EVALUACIÓN DEL MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CARGA EN UN SISTEMA DE CIMENTACIÓN DE LOSA COMBINADAS CON PILOTES

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EVALUACIÓNDELMECANISMODETRANSFERENCIADECARGAENUN SISTEMADECIMENTACIÓNDELOSACOMBINADASCONPILOTES ____________________________________________________________________

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EVALUACIÓN DEL MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CARGA EN UN SISTEMA DE CIMENTACIÓN DE LOSA COMBINADAS CON PILOTES

SEBASTIAN MERCADO GARCIA CAMILO ANDRÉS PEREIRA LÓPEZ

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

CARTAGENA 2021

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EVALUACIÓN DEL MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CARGA EN UN SISTEMA DE CIMENTACIÓN DE LOSA COMBINADAS CON PILOTES

Autores:

CAMILO ANDRES PEREIRA LOPEZ SEBASTIAN MERCADO GARCIA

MONOGRAFIA PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL

DIRECTOR:

ING. GUILLIAM RAFAEL BARBOZA MIRANDA

Grupo de Investigación:

GEOMAVIT

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

CARTAGENA 2021

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NOTA DE ACEPTACION

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Firma del director GUILLIAM RAFAEL BARBOZA MIRANDA

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Firma del jurado MODESTO BARRIOS FONTALVO

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Firma del jurado WALBERTO RIVERA MARTINEZ

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Tabla de contenido

RESUMEN 8

ABSTRACT 9

INTRODUCCIÓN 10

1. CAPÍTULO I: ANTECEDENTES LOSAS PILOTADAS Y ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO 13

1.1 ANTECEDENTESLOSASPILOTADAS 13

1.1.1 ANTECEDENTES INTERNACIONALES 13

1.1.1.1 ALEMANIA 13

1.1.1.2 EMIRATOS ARABES UNIDOS 17

1.1.1.3 MÉXICO 18

1.1.2 ANTECEDENTES LOCALES 19

1.1.2.1 BOGOTA 19

1.1.2.2 CARTAGENA D.T. y C. 26

1.2 ESTADOACTUALDELCONOCIMIENTO 33

1.2.1 EXPERIENCIAS DESARROLLADAS LOCALMENTE 33

1.2.2 EXPERIENCIAS DESARROLLADAS INTERNACIONALMENTE 44

2. CAPÍTULO II: LOSAS PILOTADAS 45

2.1 DEFINICIÓN 45

2.2 VENTAJASDEEMPLEARUNSISTEMADECIMENTACIÓNDELOSASCOMBINADASCONPILOTES

RESPECTOAOTROSTIPOSDECIMENTACIÓNTRADICIONALES 46

2.3PARÁMETROSGEOTÉCNICOSDELSUELO 49

2.3.1 COHESIÓN (RESISTENCIA LA CORTE NO DRENADA DE LA ARCILLA - CU) 49

2.3.2 ÁNGULO DE FRICCIÓN (∅′) 51

2.3.3 PESO ESPECÍFICO (𝛾) 52

2.3.4 MÓDULO DE YOUNG O DE ELASTICIDAD (E) 52

2.3.5 MÓDULO DE RIGIDEZ O DE CORTE (G) 53

2.3.6 COEFICIENTE DE POISSON (V) 53

3. CAPÍTULO III MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CARGA EN UN SISTEMA DE LCP 55 3.1 INTERACCIÓNENTREELSUELOYLOSELEMENTOSDELSISTEMA PLACA-PILOTES 58

3.1.1 INTERACCIÓN SUELO-PILOTES 58

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3.1.2 INTERACCIÓN PILOTES-PLACA 59

3.1.3 INTERACCIÓN PILOTES-PILOTES Y PILOTES – PLACA 60

3.2 CRITERIOSDEDISEÑOSISTEMAPLACA-PILOTES 62

3.3FACTORDESEGURIDADSISTEMAPLACA-PILOTES 64

3.4 CURVASCARGA-ASENTAMIENTO 65

3.5 METODOSDEANALISISDESISTEMAPLACAPILOTES 67

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 68

5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 70

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Tabla de ilustración.

Ilustración 1. Selección y características de edificios de grandes alturas de Frankfurt. 13 Ilustración 2. Vista frontal y especificaciones de la cimentación del edificio Torhaus. 14

Ilustración 3. Losa de cimentación del Burj Khalifa.. 16

Ilustración 4. Sistema de cimentación placa-pilotes del Burj Khalifa. 16

Ilustración 5. Sistema placa-pilotes torre latinoamericana, Ciudad de México. 17 Ilustración 6. Perfil promedio del suelo explorado – proyecto Rafel Núñez. . 19 Ilustración 7. Cargas por columnas y solución de cimentación con placa-pilotes proyecto Rafael Núñez. 20 Ilustración 8. Perfil promedio del suelo explorado – proyecto Apotema I. 21 Ilustración 9. Cargas por columnas y solución de cimentación con placa-pilotes proyecto Apotema I.. 22 Ilustración 10. Perfil promedio del suelo explorado – proyecto Edificio Taminango.. 23 Ilustración 11. Cargas por columnas y solución de cimentación con placa-pilotes proyecto Taminango. . 24

Ilustración 12. Perfil típico del suelo- Proyecto XXXX. . 26

Ilustración 13. Vista en planta de losa y distribución de pilotes. . 27

Ilustración 14. Ubicación del proyecto. . 28

Ilustración 15. Perfil típico del suelo- Proyecto Altana. . 29

Ilustración 16. Vista en planta de distribución de pilotes. 30

Ilustración 17. Vista tridimensional losas pilotadas. 31

Ilustración 18. Modelo de transferencia de carga Santamarina (1989). 34

Ilustración 19. Primera etapa- construcción de pilotes. . 34

Ilustración 20. Segunda etapa- Excavación del sótano. 35

Ilustración 21. Tercera etapa- Comportamiento a corto plazo. 36

Ilustración 22. Cuarta etapa- Comportamiento a largo plazo. 36

Ilustración 23. Criterio de desplazamiento y deformación para llegar a la falla por fricción lateral de un pilote individual.

Fuente. (Durán, J., 2003). 38

Ilustración 24. Criterio de desplazamiento y deformación para llegar a la falla por punta de un pilote individual. . 39 Ilustración 25. Variación del asentamiento elástico con la profundidad bajo una cimentación cuadrada sobre suelo

homogéneo.. 39

Ilustración 26. Criterio de trasferencia de carga pilote – suelo a lo largo del fuste como función de los desplazamientos

relativos. 40

Ilustración 27. Método racional propuesto por Durán para la evaluación y diseño de un sistema de cimentación placa –

pilotes para la condición a corto plazo. 41

Ilustración 28. Método racional propuesto por Durán para la evaluación y diseño de un sistema de cimentación placa –

pilotes para la condición a largo plazo. 42

Ilustración 29. Losas de cimentación combinada con pilotes. . 46

Ilustración 30. Esquema de interacción placa-pilotes-suelo. 55

Ilustración 31.Asentamiento promedio en función del coeficiente αKPP 57

Ilustración 32. Graficas de fricción lateral en función del asentamiento y en función de la profundidad. 58 Ilustración 33.Resultados de análisis de interacción placa – pilotes: (a) pilote individual;(b) sistema placa-pilotes 59

Ilustración 34. Interacción estudiada por Katzenbach et al. (2002) 61

Ilustración 35. Curva carga-asentamiento Poulos (2002) 65

Ilustración 36.Construcción de una curva esfuerzo - deformación para estructuras de cimentación placa-pilotes 66

Ilustración 37. Curva Carga-asentamiento Fuente: (Pulido O,2019) 66

Ilustración 38. Método de análisis para la evaluación del sistema placa-pilotes 67

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Lista de tablas.

Tabla 1. Edificaciones cimentadas en un sistema placa-pilotes en la ciudad de Frankfurt, Alemania. 15 Tabla 2. Comparaciones económicas y de emisiones de CO2 cuando se utilizan LPC en vez de cimentaciones

tipo pilotes en diferentes edificaciones del mundo. 48

Tabla 3. Consistencia de arcillas y correlación aproximada con el número de golpes de penetración estándar

N60. 50

Tabla 4. Valores típicos del coeficiente de Poisson (v) para diferentes tipos de suelo. 53 Tabla 5. Factores de reducción ζi para rigideces de pilotes de una LFCP en comparación con el caso de un pilote individual (calculadas para s = 0,03 D según Katzenbach et al.) 60

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RESUMEN

En la presente monografía se expone información primordial sobre el sistema de cimentación combinado placa – pilote, la cual se ha implementado como una alternativa de cimentación diferente a la tradicional, que proporciona un beneficio tanto en lo económico como en lo estructural. Para el entendimiento y posterior compresión del tema se recopiló información existente en la literatura sobre la utilización de este sistema de cimentación durante la historia, donde se encontraron experiencias desarrolladas a nivel internacional, en las que destacan casos en Alemania con el Messeturm Tower, en Emiratos árabes una de las edificaciones más conocidas alrededor del mundo como lo es el Burj Khalifa, en México con la Torre Latinoamericana, y en el ámbito nacional concretamente en la ciudad de Bogotá con proyectos como Rafael Núñez, edificio Apotema y el edificio Taminango, en la ciudad de Cartagena se está llevando a cabo un proyecto donde se está empleando este tipo de cimentaciones, todo lo anterior acompañado de las teorías desarrolladas en el área nacional e internacional para la implementación de estas cimentaciones. Ahora bien, para un análisis más amplio respecto a dicho sistema placa – pilote, se hizo necesario definir los diferentes parámetros geotécnicos que intervienen en el suelo, y por ende en el diseño de la cimentación, dentro de los cuales se resalta principalmente, la cohesión, el ángulo de fricción, el peso específico, el módulo de elasticidad, etc. Los cuales permiten conocer el comportamiento y características del suelo y su influencia al implementar este tipo de cimentación.

Conociendo las implementaciones, las ventajas de este sistema y los factores que intervienen en este para su aplicación , fue posible generar conclusiones de las cuales resaltan que dicho sistema de cimentación es aplicable en cualquier tipo de suelo, resultando principalmente fundamental en casos de suelos muy deformables, por lo general cohesivos, llegando a soluciones muy importantes como lo son la reducción considerable de asentamientos totales, por ende, se obtiene un diseño optimo y un alivio económico en cualquier proyecto. En cuanto a la parte estructural, se tiene el coeficiente 𝛼_𝐾𝑝𝑝 el cual representa el porcentaje de carga que asumen los pilotes en comparación con la carga total del sistema. En el diseño se debe considerar que dicho coeficiente sea aproximadamente 0.6 para que poder garantizar una buena distribución de cargas y un diseño que resulte optimo ante las solicitudes de carga esperadas.

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ABSTRACT

This monograph presents essential information on the combined plate-pile foundation system, which has been implemented as a different foundation alternative to the traditional one, which provides a benefit both economically and structurally. For the understanding and subsequent understanding of the subject, existing information was collected in the literature on the use of this foundation system during history, where experiences developed at an international level were found, in which cases stand out in Germany with the Messeturm Tower, in the Emirates among the Arabs, one of the best-known buildings around the world, such as the Burj Khalifa, in Mexico with the Torre Latinoamericana, and at the national level, specifically in the city of Bogotá with projects such as Rafael Núñez, the Apotema building and the Taminango building, in the In the city of Cartagena, a project is being carried out where this type of foundation is being used, all of the above accompanied by the theories developed in the national and international area for the implementation of these foundations.

Now, for a broader analysis regarding said plate-pile system, it became necessary to define the different geotechnical parameters that intervene in the soil, and therefore in the design of the foundation, within which the cohesion is mainly highlighted. , the angle of friction, the specific weight, the modulus of elasticity, etc. Which allow knowing the behavior and characteristics of the soil and its influence when implementing this type of foundation.

Knowing the implementations, the advantages of this system and the factors that intervene in it for its application, it was possible to generate conclusions which highlight that said foundation system is applicable in any type of soil, being mainly fundamental in cases of very deformable soils, usually cohesive, reaching very important solutions such as the considerable reduction of total settlements, therefore, an optimal design and economic relief is obtained in any project. Regarding the structural part, there is the coefficient α_Kpp which represents the percentage of load assumed by the piles compared to the total load of the system. In the design, it should be considered that said coefficient is approximately 0.6 in order to guarantee a good distribution of loads and a design that is optimal for the expected load requests.

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INTRODUCCIÓN

En la ingeniería geotécnica, los problemas que por lo general ocurren en la construcción de una estructura, se le atribuyen comúnmente al suelo de soporte donde ésta se encontrará cimentada. Debido a esto, el problema a afrontar para los ingenieros especializados en suelos, es concebir un diseño de un sistema de cimentación que resulte óptimo ante solicitaciones que pueda presentar el terreno para cada una de las estructuras que se proyectan, entendiéndose como diseño óptimo, aquel que provee un apropiado factor de seguridad frente a una falla por agotamiento de la resistencia al corte del suelo, y frente a los asentamientos, bien sean totales o diferenciales admisibles, logrando así, una buena relación costo-beneficio, que resulta fundamental en todo proyecto que se quiera llevar a cabo. (Palacio, J.; 2015)

En los últimos años, se ha empleado un concepto nuevo al diseñar cimentaciones, conocido como sistema de losas pilotadas, o lo equivalente, losas combinadas con pilotes. Este tipo de fundación es aplicable en casos de suelos deformables, por lo general cohesivos, en los que una cimentación superficial tiende a producir asentamientos fuera de los admisibles, y en situaciones de cargas relativamente grandes en los que el exceso de pilotes aumenta considerablemente el costo de la cimentación. Este tipo de fundación, constituye un sistema constructivo caracterizado por la acción conjunta de ambos elementos, es decir, la losa y los pilotes, donde la losa es capaz de resistir el esfuerzo cortante y de punzonamiento que surge en su conexión con los pilotes, por lo que termina siendo un elemento de gran rigidez, incrementando su capacidad portante. A su vez, los pilotes tienen la función de reducir la magnitud de los asentamientos a valores admisibles. Este sistema conjunto conduce a un correspondiente ahorro económico. (Lorenzo R, Cunha R & Hernández E.; 2013)

El uso de la losa combinada con pilotes como sistema de cimentación, se ha aplicado en Europa desde la década de los setenta como una alternativa a la fundación pura con pilotes para obras con grandes solicitaciones. Por solo mencionar algún ejemplo, en Alemania se han utilizado especialmente en el área de la ciudad de Frankfurt para la cimentación de grandes rascacielos sobre suelos cohesivos.

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Dicho sistema fue implementado con el objetivo de optimizar las cimentaciones de los mismos en la arcilla de alta plasticidad y sobre consolidada que abundan en el subsuelo de la zona. (Achmus & Guzmán, 2003)

Aunque este tipo de cimentación ha sido implementado en el mundo en diversas ocasiones, la información que se tiene al respecto en cuanto a su análisis e implementación es muy escasa. Se presentan dificultades que surgen en cómo modelar la interacción de los elementos portantes losa-pilotes, para resistir y transferir las solicitaciones y controlar las deformaciones. Así mismo, el hecho de que todavía no existe una metodología de diseño para este tipo de fundación en las normas de muchos países, ha conllevado a una lenta inclusión de este sistema en los proyectos de ingeniería, donde dichos proyectos se apoyan en la intuición y experiencia del ingeniero, más que en un análisis debidamente fundamentado.

Esta incertidumbre generada, induce a la creación de sistemas de análisis que generan sobre dimensionamientos de las estructuras, creando sustancialmente incrementos entre recursos y costos para llevar a cabo su implementación (Lorenzo R, Cunha R & Hernández E.; 2013).

Dada la importancia de este aspecto, y lo innovador de este sistema, resulta conveniente realizar una investigación respecto al mecanismo de transferencia de cargas en un sistema de fundación de losas pilotadas, puesto que se considera que la información que se tiene al respecto sobre el tema, en cuanto a su análisis e implementación, es muy escasa. Así mismo, porque se pretende que el presente estudio se consolide como fuente de información que sea de utilidad en posteriores investigaciones y prácticas experimentales que se quieran llevar a cabo respecto a este sistema de cimentación, bien sea en el escenario académico o en la vida profesional. A su vez, con la presente investigación se espera generar un interés en la comunidad académica de estudiantes de ingeniería civil, y en la sociedad de ingenieros y arquitectos, respecto a conocer e implementar, el funcionamiento de otros sistemas de fundación diferentes a los tradicionales, por lo que este grupo en particular, se verá beneficiado de este estudio, e indirectamente, la sociedad en general.

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Con base en lo anterior, el presente trabajo tiene como objetivo general evaluar el mecanismo de transferencia de cargas en un sistema de cimentación de losas combinadas con pilotes, mediante el análisis comparativo de investigaciones realizadas respecto a dicho sistema de fundación, consolidando así, una fuente de información para posteriores investigaciones y prácticas experimentales que se quieran llevar a cabo. A partir de dicho objetivo se desglosan ciertos objetivos específicos dentro de los cuales se encuentran: analizar los parámetros geotécnicos que intervienen en el diseño de un sistema de fundación de losas pilotadas, evaluar las ventajas correspondientes de un sistema combinado de fundación de losas pilotadas, frente a otros sistemas de cimentación usualmente implementados, revisar el comportamiento esfuerzo- deformación en el suelo producidas por el sistema combinado placa-pilote, con base en información secundaria y generar conclusiones y recomendaciones para el análisis geotécnico de este tipo de cimentación, de tal manera que sirvan como guía para la implementación en proyectos de ingeniería.

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1. CAPÍTULO I: ANTECEDENTES LOSAS PILOTADAS Y ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO

1.1 ANTECEDENTES LOSAS PILOTADAS

Las losas de cimentación combinada con pilotes se han implementado alrededor del mundo en diversas ocasiones cuando la fundación pura con pilotes presenta grandes solicitudes que pretendían cimentar por casos de suelos muy deformables, por lo general cohesivos, en los cuales se esperan asentamientos excesivos.

A continuación, se presentarán brevemente algunos antecedentes internacionales y locales donde se ha implementado dicho sistema de cimentación:

1.1.1 ANTECEDENTES INTERNACIONALES 1.1.1.1 ALEMANIA

En Alemania se emplearon con mucha frecuencia en el área de la ciudad de Frankfurt (ciudad con varias referencias) para la cimentación de edificios de grandes alturas que se encuentran sobre suelos arcillosos. El desarrollo de las cimentaciones de rascacielos en Frankfurt puede dividirse en dos generaciones: En la primera, los edificios de gran altura fueron apoyados en placas de cimentación que desarrollaron asentamientos de hasta 30 cm. Una segunda generación de rascacielos se apoyó en una cimentación placa-pilotes, donde se logró reducir los asentamientos a valores considerables.

(Palacio, J.; 2015).

⮚ MesseTurm Tower, Frankfurt, Alemania: Se construyó entre 1988 y 1991, es el tercer edificio más alto de Europa y es el segundo más alto de Alemania con una altura de 256m.

La cimentación está compuesta por una placa de 27m x 35m con un espesor de 6m en el centro y 3m en los bordes, y con 64 pilotes con longitudes que oscilan entre 29 y 35 m con un diámetro de 1.3m, que fueron capaces de reducir el asentamiento máximo en un 55%, la reducción del asentamiento diferencial en un 60% y la reducción de los momentos flectores en la losa en un 35%.

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Ilustración 1. Selección y características de edificios de grandes alturas de Frankfurt.

Fuente. (Palacio, J.; 2015)

En la figura anterior se puede apreciar que el edificio Commerz-Bank es comparable con el Messeturm con respecto a su altura y carga total. El Commerz-Bank consta de una cimentación profunda convencional, donde se emplearon 111 pilotes con longitudes de hasta 45 m que fueron necesarios para transferir la carga total de la estructura hasta el estrato de caliza firme (Frankfurt Rock como referencia en la figura 1.1.1), se emplearon diámetros de 1.8 m en los primeros 20 m de profundidad y de 1.5 m en los 25 m inferiores, es decir, se construyeron pilotes telescopios. Por otra parte, se tiene el edificio SGZ bank, el cual es un edificio de 100m de altura cimentado sobre una placa de fundación convencional, el asentamiento total medido para esta fue de 31 cm. Es importante resaltar que el Commerz- Bank fue situado junto al SGZ bank, por ende, para reducir al mínimo el asentamiento adicional generado por el edificio existente, se decidió cimentar la nueva torre con la cimentación antes mencionada (pilotes).

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Finalmente, la medición del asentamiento fue de 2 cm, que, aunque resultó menor al asentamiento producido por el Messeturm (14.4cm), se requirió emplear mayores recursos para lograr disminuir al mínimo el asentamiento total. El costo de la cimentación del Commerz-Bank excede la del Messeturm en gran medida, y eso se puede apreciar en la cantidad de pilotes empleados, la longitud y diámetro de estos, procesos constructivos utilizados, etc.

⮚ Torhaus, Frankfurt, Alemania: Se reconoce como el primer edificio en Alemania en ser cimentado en un sistema de placa-pilotes. Tiene 130 m de altura y tiene cierta particularidad ya que se encuentra apoyado en dos (2) LCP separadas, por cuya separación pasa una carretera. Las placas son rectangulares e iguales, de longitudes 17.5 x 24.5 m con un espesor de 2.5m, la distancia entre ellas es de 10 m. Bajo cada una de ellas se encuentran ubicados 42 pilotes hincados de 20 m de longitud y 0.9m de diámetro, el espaciamiento entre estos varía de 3D a 3.5D (Ver figura 2), (De la Rosa, A., 2014).

Ilustración 2. Vista frontal y especificaciones de la cimentación del edificio Torhaus.

Fuente. (De la Rosa, A., 2014)

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En la cimentación fueron instalados instrumentos de medición como pilotes instrumentados, celdas de presión de contacto y extensómetros de perforación multipunto como se muestra en la figura anterior. El asentamiento total medido en este edificio fue de 12.4cm.

Un aspecto a tener en cuenta en las condiciones del suelo de estudio, por lo general, la cohesión no drenada en la arcilla de Frankfurt aumenta considerablemente con la profundidad de Cu = 100 kN/m3 a Cu = 400 kN/m3 a los 70 m bajo la superficie.

En siguiente tabla se muestra un resumen de las edificaciones que se encuentran cimentadas en un sistema placa-pilotes en la ciudad de Frankfurt, Alemania:

Tabla 1. Edificaciones cimentadas en un sistema placa-pilotes en la ciudad de Frankfurt, Alemania.

Fuente. (Reul & Randolph, 2003)

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1.1.1.2 EMIRATOS ARABES UNIDOS

⮚ Burj Khalifa, Dubái: Actualmente es el edificio más alto del mundo con una altura de 828m (163 plantas). Se compone de una losa de hormigón armado de 3.7m de espesor y 194 pilotes de 43m de longitud con diámetro de 1.5m.

Fuente. Extraída de internet.

Ilustración 3. Losa de cimentación del Burj Khalifa.

Ilustración 4. Sistema de cimentación placa-pilotes del Burj Khalifa.

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1.1.1.3 MÉXICO

⮚ Torre Latinoamericana, Ciudad de México: Se ubica con facilidad en el centro histórico de la Ciudad de México; una buena parte de la ciudad se encuentra sobre el fondo de un lago que fue secado durante el tiempo de la colonia. El área central de la ciudad está situada sobre una capa de lodo con consistencia esponjosa, es decir, un suelo inestable que ha causado que el área del centro de la ciudad se haya hundido hasta 8 metros en los últimos 100 años.

Ilustración 5. Sistema placa-pilotes torre latinoamericana, Ciudad de México.

Fuente. Extraída de internet.

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Para esta cimentación, se requirieron el hincado de 361 pilotes de concreto de punta, que alcanzaron profundidades de hasta 34 metros, hasta que alcanza el estrato más resistente del subsuelo y una losa de cimentación (0,45m) encajonada que sirvió de empotre en la torre a una profundidad de 13,50 m (Torre Latinoamericana, 2020)

1.1.2 ANTECEDENTES LOCALES 1.1.2.1 BOGOTA

La ciudad de Bogotá (Colombia) se encuentra a nivel geológico sobre un relleno sedimentario extenso que constituye esencialmente la Sabana Bogotana, esta le circundan cerros con contenido diverso de arenisca, arcillolitas y conglomerados. (Caicedo, B; Mendoza, C; Lopez, F; Lizcano, A., 2018).

De acuerdo al Instituto de investigación de Agustín Codazzi (1995) la sabana de Bogotá corresponde con una gran cuenca sedimentaria de origen fluvial y lacustre que fue rellenada por depósitos de suelos a lo largo del último millón de años. El espesor del depósito lacustre puede alcanzar los 586m, los depósitos poco profundos de suelo de 5 a 10 m de profundidad están sobre consolidados, pero en capas más profundas, el suelo puede alcanzar valores extremos para algunas propiedades geotécnicas: índices de consistencia inferiores a 0.5, contenido de agua superior al 200%, límites de líquidos de hasta 400%, ratios de vacíos tan altos como 5. (Caicedo, Mendoza, López y Lizcano;

2018)

Moya, J.E (1991) durante el Primer encuentro nacional de Ingenieros de suelos y estructuras, reporta la experiencia local lograda hasta la fecha de varias edificaciones en Bogotá cimentadas en sistemas placa-pilotes, dentro de los cuales destacan:

⮚ Proyecto Rafael Núñez: Se encuentra localizado en el occidente de la Ciudad Universitaria en Bogotá. Consta de 58 edificios de 10 pisos y 4500m2 de construcción cada uno, agrupados en 11 unidades con semisótano común.

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Durante la exploración del suelo de la zona, se encontró que el subsuelo del lote está formado por una secuencia de arcillas de consistencia media, algo limosas de alta plasticidad con ciertas intercalaciones de turba, las cuales sobre yacen a estratos de arena fina limosa densa que se encuentran a partir de los 30 m de la profundidad total explorada de 40 m. Se trata de suelos lacustres de origen reciente perteneciente a la formación Sabana, con un perfil muy homogéneo en toda el área del proyecto.

Ilustración 6. Perfil promedio del suelo explorado – proyecto Rafael Núñez.

Fuente. (Moya, 1991).

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Teniendo en cuenta criterios técnicos y económicos, la solución que finalmente se adoptó fue la de cimentar el proyecto en un conjunto de placa-pilotes, con pilotes preexcavados de concreto de longitud efectiva de 20 m. El proyecto se ejecutó en tres (3) etapas, en la primera etapa se emplearon pilotes de 0.60 m de diámetro y en las dos siguientes etapas, pilotes de 0.40 m de diámetro.

En la siguiente figura se presenta las cargas por columna y la solución de cimentación con placa-pilotes de uno de los edificios construidos en la primera etapa del proyecto:

Ilustración 7. Cargas por columnas y solución de cimentación con placa-pilotes proyecto Rafael Núñez.

Fuente. (Moya, 1991)

La presión total transmitida por un edificio es de 11.0 ton/m2 y el alivio por excavación es de 4.5 ton/m2. Los pilotes fueron diseñados para trabajar a un 70% de su capacidad, tomando la carga correspondiente a la presión neta de 6.5 ton/m2 aplicada por los edificios. Los asentamientos máximos calculados a corto y largo plazo fueron de 1.8 y 7.0 cm respectivamente, para un factor de seguridad promedio de 2.4.

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⮚ Proyecto edificio Apotema I: El Edificio Apotema I se construyó en 1989, en un lote plano de 30.0 m de frente por 30.0 m de fondo, localizado en la Calle 127 con carrera 12 de la ciudad de Bogotá. El edificio destinado a apartamentos consta de sótano, semisótano y diez pisos, y cubre un área de 690 m2. El subsuelo está compuesto por una capa vegetal de unos 20 cm de espesor, seguida por un limo algo arcilloso de color café oscuro, oxidado y de consistencia media. Este estrato limoso alcanza una profundidad de 1.50 m, a partir del cual aparece la arcilla habana oxidada, sobre consolidada por desecación y que se extiende hasta 5.0 m de profundidad. Desde esa profundidad y hasta los 45.0 m, se encuentran arcillas de colores habano oscuro y gris oscuro, de consistencia blanda a media y de alta plasticidad.

Ilustración 8. Perfil promedio del suelo explorado – proyecto Apotema I.

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Luego de los análisis de varias alternativas de cimentación, se adoptó la solución de placa aligerada en concreto reforzado combinada con 38 pilotes de fricción de 0.60 m de diámetro y 35.0 m de profundidad (29.25 m de profundidad efectiva). En la siguiente figura se presenta las cargas por columna y la solución de cimentación con placa-pilotes:

Ilustración 9. Cargas por columnas y solución de cimentación con placa-pilotes proyecto Apotema I.

Los análisis de asentamientos inmediatos y por consolidación indican un asentamiento total del orden de 7.0 a 8.0 cm. A los dos años de funcionamiento incluyendo la época de construcción, el asentamiento medido fue del orden de 8 a 10 cm.

⮚ Proyecto Edificio Taminango: El edificio Taminango tiene doce (12) pisos y dos (2) sótanos y se encuentra construido en un lote de forma rectangular de aproximadamente 46m de longitud y 30m de ancho. Se encuentra localizado en la zona norteña de la ciudad de Santa fe de Bogotá. Las cargas transmitidas en las columnas hacia la cimentación oscilan entre

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338 y 715 toneladas, las excentricidades que se produjeron fueron corregidas de inmediato con la geometría de la placa de cimentación.

El subsuelo del lote de este proyecto, al igual que el proyecto Rafael Núñez y Apotema I, es típico de la formación Sabana y está constituido por material arcilloso de alta plasticidad a partir de 2.0m y se extiende hasta los 36m de profundidad (ver siguiente imagen):

Ilustración 10. Perfil promedio del suelo explorado – proyecto Edificio Taminango.

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Una vez explorado el subsuelo de la zona, se encontró que en los dos primeros metros arcillosos son de color habano, oxidados y fisurados, de consistencia media a firme.

Posterior a esto, sigue una arcilla gris verdosa o gris oscura, de consistencia blanda a media y con resistencia al corte no drenado, CU, entre 2 y 4 ton/m². Así mismo, intercalado con dichas arcillas se presentan estratos de turba de poco espesor.

De acuerdo al análisis geotécnico presentado, se evaluaron distintas cimentaciones y se llegó a la conclusión de que la solución técnica y económicamente rentable fue cimentar el edificio en una placa aligerada combinada con pilotes de fricción pre excavados de concreto fundidos in situ. Se obtuvo un sistema conformado por una placa de 920m2 de área, reforzada con 46 pilotes de 35m de longitud (longitud efectiva de 28m) y 0.60m de diámetro. El factor de seguridad utilizado estuvo en el orden de 2 y los asentamientos totales calculados fueron de 8cm. A continuación, se presenta la distribución de cargas y pilotes del edificio Taminango:

Ilustración 11. Cargas por columnas y solución de cimentación con placa-pilotes proyecto Taminango.

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1.1.2.2 CARTAGENA D.T. y C.

⮚ Proyecto XXXX Torices: Debido a que el proyecto se encuentra en ejecución a la fecha de este trabajo, no es posible colocar el nombre real del proyecto, por ende, se estará llamando

“proyecto xxxx”.

El proyecto se encuentra situado en el barrio Torices de la ciudad de Cartagena (Colombia), tal proyecto tiene por objetivo construir un edificio inmobiliario de treinta (30) niveles.

Figura 6. Ubicación del proyecto.

Fuente: (Tomado y modificado de Google Earth por el autor, 2021)

Fundamentados en los estudios realizados por INGEOMINAS (2001), se encontró que el proyecto estará implantado geológicamente en la unidad de depósitos de Playón, los cuales cúmulos de arenas con gravas de origen lítico (chinas) y biodetritico (fragmento de concha y coral) que representan antiguos niveles de playa, y conforman geoformas de origen marino, tales como espigas, barras y playones propiamente dicho. Se encuentran ampliamente distribuidas en el casco urbano de Cartagena en sectores como La Boquilla, Aeropuerto Rafael Núñez, barrios Crespo, Bocagrande, Laguito, sector nororiente de la isla de Manga.

Por lo general las características de estos suelos resulta diversa, pero puede considerarse arenas de grano fino a medio, con gamas de colores diversos que oscilan entre pardos a grisáceos con alto contenido de fragmentos de concha (0,5 – 3 cm) y gravas de 0,5 – 2 cm.

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Por su composición, las arenas resultan cuarzo feldespático con proporciones menores de ferromagnesianos y trazas micáceas. Las gravas son de tipo chert en diversos colores, como negro, cuarzo lechos y pardo. Los espesores resultan diversos en varios puntos, en un rango de entre 1 a 45 m, aproximadamente (Díaz. C, 2010).

A continuación, se muestra el perfil del suelo encontrado en el área de estudio luego de realizado los sondeos:

Ilustración 12. Perfil típico del suelo- Proyecto XXXX.

Fuente. (Autores y basado en AB Ingeniería, 2021).

Luego de los análisis de varias alternativas de cimentación, y teniendo en cuenta criterios técnicos y económicos, se implementó el sistema placa-pilotes como alternativa de cimentación del edificio xxxx. La placa tiene longitudes de 16m x 30m, de ella subyacen 101 pilotes de 22m de longitud y 0.6m de diámetro (ver figura 2).

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Los asentamientos inmediatos y por consolidación esperados son de 23.91mm y 56.64 mm respectivamente, que resultan inferiores en gran medida a cuando se evaluó cimentar el edificio en pilotes simplemente (AB Ingeniería, 2020).

Ilustración 13. Vista en planta de losa y distribución de pilotes.

Fuente. (Autores basados en AB Ingeniería, 2021).

⮚ Proyecto Altana, serena del mar: El proyecto se encuentra ubicado en la zona norte de la ciudad de Cartagena, específicamente en serena del mar. Dicho proyecto consta en la construcción de nueve (9) estructuras (torres) de cinco (5) niveles, una de tres (3) niveles y la construcción de un semisótano en gran parte de la extensión del lote.

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Ilustración 14. Ubicación del proyecto.

Fuente. (Tomado y modificado de Google Earth por el autor, 2021).

De acuerdo a los estudios realizados por INGEOMINAS (2001), el proyecto se encuentra implantado geológicamente sobra la unidad de Llanuras Costeras (Mllc). Los depósitos marino aluviales son acumulaciones predominantemente arcillosas de colores pardos y negros con lentes arenosos de varios metros de espesor, resultado de la interacción de procesos marinos y aluviales en tiempos antiguos.

Ahora bien, las Llanuras Costeras son planicies extensas, ligeramente onduladas, limitadas hacia la parte continental por colinas y lomas y hacia el mar por playas o llanuras intermareales. Su Génesis comprende procesos fluviomarinos de sedimentación y erosión.

De igual manera, en el área de estudio se identifica la unidad de Llanuras de Inundación (Fipi), los cuales son lóbulos de sedimentos arcillosos o arenosos formados por la depositación fluvial a lo largo de los cauces y la desembocadura de las corrientes de agua.

(Informe geotécnico serena del mar (2019) citó a INGEOMINAS ,2001).

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En la siguiente imagen se muestra el perfil típico, de acuerdo al sondeo 1, de la zona de estudio:

Ilustración 15. Perfil típico del suelo- Proyecto Altana.

Fuente. (AB Ingeniería, 2019).

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Luego de explorar el suelo de la zona y realizar un análisis geotécnico al respecto, se propuso emplear varios sistemas de cimentación para las distintas torres del proyecto, por ejemplo, para las torres 3, 4 y 5 se empleó una cimentación superficial mediante losa, en cambio para la torre 1, debido a la relativa baja capacidad portante de los estratos encontrados cerca de la superficie y con el fin de mejorar las condiciones de carga del suelo, controlar asentamientos y mitigar los efectos de cambios volumétricos y licuefacción, se empleó un sistema de losas pilotadas, con pilotes preexcavados, de concreto reforzado con resistencia a la compresión de 28 Mpa fundidos in situ, de 0.60 m de diámetro y 10 m de longitud efectiva. La losa cuenta con dimensiones de 19 m x 46 m con un espesor de 20 cm.

Ilustración 16. Vista en planta de distribución de pilotes.

Fuente. (Informe geotécnico serena del mar, 2019).

La capacidad portante admisible de la losa es de 5 ton/m2 con un asentamiento esperado de 7.0 cm, los pilotes tienen una carga última de 52 ton y un asentamiento esperado de 6.0 cm.

(Arnoldo Berrocal Ingeniería SAS, 2020).

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Ilustración 17. Vista tridimensional de losas pilotadas.

Fuente. (Informe geotécnico serena del mar, 2019).

Para concluir este apartado de antecedentes, se pudo apreciar que el sistema placa-pilotes es aplicable en cualquier tipo de suelo, resultando principalmente fundamental en casos de suelos muy deformables, tal como la arcilla presente en el subsuelo de la ciudad de Frankfurt (Alemania) o los suelos lacustres de la ciudad de Bogotá (Colombia). Así mismo, se presenta su aplicabilidad en la arcilla y arena presente en la ciudad de Cartagena (Colombia). En los distintos proyectos donde se empleó el sistema placa-pilotes que se presentaron en el capítulo, se obtuvieron soluciones considerables, donde se destaca las reducciones de los asentamientos totales que se lograron, los cuales presentaron gran diferencia de los asentamientos que se obtenían si se empleaba un sistema de cimentación tradicional (Losas, pilotes, pilas, etc.), y se logró una disminución de recursos de material a emplear (reducción de pilotes). Lo anterior conlleva a un correspondiente ahorro económico de los proyectos.

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1.2 ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO

Se han desarrollado diversas investigaciones sobre el sistema de losas pilotadas con el objetivo de comprender las variables de las cuales se derivan en el correcto funcionamiento de este tipo de cimentación, el modo en que sus elementos interactúan para soportar las cargas aplicadas y las situaciones bajo las cuales se favorece su empleo. Para obtener la capacidad de carga en un sistema de LCP han de emplearse correlaciones de tipo empírico o estudios numéricos relacionados con ensayo de campo. Resulta sencillo deducir que la mayor de estos métodos es su simplicidad, no obstante, generan la limitación en su aplicación al ser similar las condiciones de la obra con las condiciones de los ensayos o pruebas in situ a partir de las cuales han sido desarrollados.

Este apartado se focaliza fundamentalmente en los estudios y experiencias desarrolladas local e internacionalmente. En consecuencia, se presenta una descripción resumida de los diversos métodos encontrados en la literatura:

1.2.1 EXPERIENCIAS DESARROLLADAS LOCALMENTE

A continuación, se describe el método de análisis de asentamientos para sistemas de cimentación placa-pilotes desarrollado por Vesga et al. (VII Jornadas Geotécnicas – Sociedad Colombiana de Ingenieros, 1992).

⮚ VESGA (1992)

En el método de diseño se emplean los parámetros del subsuelo tradicionales en el análisis de cimentaciones. Básicamente consiste en la integración de conceptos sencillos de fácil interpretación; el problema se analiza en cuatro etapas que representan el proceso de construcción (construcción de pilotes, excavación y construcción de la estructura) y el comportamiento a corto y largo plazo del suelo y la cimentación.

En todas las etapas se realizaron iteraciones (ensayo y error) hasta llegar a una compatibilidad entre la transferencia de carga (placa-suelo y pilotes-suelo) y los asentamientos de los diversos estratos que componen el perfil del subsuelo, cumpliendo siempre con el equilibrio de fuerzas verticales; de esta forma se satisfacen los criterios de interacción suelo-cimentación. (Palacio J, 2015)

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El método es aplicable en general para placas o cabezales con formas rectangulares o combinaciones de rectángulos; pilotes de cualquier longitud, diámetro y número.

Adicionalmente, Vesga desarrolló un programa de computador, el cual se había aplicado para las siguientes condiciones:

● Placa entre 10 y 40 m de ancho

● Pilotes con diámetros de 0.60m y con longitudes entre 10 y 30m.

● Pilotes de concreto, preexcavados y fundidos in situ.

● Estratigrafía del subsuelo típica de la Formación Sabana (Bogotá.)

En su análisis de transferencia de carga, Vesga propone el método de Santamarina (1989), el cual presenta un modelo elasto-plástico lineal para representar la transferencia de carga por fricción lateral y carga base. Explica que utilizó este por las ventajas que representa una relación elasto - plástica sencilla donde se emplearon desplazamientos relativos pilote-suelo 𝛿𝑚𝑎𝑥 de 0.5 y 1 cm y 𝛿𝑏𝑐 de 0.2d (d es el diámetro del pilote y 𝛿𝑏𝑐 es el desplazamiento para desarrollar la resistencia de la base en carga).

Ilustración 18. Modelo de transferencia de carga Santamarina (1989).

Fuente. (Santamarina, modificado por autores, 2021).

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El modelo de análisis se divide en cuatro (4) etapas, las cuales abarcan los siguientes procesos: La construcción de pilotes, ejecución de la excavación para el sótano, asentamiento a corto y largo plazo. En la primera etapa, la cual consistió en la construcción de los pilotes, se estableció un esfuerzo cortante inicial para cada tramo en que se dividió el pilote, de tal manera que se representen los esfuerzos iniciales por el proceso de construcción y el peso propio de los pilotes. Se presenta una representación esquemática ara el caso de pilotes preexcavados y fundidos in situ:

Ilustración 19. Primera etapa- construcción de pilotes.

Fuente. (Palacio J, 2015).

Para la segunda etapa se llevó a cabo la excavación del sótano y se calcularon las expansiones del subsuelo debido al alivio por la excavación. Con la excavación, el subsuelo se expande y empuja los pilotes hacia arriba; en esta etapa los pilotes se suponen rígidos.

Los pilotes suben en menor cantidad que la base de la excavación, pero en mayor cantidad que el suelo desde cierta profundidad; esta profundidad es crítica y corresponde a una de desplazamiento relativo nulo entre pilote y suelo. En la siguiente figura se puede apreciar la representación esquemática para esta etapa:

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Ilustración 20. Segunda etapa- Excavación del sótano.

En la tercera etapa se calcularon los asentamientos elásticos del edificio. Con el peso del edificio la estructura se asienta; cerca de la cabeza de los pilotes el asentamiento de la placa es similar al del suelo y al del pilote mismo y por lo tanto los movimientos relativos son muy pequeños, lo cual se traduce en que la transferencia de carga pilote – suelo sea pequeña. El comportamiento a corto plazo se puede percibir en la siguiente figura:

Ilustración 21. Tercera etapa- Comportamiento a corto plazo.

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Cerca de la punta de los pilotes el asentamiento de estos es igual al que ocurre en la superficie para un pilote rígido y similar para pilote con cierta compresibilidad. Por otra parte, el asentamiento del suelo es más pequeño que en la superficie, lo cual genera un desplazamiento relativo pilote – suelo grande que puede hacer que el pilote llegue a la falla en esta etapa.

Finalmente, en la cuarta etapa se calculan los asentamientos a largo plazo. Como punto de partida se tienen las adhesiones y desplazamientos relativos de la etapa anterior.

Ilustración 22. Cuarta etapa- Comportamiento a largo plazo.

El problema se soluciona de forma similar al de la tercera etapa. Solamente se cambia el método de cálculo de asentamientos ya que estos se deben al proceso de consolidación. Para el equilibrio de fuerzas verticales se tiene en cuenta el esfuerzo total transmitido por la estructura, pero para el cálculo de asentamiento se tiene en cuenta el incremento de

esfuerzos netos (Palacio J, 2015).

Vesga en su artículo presenta los resultados de aplicar su metodología a edificios de 7 a 12 pisos, cimentados en el depósito lacustre de Bogotá sobre sistemas placa-pilotes, conformados por placas cuadradas aligeradas de 10 a 40m de ancho, y grupos de pilotes preexcavados y fundidos in situ de 0.60m de diámetro y de 10 a 30 m de longitud cada uno.

A partir de estas modelaciones y diseños, llegó a formular múltiples conclusiones, de las cuales destacan:

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● Los pilotes contribuyen notablemente al control de los asentamientos a largo plazo. No es mayor el beneficio por su presencia para el control de expansiones por la excavación, ni de los asentamientos inmediatos. Incluso para relaciones B/L mayores a 3 o 4, los pilotes pueden incrementar los asentamientos por el peso adicional que imponen al sistema.

● La mejor eficiencia de los pilotes se logra para las relaciones entre el ancho de la placa y la longitud de los pilotes (B/L) inferiores a 1.5.

● Es acertado el criterio empleado en la práctica de adoptar números de pilotes cuya carga de falla equivalga a la carga neta del edificio (no implica que en la realidad los pilotes trabajen en falla), siempre y cuando la relación B/L sea apropiada, aunque pueden emplearse menos pilotes sin incremento notorio del asentamiento; esto se traduce en reducción de costos de construcción. Para placas de 30 y 40 m de ancho existe un número de pilotes crítico (inferior al que representa el 100% de la carga neta trabajando a la falla), a partir del cual decrece la tasa en la disminución de los asentamientos.

● En ninguno de los casos estudiados los pilotes trabajan a su capacidad última; en sitios cercanos a la cabeza de los pilotes en contacto con la placa la transferencia de carga pilote- suelo es muy baja.

● El desplazamiento máximo pilote-suelo para que se desarrolle la máxima adhesión en el fuste influye sobre el comportamiento del sistema. Entre menor sea este valor, mayor es el módulo en la transferencia de carga, mayor es la carga que toman los pilotes y mejor la eficiencia de los pilotes para el control de asentamientos.

⮚ Duran (2003)

Los criterios aplicados en este análisis y la secuencia metodológica de verificación de las hipótesis fueron las siguientes:

● Para que un área delgada perimetral del pilote logre desarrollar su fricción última o de falla se precisa alcanzar un desplazamiento relativo hacia abajo de 5 a 8 mm, tal como se muestra en la siguiente figura:

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Ilustración 23. Criterio de desplazamiento y deformación para llegar a la falla por fricción lateral de un pilote individual.

Fuente. (Durán, J., 2003).

● Para desarrollar la capacidad de falla por punta de pilotes pre – excavados en arcillas blandas se requiere un asentamiento de la punta o penetración en el suelo del 15 – 20% del diámetro del pilote.

Ilustración 24. Criterio de desplazamiento y deformación para llegar a la falla por punta de un pilote individual.

En este método es fundamental tener en cuenta las condiciones del sistema a corto y largo plazo, en la condición a corto plazo se analiza el asentamiento inmediato (elástico), causado por las cargas que se transmiten a la placa llegando al suelo teniendo una variabilidad desde el 100% al 0% a una profundidad de un orden de 1.5 veces el ancho de la placa (para placas cuadradas o rectangulares con L/B ≤ 1.5), aproximadamente como se muestra a continuación:

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Ilustración 25. Variación del asentamiento elástico con la profundidad bajo una cimentación cuadrada sobre suelo homogéneo.

Fuente. (Durán J., 2003).

Para este método se utiliza la teoría de la elasticidad (Janbu y otros, 1956), para obtener el asentamiento elástico, a este método se le plantea reducción en el factor de restricción que se da en el conjunto de pilotes. Conociendo los asentamientos elásticos que se dan en el sistema, se establecen los asentamientos relativos pilote – suelo a lo largo del fuste y en punta.

Ilustración 26. Criterio de trasferencia de carga pilote – suelo a lo largo del fuste como función de los desplazamientos relativos.

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Con los resultados de la carga que se da en los pilotes que se muestran en la figura anterior se inician iteraciones hasta llegar a una rápida convergencia, con los valores de carga tomada por los pilotes y placa y el asentamiento elástico resultante. El diagrama de flujo de la evaluación a corto plazo se muestra en la figura 27.

En la condición a largo plazo se parte de la hipótesis de que los pilotes de un sistema placa- pilotes se encuentran trabajando a capacidad última, es decir, están en la falla. Conociendo los esfuerzos y características de compresibilidad del suelo se evalúan los asentamientos por consolidación primaria en la placa y pilote. Posteriormente, con el resultado del asentamiento promedio por consolidación de la placa sumado al asentamiento elástico, considerando la compresión de los pilotes, y los desplazamientos verticales del terreno y como producto de la distorsión inicial no drenada de la masa de suelo, se establecen desplazamiento relativos pilote – suelo a lo largo del fuste y en su punta. Con los resultados alcanzados de desplazamientos relativos pilote – suelo a largo plazo se aplican nuevamente los criterios ilustrados en las Figuras 9 y 10 para confirmar la hipótesis inicial de carga tomadas por el pilote o corregirla para iniciar una nueva iteración hasta que la convergencia entre hipótesis y resultado sea razonable.

El diagrama de flujo para la evaluación a largo plazo se muestra en la Figura:

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Ilustración 27. Método racional propuesto por Durán para la evaluación y diseño de un sistema de cimentación placa – pilotes para la condición a corto plazo.

Fuente. (Palacio, J., 2015).

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Ilustración 28. Método racional propuesto por Durán para la evaluación y diseño de un sistema de cimentación placa – pilotes para la condición a largo plazo.

Fuente. (Palacio, J., 2015).

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1.2.2 EXPERIENCIAS DESARROLLADAS INTERNACIONALMENTE

En cuanto al comportamiento de carga vs asentamiento en una cimentación en BCP el primer trabajo teórico podría ser atribuido a (Poulos 1968) quien llevó a cabo estudios sobre la influencia de la balsa en la disminución de asentamientos de un grupo de cimentaciones profundas.

Poulos (1991) desarrolló diversos análisis de sistemas placa - pilotes variando el perfil de suelo de apoyo; como resultado encontró que en condiciones donde la estructura de cimentación se desplanta sobre depósitos de suelos moderadamente rígidos o densos, el uso de este tipo de cimentación se torna favorable. Esta situación se genera principalmente porque bajo estas circunstancias, la placa aporta un valor representativo de la capacidad de carga y rigidez exigida, es decir, los pilotes actúan como elementos para mejorar el desempeño de la estructura de cimentación. Así mismo, no recomienda apoyar este tipo de estructura sobre perfiles de suelo que puedan estar sujetos a procesos de consolidación, ya que se puede ocasionar la pérdida de contacto entre la placa y el suelo (Poulos, Small, & Chow, 2011).

Poulos (2001a) describe un proceso de diseño constituido por tres fases: Una fase preliminar para evaluar la factibilidad de usar BCP y el número de pilotes necesarios para satisfacer los requerimientos de diseño. Una segunda fase para estudiar dónde se requieren los pilotes, así como determinar sus características generales. Una fase final detallada de diseño para obtener el número óptimo, localización y configuración de los pilotes y calcular la distribución detallada de los asentamientos, determinar los momentos flectores y cortantes de la balsa y las cargas y momentos de los pilotes. Por otra parte, Franke et al. (2000) señalan que el sistema placa pilote es apropiado para edificaciones con índice de esbeltez (relación entre alto y largo) mayor a cuatro, por ser estructuras sensibles de sufrir inclinaciones, de igual modo, recomienda su uso para estructuras que generan elevadas presiones de contacto en losas y por ende grandes asentamientos, así como en edificaciones muy excéntricas (Castillo, 2013). Ibáñez (2011) realiza un estudio en el cual compara los valores de la curva estimada carga vs deformación de las hojas de cálculo Mathcad con resultados de modelos a escala real, además evalúa el efecto de la profundidad de cimentación en el cálculo de las deformaciones como una novedad en el análisis.

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2. CAPÍTULO II: LOSAS PILOTADAS

En todo proyecto de cimentación lo primero que se debe definir es si la cimentación deberá ser superficial o profunda, la respuesta a lo anterior siempre va ligada al tipo de suelo, la capacidad de carga de este, y los asentamientos admisibles esperados. Comúnmente, se opta por iniciar el diseño de una cimentación superficial, puesto que resulta económicamente rentable en la mayoría de los casos. Ahora bien, cuando esta no cumple con las solicitaciones de carga y servicio requeridas, se busca transmitir la carga a un material adecuado del suelo a una mayor profundidad, haciendo uso de una cimentación profunda, dicha práctica puede generar un incremento en el costo de la fundación, puesto que la cantidad de pilotes puede aumentar dependiendo de las solicitaciones de la estructura (Lorenzo, R; Cunha, R & Hernández, E.; 2013).

En este contexto, surge un nuevo concepto en el diseño de cimentaciones conocida como losas pilotadas, o lo que es lo mismo, losas de cimentación combinada con pilotes (LCP):

2.1 DEFINICIÓN

Las losas de fundación combinadas con pilotes (LCP), constituyen un sistema de cimentación que se caracteriza por la interacción conjunta de ambos elementos, la losa y los pilotes, con la función de transmitir al terreno las cargas de la estructura que se requiere cimentar, en parte por la presión de contacto entre la placa y el suelo subyacente, y en parte por la fricción lateral entre los pilotes y el suelo que los rodea (Ver figura 9). El análisis de interacción entre dichos elementos actuantes, y estos a su vez con el suelo de soporte, resulta imprescindible para la evaluación de la capacidad de carga y de los asentamientos del conjunto. Con base en lo anterior, es posible afirmar que una acertada predicción de los asentamientos es fundamental para corroborar que los requerimientos en el estado límite de servicio se vean cumplidos (Ibáñez, L.; 2017).