observan amplias variaciones de la eficiencia a raz de factorescomo profundidad y nmero de golpes.


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Dispositivo con desenganche automtico: Estos dispositivos tienen comocaracterstica principal, un engrosamiento de la barra gua, coincidente con la

ltura de cada normalizada (760 mm). Este engrosamiento hace que se abra elamecanismo de enganche que sostiene el martinete, produciendo la cada libre

del mismo.

Figura 15

El dispositivo tipo Pilcon (Fig. 15) tiene un rendimiento ms elevado y menosdisperso que el dispositivo con soga y polea, no obstante el rendimiento esrelativamente modesto, probablemente a causa gran dimetro de la cabeza de

olpeo. El rendimiento obtenido con el dispositivo con desenganche automticoes tambin del orden del 60%.

Normalizacin del ensayo de penetracin NSPT

Muchos son los factores que influyen en el nmero de golpes (N SPT )a - Modalidad de ejecucin del ensayo: Su influencia puede serminimizada trabajando siempre con una sola metodologa.b - La presin lateral del terreno: El valor de NSPT puede sernormalizado, con respeto a un valor unitario de presin (s v0 = 1Kg/cm), para tener en cuenta la variacin de la presin vertical con laprofundidad, mediante la siguiente expresin:

N1 = CN x N.

g

Donde N es el nmero de golpes determinado mediante el ensayo

estndar, N1 es el valor de N referido a la presin de referencia s v0 yCN es el coeficiente de correccin que depende de s v0 segn laecuacin (Figura 16):

CN = (1 / sV0)n

con n = 0,56 ~ 0,50.


21/48

Figura 16

c - El dispositivo de golpeo: Como ya hemos visto al describir losdistintos dispositivos de hincado, cada uno de ellos golpea con unaeficiencia diferente. En consecuencia para comparar los resultados deensayos ejecutados con distintos dispositivos de hincado, habr quereferirlos primero a una misma energa de referencia que ser del ordendel 60% de la energa terica.

Entonces:N60 = ( 0) x N

ecciones anteriores en una expresin:

ERi media / 6

Con: N60 = nmero de golpes corregido referido al rendimiento dereferencia.ERi media = rendimiento medio expresado como porcentaje.N = nmero de golpes registrado durante el ensayo.

Se puede combinar las dos corr

d - Caractersticas del suelo: Respetando el procedimiento recomendado

por el TC16 de la ISSMFE, y corrigiendo el valor de N de acuerdo por lapresin vertical y la eficiencia del sistema de hincado ((N1)60), el nmeropropias del estrato

.3-Ensayo de penetracin dinmica DP.

El ensayo de penetracin dinmica DP consiste en obtener un registro continuoel nmero de golpes requerido, para penetrar en el suelo una punta cnica

metlila faci

ejecucdifusin en el mundo entero.

de golpes slo depender de las caractersticasatravesado.

2

dca, dejando caer desde una altura constante, una masa determinada. Porlidad de transporte y de instalacin del aparato y por simplicidad de la

in del ensayo, el ensayo de penetracin dinmica ha tenido una gran


22/48

El mayor obstculo para obtener una buena precisin en los resultados, viene

ado por la dificultad para separar la resistencia friccional del suelo sobre lasa penetracin de la punta. Esto se

uede conseguir utilizando conos de mayor dimetro que las barras, utilizando

Prueba dinmica liviana (DPL): Representa el rango mas bajo de energa de

Prueba dinmica pesada (DPH):Se utilizan pesos de entre 40 Kg y 60 Kg,con cada desde 50 cm de altura, se puede llegar a profundidades de alrededor

dbarras de perforacin, de la resistencia a lp

lodo bentontico, o bien encamisando la perforacin.

Clasificacin:Existen cuatro variantes de este ensayo, las cuales se diferencian entre s, enla energa utilizada para lograr la penetracin, ellas se denominan:

-hinca, utiliza un peso de menos de 10 Kg, que cae desde 50 cm de altura, sepueden alcanzar profundidades de alrededor de 8 m.- Prueba dinmica media (DPM):Se utilizan pesos de entre 10 Kg y 40 Kg, concada desde 50 cm de altura, se puede llegar a profundidades de investigacin

de 20 m a 25 m.-

de 25 m.

Recomendaciones del Comit Tcnico 16 de la ISSMFE TC 16.Instalacin del equipo: De ser necesario se perforar hasta la cota a la cual sedesee ejecutar el ensayo. El equipo deber estar en posicin vertical, salvoespecificacin en contrario. Se apoyar firmemente en el suelo. El cono y lasbarras podrn ser guiados al comenzar el ensayo, de modo de mantener el

conjunto, recto y vertical.


23/48

Ejecucin: El penetrmetro se introducir dentro del subsuelo en formacontinua. La velocidad de golpeo estar entre 15 y 30 golpes por minutoexcepto cuando, el suelo ya sea conocido por perforaciones, o haya sidoidentificado por sondeos; en estos casos la velocidad de penetracin puedeincrementarse a 60 golpes por minuto. La experiencia ha demostrado que la

velocidad de penetracin tiene poca influencia sobre los resultados de esteensayo.

Todas las interrupciones sern registradas. Todos los factores que influyerenen los valores de la resistencia a la penetracin sern verificados regularmente.Asimismo cualquier desviacin de los procedimientos de ensayorecomendados ser registrada. Las barras sern rotadas una vuelta y mediapor metro para mantener la perforacin recta y vertical, y reducir la friccinlateral. Cuando la profundidad exceda los 10 m, las barras sern rotadas masfrecuentemente. Se recomienda utilizar dispositivos de rotacin mecnicoscuando se trate de ensayos profundos.

Equipo bsico.Aparato de perforacin: Consiste en un conjunto formado por martinete, cabezade golpeo y barra gua.

artinete: El martinete ser igual a cualquiera de los martinetes ya descriptospar es. El

eza de golpeo estar rgidamente unida a las barrase extensin. El dimetro de la cabeza no ser menor a 100 mm y no mayor

s deformaciones permanentes deben ser corregidas. Las barras sernctas. Se podrn usar barras slidas; aunque preferentemente seutilizarn

trar el nmero de golpes cada 0,10 m10), para los ensayos DPL, DPM y DPH, y cada 0,20 m, para el ensayo DPSH

(N profundidades predefinidas de penetracin (0,10 m o

Ma el ensayo SPT, por lo que no es necesario redundar en detall

martinete caer libremente y no estar conectado a ningn objeto que pudierainterferir en la aceleracin o desaceleracin del martinete. La velocidad paraizar el martinete ser despreciable.

Cabeza de golpeo: La cabdque la mitad del dimetro del martinete. El eje de la cabeza de golpeo, la barragua y las barras de extensin, ser recto, admitindose una desviacinmxima de 5 mm por metro.

Barras de extensin: Las barras de extensin sern hechas de acero de altaresistencia con una alta resistencia al desgaste, a las bajas temperaturas y a lafatiga. Lare

barras huecas, por el menor peso.Conos: el cono consta de la punta cnica, la extensin cilndrica y la transicincnica, cuyas dimensiones relativas se pueden observar en la figura. Los conosnuevos tendrn un ngulo en el vrtice de 90. El cono estar unido a lasbarras de forma tal que el mismo no se desprenda durante la penetracin.

Registro del nmero de golpes: Se regis(N

2

0,20 m) en las barras y se contarn los golpes.0). Se marcarn las


24/48

2.4. Correlaciones existentes

Desde la primera mitad de este siglo se han establecido correlaciones entre los

sultados de los diversos ensayos de penetracin, y de tal modo permitir la

os de cono esttico (CPT). La correlacin mastilizada (K), es la que relaciona el nmero de golpes del ensayo SPT (NSPT)

recomparacin entre las diferentes metodologas y por lo tanto caracterizartensodeformacionalmente los distintos tipos de suelos.

Los ms comunes de estas correlaciones vinculan los ensayos de penetracinestndar (SPT) y los ensayucon la resistencia a la penetracin del cono esttico (qc).

Otra correlacin posible (K), es la que se establece entre el nmero de golpesdel ensayo SPT(NSPT) y el numero de golpes del ensayo DPSH (NDPSH).

Las correlaciones empricas K y K, publicadas por diversos autores en losltimos 35 aos, se indican a continuacin:


25/48

Atendiendo a las particularidades de los suelos locales, Terzariol y Fuentes,encontraron las ecuaciones que correlacionan estos ensayos en funcin deldimetro medio de las partculas (D50).

Relacin entre SPT y CPT-U:

Relacin entre SPT y DPSH

Siendo:

n, es decir la suma de la capacidadcidad de punta ltima (Qpu). Y la carga admisiblea carga ltima por un coeficiente de seguridad

S) que depende del tipo de suelo, del tipo de carga, de la estructura, etc.

Qu = Qpu + Qsu adm = Qu / FS

3. CAPACIDAD DE CARGA DE FUNDACIONES PROFUNDAS

En general para determinar la capacidad de carga ltima (Qu) de una fundacin

rofunda se aplica el criterio de adicipfriccional ltima (Qsu) y la capaQ(

(Fadm) se obtiene dividiendo l

Q


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FACTORES DE SEGURIDAD PARA EL DISE O DE PILOTESMtodo para Mnimo Factor de Seguridad

Determinar laCapacidad

Condicin de Carga Compresin Tensin

P

o em

rediccin terica

prica que severificar conpruebas de carga

Usual

InusualExtrema

2,0

1,51,15

2,0

1,51,15

Prediccin terica Usual 2,5o emprica que severificar conanalizador de hinca

InusualExtrema

1,91,4

2,251,7

Prediccin tericao emprica que no

UsualInusual

3,02,25

3,02,25

3,0

se verificar conpruebas de carga

Extrema 1,7 1,7

ste criterio comnmente aceptado es un criterio de rotura y por ello slotiene validez en ciertas condiciones que dependen de la compatibilidad dedeformaciones en el fuste del pilote para alcanzar la carga de rotura por fricciny la deformacin para lograr la carga de rotura por la punta del mismo.

En general se acepta que las deformaciones para lograr la friccin ltima soninferiores a 5 mm e independientes del dimetro del pilote, mientras que lasnecesarias para alcanzar la rotura de la punta son del orden de 5 al 10% del

dimetro.

Para poder determinar la verdadera capacidad de carga admisible es precisoconocer el mecanismo de transferencia de carga entre friccin y punta amedida que se carga un pilote. Este mecanismo depende fundamentalmentede si se trata de un pilote de extraccin o de desplazamiento de suelo.

3.1.- Carga de punta y friccional

E

Pilotes excavados (extraccin de suelo): este tipo de fundacin presenta porus caractersticas constructivas un comportamiento no siempre previsible en

ara una mejor comprensin del problema se analizar por separado el

verde un pilote puramente friccional y en azul otro puramente de punta.

strminos de compatibilidad de deformaciones. Al excavar se produce unaperdida de confinamiento del suelo en la base y por lo tanto a unablandamiento del mismo respecto de su comportamiento original, mientrasque no hay un cambio significativo en el suelo lateral.

Esto lleva a que las deformaciones para alcanzar los valores de rotura defriccin y punta sean diferentes y por ello el criterio de adicin para determinarla capacidad de carga ltima de un pilote, no sea totalmente aplicable.

Pcomportamiento friccional y el de punta en el caso de un pilote excavado. En lafigura 17 se esquematizan los resultados de dos ensayos de carga. En color


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QpQ

Q + Qpu su

Qsu

Qpu

Qs

adm

Qadm

2~5mm 5~10%.D

p

FSf

FSglob.

FS

cargasde cada ensayo a lo largo de todo el intervalo de deformaciones se puedeobtener la curva resultante del ensayo de un pilote real que trabaje por fricciny punta.

Si a la carga de rotura Qu se la divide por un coeficiente de seguridad global(p.ej. FS=2) se observa que la carga tericamente admisible se produce para

dos deformaciones diferentes entre punta y fuste por lo tanto es imposible quela misma se exista o bien las deformaciones para que ello ocurra sernsuperiores a las estimadas.

Por el contrario si se divide la carga de rotura por la punta por un coeficiente deseguridad mayor (p. ej. FSp=4) que el coeficiente con que se afectar a friccinltima (p. ej. FSf=1,3), se aprecia que se alcanzan esos valores de cargaprcticamente para la misma deformacin, con lo cual se garantiza lacompatibilidad entre ambas fuerzas, por lo tanto el equilibrio es posible y conuna deformacin menor. Por ello resulta carrecto hablar de coeficientes decompatibilidad de deformaciones a eficientes de seguridad

la friccin de rotura a lo largo del fuste del pilote.

rotura terica ahora se la divide por un coeficientelobal (p.ej. FS=2) la carga admisible se producir para una total compatibilidad

Figura 17

Como se aprecia el criterio de adicin slo es aplicable a partir del punto dondese produce la rotura del suelo bajo la punta del pilote. Si se suman las

ntes que co

Pilotes hincados (desplazamiento de suelo): este tipo de fundacin, adiferencia de la anterior, al desplazar el suelo para penetrar en el mismo,produce una compactacin del suelo bajo la punta y simultaneamentedesarrollaPor ello una vez finalizada la colocacin del pilote en el suelo y aplicarle lascargas externas, ya se ha deformado lo necesario para que el pilote trabajefriccionalmente y adems se ha superado la carga de rotura por la punta.

Es decir que si a la carga deg


28/48

entre deformaciones de punta y friccin a lo largo del fuste del pilote (Figura18).

QQpu + Qsu

Qs + Qp

adm

Qadm

2%.D

FS

Figura 18

Puesta en carga previa (inyeccin bajo la punta): Del anlisis anterior sedesprende que a igualdad de superficie de punta y lateral, un pilote hincadotendr una carga admisible superior que un pilote excavado ubicado en elmismo perfil de suelos. Para subsanar esta dificultad debera, de algunamanera, mejorarse la rigidez del suelo bajo la punta del pilote excavado, estose logra por ejemplo mediante una inyeccin de precarga.

Esta ingeniosa solucin, ideada por J. Kerissel en 1967, se empleoriginalmente para las fundaciones del puente atirantado sobre el lago deMaracibo (Venezuela). En nuestro pas fue adaptado por Bolognessi y Morettoen 1973, para los grandes puentes sobre el Ro Paran, y se viene utilizandodesde esa fecha en fundaciones de puentes y edificios.

Q

Qpu

Qpu + Qsu

Qs Qsu

adm

Qadm

5~10%.D

FSglob.

2~5mm

Inyeccin

FSf. FSp

Figura 19


29/48

Como se observa en la figura 19 si se inyecta lechada cementicia mediantealgn mecanismo como el indicado en la figura 20, se produce unapredeformacin de la punta del pilote con la consiguiente movilizacin de laresistencia friccional y la compactacin del suelo subayacente, todo lo cual setraduce en una rigidizacin del pilote.

Pilote

Armadura de

Pilote

Cmara de

Inyeccin

Vlvula de

Inyeccin Gavin

Tubos de

inyeccinReaccin

del pilote

Accin de

la inyecc.

Figura 20

La celda de inyeccin graficada fue la empleada en los puentes sobre el RoParan. El procedimiento de precarga empleado puede resumirse como sigue:

Se excava el pilote convencionalmente hasta la cota de fundacin.

Se introduce la armadura que lleva en su base un gavin con unacmara de inyeccin superior, conectada a la superficie mediante doscaeras. Una de inyeccin y la otra de retorno para limpieza y control.

Luego de colocado el conjunto se hormigona el pilote cuidando de nodaar las caeras.

Una vez endurecido el hormign se procede a inyectar lechadacementicia a alta presin (15~40 kg/cm2).

La lechada ingresa a la vlvula de inyeccin a traves de una chapaagujereada y mueve una membrana de goma perforada dejando circularla lechada. Los agujeros de la goma estn desplazados respecto de losde la chapa.

La inyeccin pasa a traves de una segunda chapa perforada, e ingresaal gavin llenando los espacios existentes entre el material de relleno. La lechada llega al suelo produciendo la compactacin del mismo por la

presin de inyeccin. La reaccin vertical es equilibrada por el peso depilote y la friccin lateral.

Al concluir la inyeccin, la lechada, que por exceso de presin, busca

perforaciones respectivas se obtura la vlvula garantizando que seticia.

l

retornar a la cmara, se ve impedida de lograrlo, ya que la membrana degoma es emoujada contra la chapa superior y al no coincidir las

mantenga la presin inferior hasta el fraguado de la lechada cemen


30/48

2.2.- Frmulas de capacidad de carga en suelos

Forformul s de capacidad de cargad efun

profunCapac :

mulaciones basadas en los parmetros internos del suelo: Estasaciones estn basadas en las ecuacione

daciones superficiales adaptadas a las condiciones de las fundaciones

das. Para suelos con friccin y cohesin son las siguientes:

idad friccional

( ) nannniiniinf KzzCq tg....5,0.. 11)( ++= == y

fn

fadm

qq =

Siendo C =

i = zi =

Kan = coef. de empuje activo del estrato "n" =

:qfn = capacidad friccional unitaria ltima del estrato "n" = coeficiente de adherencia

cohesin

peso unitario sumergido del estrato "i" = - wespesor del estrato "i"

245tg 2 n

n = ngulo de friccin suelo-pilote = 0,66 . n = coeficiente de seguridad = 1,3

Capacidad de punta

qii

ni

iuncun NzCNq )..(..3,11

1 =

=+= y

u

adm

qq =

Siendo: qun = cap. de carga ltima del estrato "n" Nc y Nq = factores de cap. de carga que depende i = Peso unitario sumergido del estrato "i"

spesor del estrato "i"

idad de carga tanto lateral como de puntae profundizar los pilotes

e carga necesaria. Peroecto en la distribucin de presiones alrededor deominada lon itud crtica estos

valores ya no crecen ms. Esta longitud erdo a los autores y al tipo

eg undidad crtica y el dimetro del pilote

n de n zi = e Cun = cohesin del estrato "n"

escripto la capacCon el criterio daumentara linelamente, por lo que sera cuestin d

hasta un cota tal que me garantice la capacidad dexiste un lmite dado por el efun orificio. A partir de una cierta profundidad den g

varia de acude suelo considerado.

n Meyerhoff, la relacin entre la profSes :

27

7

10

=

B

Lcpara > 20 y 3=

B

Lc < 20

uras 21 y 22, se esquematizan estos valores segn varios autores.

para

En las fig


31/48

Figura 21

2.3. Formulaciones basadas en los resultados de los ensayos de campo:

Ensayo SPT: En etapa de diseo, pueden emplearse frmulas empricasbasadas en el nmero de golpes (NSPT), del ensayo de penetracin (SPT).Estas frmulas garantizan asentamientos compatibles con las estructuras.

Capacidad friccional

Figura 22

[ ] 3,1/13

/2

+

SPTadmfriccin

Nmt

Capacidad de punta

[ ]

.

./ 2 SPTadmpunta Nmt

5~10 B

Lc2

Le

Lc1

L

qp

ql

qo

z

z=20 B(Vesic)

z

z= 26 m

(Resse)


32/48

Donde : = coef. que depende del tipo de suelo= coef. que depende del tipo de pilote = coeficiente de seguridad

Algunos valores de estos coeficientes se indican a continuacin.

Suelo ArenasGruesas

Arenasfinas

Limosarenosos

Arcillas

40 30 20 12

Ensayo CPT-U: La capacidad de carga de pilotes se determina en base a losresultados de los sensores ubicados en el piezocono, que indican cada 20 cm lapresin (qc) necesaria para introducir la punta 4 cm en el suelo y la presin (qrequerida para movilizar 4 cm el c astre en la zona de ensayo. Losriterios y frmulas empleados varan de acuerdo al tipo de fundacin:

ara pilotes hincados la capacidad de carga ltima por la punta y friccin se

f)ao de arr

cPcalcula con las siguientes formulaciones:

lat

ci

fi Aq

Q .200

= y pcp AqQ .=

Donde:qci = promedio de la resistencia de punta en el estrato consideradoqc = promedio de la resistencia de punta en el intervadimetros por encima y 1 dimetro por debajo del punto considerado.

En la figura 23 se grafica el significado de estas variables.

2

a capacidad de carga admisible del pilote se determina como:

lo comprendido entre 3

Figura 3

L

5,2

pfi

adm

QQQ

+=

Tipo depilote

Excavado 3 4Hincado 1 2

qc

z

qf1

qf2

c1D

q3D


33/48

P

ara pilotes excavados los os a los indicados para los piloteshincados con la nica salve e la carga ltima por la punta se afecta por uncoeficiente que vara entre ue t e en enta la deformabilidad y larelajacin de esfuerzos que im tod onstr ivo.

on estos criterios las formulas quedan:

criterios son idndad qu

tic

0,1 y 0,3 q ien cuplica el m o c uct

Por otra parte es conveniente aplicar coeficientes de minoracin de lasresistencias, diferenciados para friccin y punta para compatibilizar lasdeformaciones correspondientes. Para la friccin se ha adoptado un coeficienteigual a 1,5 y para la punta un coeficiente igual a 4.

C

4

.

5,1

pfi

adm

QQQ +

=

.4. Frmulas de hinca2

pacidades de

pilote en el sueloechazo e) para una andanda preestablecida de golpes con la energampleada para la hinca del pilote.

odas estas frmulas se basan en equiparar le energa aplicada para hacer

enetrar el pilote en el suelo con el trabajo de desplazamiento efectuado por laccin dinmica del pilote, menos las prdidas por rozamiento, calor, eficiencia,tc. Es decir:

Eexterna Prdidas = Trabajo = Qd . e

Las frmulas son generalmente recomendadas por el fabricante del martinetee hinca o por el proveedor del sistema de fundacin.

Para los martinetes Diesel tipo Delmag, la frmula es la siguiente:

En el caso de pilotes hincados la verificacin en obra de las cacarga estimada sen proyecto podr efectuarse mediante las frmulasdinmicas de hinca.

Estas frmulas determinan el valor de la penetracin del(reT

pae

d

y .admdd

adm QQ

Q

Q == ( )( ) ( ) adad LcPWQ

WE

ePWLce

WE

Q .

.

..

.

+=++=Siendo: Qadm = capacidad de carga admisible (t) Qd = resistencia dinmica a la penetracin (t) E = energa del martinete (kgm) W = peso del pistn de hinca (kg) P = peso propio del pilote (kg) e = rechazo (mm)

La = longitud activa = . L = 0,95 (pilotes de punta) y = 0,60,8 (pil.Fricc.)


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c = coeficiente que depende del tipo de pilote c = 0,3 (H.A.) y 6,6(madera)

= coeficiente de seguridad = 3

los pilotes tipo Franki, los fabricantes recomiendan la

ndesa:

Mientras que si emplea

si llamada frmula Holaa

( )PWehP

Qd+

=.

.2

y PpQd

Qadm =

Siendo

.5.- Frmulas de cap entados

Qd = resistencia dinmica ltima Qadm = capacidad de carga esttica admisible P = peso del piln h = altura de caida del piln W = peso propio del elemento hincado

e = rechazo = penetracin para un golpe = coeficiente de seguridad = 6

2 acidad de carga en rocas y suelos cem

an en la roca penetrando

on la hincao se retira,

sin camisa con o sin el uso de lodo bentontico para sostener las paredes delpozo durante la perforacin y posterior hormigonado del pilote. Los que

enetran en la roca son casi siempre perforados, pueden tambin en ocasionesoldeados cuando la roca es muy blanda.

trar en el detalle de todas laspeligros que se pueden presentar si no se

uelo y se adapta el pilote y el mtodoicular, si los pilotes son de hormign armado

e la roca donde apoyan o penetran no es

gura 24

En general estas fundaciones atraviesan material poco resistente parpoyarse o penetrar en la roca. Los pilotes que apoyaa

muy poco en ella pueden ser premoldeados, moldeados en sitio cprevia de una camisa metlica o perforados, con camisa que queda

pser premExcedera en mucho el alcance de este curso, ensituaciones posibles y los mltiplesestudia bien antes el perfil del subsconstructivo a dicho perfil. En part

perficie depr moldeado y la suuniforme, o bien se trata de roca descompuesta, se pueden dar, durante la

hinca una variedad de circunstancias desfavorables que van desde la roturahasta la desviacin (Figura 24).

Fi


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Po ello, los textos quer tratan este tema se ocupan ms de los peligros que de

oldeados llevados hasta la roca. Salvo estac diferencian de los pilotes hincados

, eso s, una resistencia de punta

friccin lateral y los asientos quep con pilotes similares hincados enuelos.

las ventajas de los pilotes premcir unstancia, estos tipos de pilotes no setotalmente dentro de masas de suelo. Tienen

nte a laque, en general, es muy grande frex erimentan son pequeos en comparacines

l pilote tpico en roca es el perforado que penetra dentro de la masa rocosa yEtoma de la misma tanto la resistencia de punta como la de friccin. Se construye practicando una perforacin dentro de la cual se baja la armadura yse vaca el hormign, el que se adhiere a la roca en la parte del fuste encontacto con la misma. Su resistencia proviene esencialmente de estaadherencia y por la resistencia de punta, pues la friccin a lo largo del resto delfuste en contacto con el suelo aporta poco al total.

Capacidad de carga:

Resistencia de punta a rotura: En el caso de suelos cementados o rocasblandas donde pueda realizarse el ensayo de penetracin SPT, an cuando elmismo d rechazo, conviene emplear el denominado ndice de penetracin NB(Decourt, 2002), que se define como:

).(5,4

100

3050 LLNB

Bossio (1991, 2003) realiz una serie de ensayos de laboratorio y sobre pilotesn suelos cem y los compar con eldice de penetracin. De esas investigaciones se deduce que los resultadose ensayos de compresin simple (qu) y los valores de resistencia ltimaiccional (qsu) sobre estos materiales responden aproximadamente a lasiguientes ecuaciones:

y

e entados y arenas arcillosas muy densasindfrs

Bu Nq .20 ( )33,0

.17 Bsu Nq

Para determinar la carga ltima de punta, pueden emplearse las frmulaslsicas de mecnica de rocas, teniendo en cuenta el efecto de la profundidadl determinar los factores de cap carga para pilotes. Una frmulaimple es la siguiente:

ca acidad des

)1.( += pupu Kqq

Siendo Kp = tg2 (45+/2) y qu = resist. a la comp. simple

Por lo tanto

upupadm qFSKqq += /)1.( y ( ) ( )33,033,0

.12/.17 BBsadm NFSNq

Si en cambio se trata de macizos rocosos, se prefiere el empleo de

formulaciones que aprovechen, mediante criterios empricos, las puntuacionesobtenidas mediante los diferentes criterios de caracterizacin de macizos


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rocosos y que en base a ensayos de carga hayan demostrado unfuncionamiento adecuado. Tal es el caso de la formulacin propuesta por H.Einstein y L. Zhang (M.I.T.) en 1998, para determinar la carga de rotura por lapunta de un pilote en roca, cuya notacin se encuentra indicada en la figura 25.

Figura 26

Los parmetros para definir el RMR dican en la sig iente tabla:se in u

Analizando la superficie de rotura y empleando el criterio de falla empricopropuesto por Hoek y Brown (1980, 1988), se obtienen las siguientesformulaciones:

5,01,

1, ))(( uBbuBrmax qmsqqq ++==

Donde:qu = resist. a la comp. simples y m, coef. que dependen del estado del macizo y valen:

* para roca fracturada o alteradamb = e

((RMR-100)/14) mi s = e((RMR-100)/6)


37/48

* para roca indisturbada o on bloques muy intertrabadosmb = e

((RMR-100)/28) mi s = e((RMR-100)/9)

y finalmente5,0

1, ))(( usbusB qqmsqq ++=

En cuanto a la adherencia lateral, la experiencia existente, indica que alcanzaen rotura valores mximas iguales a la resistencia a traccin de la roca o delhormign, segn cual sea ms dbil.

Como en la roca la resistencia a traccin es qt qu/20, an cuando en elhormign es qtqu/10, se considera que la adherencia es adh qu/20, como loindica la figura 9, que representa determinaciones efectuadas en Canad,

u la resistencia a la compr

Tambin en este caso han aparecido en los ltimos aos frmulas expeditivasbasadas en anlisis estadsticos de resultados de ensayos de carga in situ endiversos tipos de roca. Para la adhesin lateral entre pilote y roca los autorescitados indican el siguiente criterio en funcin de qu y de la rugosidad superficialdel pilote dentro de la roca:

esin simple de la roca o el hormign, segnsiendo qcual fuera menor.

umax q=

Superficie lisa

Superficierugosa

0,4 0,8

Las experiencias mencionadas han demostrado que la adherencia alcanza suvalor mximo para un desplazamiento relativo del orden de los 10 mm y queuna vez rota la adherencia queda actuando slo la friccin, de valorconsiderablemente menor. Este hecho plantea el problema de la simultaneidaden el desarrollo de la adherencia y la resistencia de punta.

Figura 27


38/48

Esto ha sido estudiado en rgimen elstico con un modelo de elementos finitoscon los resultados que muestra la figura 27, de donde se deducira que con unembebimiento de ms de 2 dimetros en roca homognea la mayor parte de lacarga la tomara la adherencia.

En general podra decirse que:maxp qq .=

Siendo qmax la carga de punta que el pilote tomara si no hubiera adherencia(Q/p) y qp, la que realmente toma.

mulacin:

Como se trata de un problema de deformacin relativa entre el hormign delpilote y la roca, si se conocen los mdulos de elasticidad y los coeficientes dePoisson del macizo (Ery r) y del hormign (Eh y h), el ngulo de friccin entrehormign y roca () y la longitud de penetracin en la roca (L), el coeficiente ""

se define por la siguiente for ( )( )[ ]BA Cexp= Siendo:A = 2.h.tg ; B = [1+h+(1+ r] /D

rocedimiento de clculo: Para aplicar los criterios descriptos, considerando la

Se caracteriza el macizo por ejempl

iormente y los parmetros resistentesna las capacidades de carga unitarias

fadm) como de punta (qpadm).pilote en funcin de la carga (Q) y de

r).

p

1), para que toda la

fadmq se elige otro valor de L y se reitera el paso anterior.

m verificando que qfadm, si existe una2 hasta la optimizacin.

r)Eh/E y C=2.L

Pinteraccin entre los parmetros, es necesario aplicar un procedimiento declculo iterativo tal como el propuesto por Ladanyi (1977), para determinar lalongitud L de empotramiento del pilote en la roca tendiente a optimizar elaprovechamiento de la capacidad de carga por adherencia lateral y por lapunta. Este procedimiento se resume como sigue:

o mediante el ndice RMR y se estimanlos parmetros resistentes.

Mediante las frmulas indicadas anterde la roca y/o el hormign se determiadmisibles tanto de adherencia lateral (q

Se predimensiona el dimetro (D) della resistencia del hormign empleado (

Se calcula la tensin en la base del pilote como si no hubiera adherencialateral

qmax= Q/

Se calcula la longitud de empotramiento del pilote (Lcarga la tome la adherencia lateralL1=Q/.D.q

Se estima un valor de empotramiento L2empotramiento L2 y se obtiene qp= .qmax

dm. p padm 2 Si qp


39/48

REFERENCIAS

h

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40/48

A N E X O

DE EJERCITACIONES


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EJERCITACIN DE CALCULO DE PILOTES EN SUELOS

.- Pilotes excavadoseterminar las cargas admisibles de los pilotes excavados de 60 cm deimetro, indicados en las figuras 1,2 y 3, sabiendo que las caractersticas del

uelo en cada caso son las indicadas en las tablas I, II y III.

.1.- Pilote excavado a travs de suelo cohesivo saturado y apoyado en arena

Estrato C NSPT

ADd

sA

TABLA I

(t/m3) (o) (t/m2) (golpes)Limoarenoso

1,5 20 2,0 --

Limosaturado

1,8 10 0,8 --

Arena densa 2,1 -- 35--

A.2. Pilote excavado a travs de suelo arenoso y apoyado en arena

N.F. 4,0m

14,0m

1,0m

Arenafina

Arenamediasaturada

Qadm=?

Arenacompacta

TABLA IIEstrato NSPT

(golpespromedio

NSPT(golpespromedio en la

en el estrato) punta)Limo

o4 --

arenosLimo

saturado

8 --

Arena densa -- 40

4,0m

14,0m

1,0m

Limoarenoso

Limoarenososaturado

Qadm=?

Arena

N.F.

compacta


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RESOLUCION:

A.1. Pilote en suelo cohesCapacidad friccional:

Recordar que:

ivo saturado apoyado en arena

y

fn

fadm

qq = ( ) nannniiniinf KzzCq tg....5,0.. 11)( ++= ==

Siendo:

qfn = capacidad friccional unitaria ltima del estrato "n"

C = cohesin i = peso unitario sumergido tr "i"

zi = espesor del estrato "i" Kan = coef. de ctivo est "n

= coeficiente de adherencia

del es ato = - w

empuje a del rato " =

45

2

2 n

n = ngulo d te = 66 . = coeficiente de seguridad = 1,3

tg

e friccin suelo-pilo 0, nEstrato I

2

1 /33,223,0.49,0.4.5,1.5,00,2.1 mtqf =+= y

Estrato II

2

1 /8,1 mtq admf

y

Capacidad de puntaSe emplearn la formulas de capacidad de carga esttica clsica (Brinch-Hassen) y otra emprica basada en los resultados del ensayo SPT.

Basada en el SPT

22 /97,1]12,0.70,0).14).0,18,1.(5,04.5,1[(0,1.1 mtq f =++=

22 /5,1 mtq admf

= SPTpuq y

.N

pu

adm

qq

Donde: NSPT = es el promedio del nmero de golpes del SPT a la cota de fundacin = coeficiente que depende del tipo de suelo (tabla 1.a) = coeficiente que depende del tipo de pilotes (hincado = 1 o excavado

= 3) = coeficiente de seguridad = 4

Tipo de suelo

=

Arcilla 12Limo arenoso 20Arena limosa 25

Arena compacta 40


43/48

Estrato de arena compacta2/470

3

40.35mtqpu = y

2/120t4

470mqadm =

in clsicaFormulac

u

adm

qqii

niNzCNq )..(..3,1

1

1 =

=+= y qiuncun =

el estrato "n" n

rse de arena Cu = 0, y como no conocemos se estima a partir delPT, NSPT = 35 40

Nq 65

y

Siendo: qun = cap. de carga ltima d

Nc y Nq = factores de cap. de carga que dependen de i = Peso unitario sumergido del estrato "i" zi = espesor del estrato "i" Cun = cohesin del estrato "n"

Por trataensayo S

2/73365)).0,18,1.(0,140,4.5,1( mtqu =+=2/183

4

733mtqadm =

Se adopta el primero por tener en cuenta las deformaciones.

Peso propio

tPp 1319.4

6,0..4,2

2

=

Capacidad admisible total

( ) tQadm 7513120.4

6,0.14 +.5,14.8,1.6,0.

2

+=

pacta

Ca friccional:

ecordar que:

A.2. Pilote en suelo arenoso saturado apoyado en arena com

pacidad

R1+

= SPTiN

3

ui

fui

fq y

fadmi

qq =

Donde: NSPTi = nmero del golpes promedio en el estrato "i"

qfui = capacidad friccio atoal admisible del estrato "i"

nal ltima del estr "i" qfadmi = capacidad friccion

Estrato I

2/8,13,133,2 mtq fadm =

2/33,2134 mtq fui

= =+

y


44/48

Estrato II

y 2/8,23,1

66,3mtq fadm =

2/66,313

8mtq fui =+

=

Capacidad de punta:

Estrato de arena compacta2

3m y/533

40.40tqpu =

2/1334

533mtqadm =

Peso propio

t139 Pp 1.4

6,0..4,2

2

=

Capacidad admisible total

( ) tQadm 11213133.4

6,0.14.8,24.8,1.6,0.

2

++=

B.- Pilotes hincados

Determinar la carga admisible, empleando la frmula holandesa, para el pilotede la figura, sabiendo que la camisa metlica tiene una pared de 1,5 cm y que

cota indicada se produjo un rechazo de 22,5 cm para una andanada de 15

olpes.

r el rechazo a medir en obra para garantizar que el pilote circular (d =Ho.Ao. indicado en la figura garantice una resistencia admisible de

50 tn, con un coeficiente de segur al a 3. Se emplear un martilloDelmag de 6000 kgm de energa con un

B.1. Pilote tipo "Franki"

la

g

B.2. Pilote prefabricado e hincado de HoAo

Determina30 cm) de

idad igupeso del pistn de 1,5 t .

5 m0,5 m

10 m

3 t

4 mCota defund.


45/48

15mLimosuelto

RESOLUCIN

.1. Pilotes tipo "Franki"B

ecordar que:R

( )PWe +.hP

=.

2

y PpQd

QQd =

adm

resistencia dinmica ltima P = peso del piln h = altura de caida del piln W = peso propio del e

e = rechazo = penetracin para un golpe = coeficiente de seguridad = 6

Siendo Qd =

Qadm = capacidad de carga esttica admisible

lemento hincado

tLdD

W 7,28,7.15.4

)47,05,0(...

4

)(.

2222

=

=

tLD

Pp he 54,2.10.4

5,0...

4.

22

== mgolpesn 15

rechazoe

o015,0

225,0=== y

tQd 421)37,2.(015,0

=+

= y4.32

tQadm 6556

=

B.2. Pilotes prefabricado de H.A. (Martillo "Delmag")

421

Se emplear la frmula Delmag:

y

.admdd

adm QQQ

Q == ( )( ) ( ) ada

d LcPWQ

WEe

PWLce

WEQ .

.

..

.

+=

++=

Siendo: Qadm = capacidad de carga admisible (t) Qd = resistencia dinmica a la penetracin (t) E = energa del martinete (kgm) W = peso del pistn de hinca (kg)


46/48

P = peso propio del pilote (kg) e = rechazo (mm) La = longitud activa = . L = 0,95 (pilotes de punta) y = 0,60,8 (pil.

Fricc.) c = coeficiente que depende del tipo de pilote c = 0,3 (H.A.) y 6,6

(madera) = coeficiente de seguridad = 3

Peso propio

tPp 5,215.4

3,0..4,2

2

=

Capacidad dinmica:tQd 15050.3 ==

Rechazo a medir:

( )mme 1115.95,0.3,0

25001500.150

1500.6000

+=

do en obra se garantiza una capacidadCon este rechazo por golpe mediadmisible esttica de 50 t.


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EJERCITACIN DE CALCULO DE PILOTES EN ROCAS

Macizo RocosoSe dimensionar un pilar de fundacin de hormign armado para un puente

fundar sobra arcilita se estima una erosin total de 3,0 m. Larcilita se encuentra diaclasada (mi=4) con un RQD = 70%, un rumbo favorable

y separacin de 0,6 m, la superficie de las discontinuidades eslevemente rugosa con una separacin > 1 mm, dentro de las mismas existeagua intersticial. La resistencia a compresin simple puede estimarse en qu =

000 t/m2, el mdulo elstico en Er = 6 x 105 t/m2 y el coeficiente de Poisson r

rmign tipo H-13 (r= 1050 t/m2 ) con Eh = 2 x 10

6 t/m2 yfriccin roca-hormign se adopta como = 35.

1. El valor de RMR del macizo es:RMR = 4 + 13 + 20 + 12 + 7 - 2 = 54

b = e = 0,0014

. Estimando una penetracin de L = 3,00 m en la roca se determina lacapacidad de carga:

qs = (H - erosin) sum + L r= (10-3) .1,0 + 3 . 2,5 = 14,5 t/m2

'1B = 14,5 + 3000 (0,006 + 0,0014 (14,5/3000))0,5 250 t/m2

qr= 250 + 3000 (0,006 + 0,0014 (250/3000))0,5 484 t/m2

qpadm = qr/ Fs = 484 / 3 161 t/m2

mx = 0,8 . (3000)0,5 = 44 t/m2

qfadm = max / Fs = 44 / 1,2 36 t/m2 < Resist. a tracc. del hormign

. Se predimensiona el dimetro del pilote:D = (750 . 2,1 . 4/ 1050 . )0,5 = 1,39 m D = 1,5 mp = 1,76 m

2

. Se calcula la mxima tensin en la baseqmax = 750 / 1,76 424 t/m

2

Se determina la longitud de empotramiento para tomar toda la carga (L1)L1 = 750 / .1,5.36 4,5 m

Se fija una longitud L2 < L1 y se calcula

L2 = 3,0 m

que debe soportar una carga de 750 t, estimando su asentamiento. El pilar se

, atravesando mediante encamisado metlico 10 m dealuvin ( sum = 1,0 t/m3 ) en el que

aa las cargas

3= 0,3. Se emplear hoh = 0,3. El angulo de

RESOLUCIN

De donde:s = e ((RMR-100)/4) = 0,006 y m ((RMR-100)/28) 4

2

3

4

5.

6.


48/48

A = 2 . 0,3 . tg 35 = 0,42; B = [1+0,3+(1+0,3).0,6/2] = 1,69; C = 2 . 3/1,5 = 4 = e-[o,42 . 4/1,69] = 0,37

7. La carga que realmente acta en la punta del pilar esqp = . qmax = 0,37 . 424 = 157 t/m

2 < qpadm O.K.

8. Se verifica la tensin de adherencia actuante = [(1-0,37) . 750)/.1,5.3] = 33 t/m2 qfadm O.K.

Suelos Cementados o Rocas BlandasLas columnas de un depsito de agua, que tienen una carga mxima cada unade ellas de 100 t, se encuentran cimentadas mediante pilotes de 80 cm. dedimetro fundado a una profundidad de -15,00 metros que penetran 1,00 metroen un estrato de limo-arcilloso cementado muy duro (tosca). Los primeros

4,00 metros estan formados por suelos limo-arenosos sueltos. A larofundidad de fundacin no se encotr el nivel fretico. En los limos sueltos

PT promedio es de 6 golpes, mientras que en el limo cementadoe detect el rechazo a la penetracin (NSPT > 50 golpes). Los valores medios

penetracin de 15 cm para los primeros 30golpes y de 17 cm pa

si esta fundacin es segura para la estructura existente.

RESOLUCIN:

1psuperiores el NSsen este ltimo horizonte indican una

ra los 50 golpes de SPT.Se desa saber

Se determina el indice de penetracin:

7,3)1521.(5,4

B

100N

La resiste ible por la punta ser:

Por su parte la resisten eros 14 metros seobtiene como:

ncia a la compresin simple que es igual la resistencia admis

2/747,3.20 mtqadm =

cia friccional admisble en los prim

2

1 /25,1/)1( mtq =+

e del estrato inferior es:

3sadm

6

Mientras que la capacidad friccional admisibl( ) 22 /187,3.12 mtqsadm =

33,0

El peso propio del pilote es:

tPp 8,224,2.19.5,0 ==

1,3.145,0.74 >Por lo tanto la capacidad admisble externa ser:

ttQadm 1001308,2218.14,3.8,0.12.8,0.4 ++= O.K.

Fundaciones Profundas_1 Parte

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