Modelación numérica de hincado de pilotes a presión

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(1)MODELACIÓN NUMÉRICA DE HINCADO DE PILOTES A PRESIÓN. JOHN EDUARDO SALAMANCA OLMOS MIGUEL EDUARDO GÓMEZ GONZÁLEZ. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2013.

(2) MODELACIÓN NUMÉRICA DE HINCADO DE PILOTES A PRESIÓN. JOHN EDUARDO SALAMANCA OLMOS MIGUEL EDUARDO GÓMEZ GONZÁLEZ. Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil. Director JUAN CARLOS RUGE CÁRDENAS Ingeniero Civil. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2013.

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(4) Nota de aceptación. ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________. ______________________________________ Director de Investigación Ing. Juan Carlos Ruge Cárdenas. ______________________________________ Asesor Metodológico Ing. Juan Carlos Ruge Cárdenas. ______________________________________ Jurado. Bogotá D.C., diciembre de 2013.

(5) CONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN. 8. 1. 1.1 1.2. OBJETIVOS GENERAL ESPECÍFICOS. 9 9 9. 2.. ALCANCES Y LIMITACIONES. 10. 3.. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN. 11. 4.. METODOLOGÍA. 15. 5. 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3. MARCO DE REFERENCIA MARCO TEÓRICO MARCO CONCEPTUAL Pilotes Pilotes in situ Pilotes hincados ESPECIFICACIÓN TÉCNICA PARA ENSAYOS DINÁMICOS DE CARGA DE PILOTES PREFABRICADOS HINCADOS Generalidades Normativa de referencia Descripción del método. 16 16 18 18 18 19. 5.3.1 5.3.2 5.3.3 6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3. 19 19 20 20 22 22 23 25 25 25 26. 6.4.4 6.4.5. RECOPILACIÓN DE DATOS ESTRATO NÚMERO 1 ESTRATO NÚMERO 2 ESTRATO NÚMERO 3 PROGRAMA PLAXIS: RESULTADOS Modelo computacional Primera fase equilibrio geostático de esfuerzos Segunda fase aplicación de carga del pilote (malla deformada M.E.F) Desplazamientos verticales en la última fase Esfuerzos totales última fase del proyecto. 7.. CONCLUSIONES. 30. 8.. RECOMENDACIONES. 31. 27 28 29. BIBLIOGRAFÍA. 32. ANEXOS. 33.

(6) LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6.. Resultados programa Plaxis Modelo computacional Primera fase equilibrio geostático de esfuerzos Segunda fase aplicación de carga del pilote (malla deformada M.E.F) Desplazamientos verticales en la última fase Esfuerzos totales última fase del proyecto. 25 26 26 27 28 29.

(7) LISTA DE ANEXOS pág. Anexo A.. Estudio de suelos obra. 33.

(8) INTRODUCCIÓN Desde tiempos remotos los habitantes neolíticos de Suiza, utilizaron postes de madera hincándolos sobre el fondo de lagos poco profundos para poder construir sus hogares a alturas considerables, esto a su vez lo utilizaban como protección de los animales salvajes. Este método ha ido mejorando a través de los años, tanto así que se llegó a construir ciudades como Venecia llevando como cimientos, pilotes en el agua, hoy en día observamos construcciones tan grandes como los rascacielos o tan pequeñas como edificaciones utilizadas para vivienda, pero estas construcciones solo tienen algo en común y es su sistema de cimentación, el cual está conformado por pilotes de concreto, estos trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral, resistencia por fuste, resistencia a la penetración o resistencia por punta (Mitchell, 1980). Ambas dependen de las características del pilote del terreno y una combinación eficaz es el objeto del proyecto. Lo que se busca en esta investigación es realizar el estudio numérico y compararlo con resultados tomados en campo, en esta oportunidad estudiaremos el pilotaje hincado realizado en la construcción de la obra Wasichay, ubicado en la Av Rojas con calle 65. Partiendo de la información tomada en campo podremos comparar los diferentes esfuerzos y comportamientos al momento de hincar un pilote. La evaluación de la capacidad de carga de pilotes con defectos constructivos es una actividad recurrente en los procesos de construcción en obras civiles. Por esta razón lo que se busca es que con datos reales tomados en obra, lograr obtener un modelamiento con un software de elementos finitos, en este caso el Plaxis 2D versión estudiantil. Esto con el fin de realizar una simulación artificial, ya que existen muy pocos estudios sobre el comportamiento del suelo al momento de de hincar pilotes a presión, esto por medio de programas de computación. El interés de este estudio es poder realizar una comparación de los datos arrojados en obra con los numéricos para poder lograr aprender más sobre el comportamiento del suelo ante este tipo de cimentación, en este caso el pilotaje hincado. Este tipo de modelamiento se logra a partir de una recopilación de datos, donde nuestra principal fuente y datos de interés la contiene el estudio de suelos; Basándonos en los datos que nos arroja el estudio de suelos, estos son ingresados a nuestro software partiendo con los diferentes perfiles del suelo “perfiles estratigráficos”, ingresando cada una de estos con sus características y profundidades a las que encontramos cada uno de estos perfiles. A partir de esto se ingresa las dimensiones del pilote para así proceder con la modelación numérica de nuestro pilote hincado..

(9) 1. OBJETIVOS 1.1 GENERAL Modelar numéricamente el comportamiento de pilotes hincados a presión en las arcillas de Bogotá. 1.2 ESPECÍFICOS Recopilar los datos obtenidos en obra al momento de hincar pilotes a presión Simular artificialmente mediante programas de elementos finitos (MEF) el comportamiento de hincado de pilotes a presión. Comparar los datos obtenidos en obra con los modelados numéricamente. Estudiar la dispersión de los resultados al comparar los datos previstos con los datos reales medidos in situ..

(10) 2. ALCANCES Y LIMITACIONES El estudio sobre el comportamiento de pilotes hincados se realizó con un software de elementos finitos diseñado para estudiantes (PLAXIS 2D), donde se llevó a cabo una simulación sobre un pilote hincado in situ en la ciudad de Bogotá D.C. Se realizó la simulación y comparación de carga vs desplazamiento de pilotes hincados in situ. Se observaron las diferencias de resultados que podremos obtener entre un software y los resultados en situ al momento de hincar un pilote en obra..

(11) 3. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN Existen pocos estudios donde se hayan realizado simulaciones artificiales de pilotes hincados mediante modelaciones numéricas o programas de computación sobre las pruebas de cargas, en donde los resultados arrojados por nuestro software se logran comparar con los datos reales obtenidos en obra, esta sería una excelente herramienta para poder revisar desde el punto de vista el comportamiento de un pilote hincado, este proceso se lograría a partir de un software llamado PLAXIS 2D versión estudiantil. En Argentina1 (Quein) se realizó un estudio similar en donde realizan la modelación numérica del comportamiento lateral de pilotes mediante elementos de viga embebidos en sólidos. Donde la modelación del problema de interacción suelo-pilote debido a cargas laterales mediante métodos numéricos requiere la representación de dos subdominios: suelo y pilote. Con el objeto de optimizar el proceso de modelación, resulta atractiva la idea de representar el pilote mediante elementos de viga y el suelo mediante elementos de sólidos. En los últimos años se desarrolló el concepto de elementos de vigas embebidos en sólidos, los cuales interactúan directamente con los elementos de sólidos circundantes en el contexto del Método de Elementos Finitos, a través de restricciones cinemáticas. Los elementos embebidos han adquirido notable popularidad debido a su gran atractivo computacional, y debido a su disponibilidad en programas comerciales, sin embargo, debido a las distintas alternativas posibles para imponer las restricciones cinemáticas, se logran diferentes modelos de interacción suelo estructura. En este trabajo se comparan la performance numérica de distintos elementos finitos de vigas embebidos en sólidos entre sí y con distintas soluciones de referencia, a fin de desarrollar conclusiones respecto a las posibilidades de modelación numérica para este tipo de problemas. La estimación de la respuesta mecánica de pilotes sometidos a carga lateral está fuertemente influenciada por la interacción suelo estructura que se desarrolla en la superficie del pilote, por la relación entre las rigideces relativas entre el suelo y el pilote y por el rango de cargas al que está sometido. A la hora de hacer estimaciones confiables sobre esta respuesta mecánica, se pueden utilizar modelos de complejidad creciente: desde modelos de vigas sobre fundación elástica bidimensionales, métodos de curvas de transferencia de carga, métodos de equilibrio límite, llegando a modelos de elementos finitos tridimensionales.. 1. TURELLO, Diego F., PINTO, Federico y SÁNCHEZ, Pablo J. Modelación numérica del comportamiento lateral de pilotes mediante elementos de viga embebidos en sólidos. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/4117/4043>. [Citado: 28, oct., 2013]..

(12) La técnica de elementos finitos, si bien se aplica a la resolución de estos problemas, lleva consigo un costo computacional elevado si se pretende modelar mediante elementos sólidos el suelo y pilote, dado que en general resultan modelos tridimensionales (3D) con un gran número de grados de libertad ya que el tamaño de malla se ve influenciado por el tamaño de los pilotes a modelar mediante elementos finitos. Estas limitaciones han sido evitadas mediante modelos de elemento de contorno (por ejemplo, Pinto y Prato), los cuales sin embargo poseen ciertas limitaciones para problemas no lineales. Además, en los modelos 3D de pilotes resulta compleja la vinculación con la superestructura, la cual es práctica común modelarla mediante elementos de viga. Para resolver estas limitaciones de los modelos de elementos finitos, se han planteado elementos de viga embebidos (Sadek y Shahrour) en los cuales el suelo es representado mediante elementos sólidos y los pilotes mediante modelos de viga embebidos, donde se debe prestar atención a la hora de ensamblar la contribución de los elementos de viga en el problema de sólidos, debido a la diferencia de significado físico entre las variables nodales, como consecuencia de las diferentes aproximaciones cinemáticas. Cabe destacar que los elementos embebidos propuestos por Sadek y Shahrour no consideran la transferencia de cargas entre suelo y pilote a través de una superficie de interacción en forma explícita, y degeneran en un simple ensamble de una matriz de rigidez de viga con una de sólido para el caso en que el eje del pilote coincida con una arista del elemento de sólido. Según los resultados obtenidos en trabajos anteriores de Turello y Pinto, este tipo de aproximación carece de sentido mecánico estricto, hecho que se traduce al modelo numérico exhibiendo una falta de convergencia para tamaños de malla decrecientes en los modelos de elementos de viga convencionales embebidos en sólidos. Para evitar este inconveniente se desarrolló un elemento de viga embebido con fuerzas de contorno definidas en una superficie de interacción finita. En este trabajo se muestra la capacidad de modelar pilotes a carga lateral de los distintos elementos propuestos para vigas embebidas en sólidos. Modelado numérico del comportamiento de un pilote sometido a fricción negativa y cargas accidentales. Este proyecto fue realizado por Juan Félix Rodríguez Rebolledo y Gabriel Auvinet2 del Instituto de Ingeniería, UNAM, México D.F., México, En este artículo se presenta un análisis mediante el Método de los Elementos Finitos, en el que se estudia las variaciones de la carga por fricción negativa cuando un pilote de fricción, que interactúa con el hundimiento regional, se somete a cargas accidentales. Se consideran condiciones estratigráficas y 2. RODRÍGUEZ REBOLLEDO, Juan Félix y AUVINET, Gabriel. Modelado numérico del comportamiento de un pilote sometido a fricción negativa y cargas accidentales. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://geoserver.ing.puc.cl/info/conferences/PanAm2011/panam2011/pdfs/GEO11Paper464.pdf>. [Citado: 28, oct., 2013]..

(13) piezométricas típicas de la zona lacustre de la Ciudad de México. Para el modelado numérico las condiciones estratigrafías y propiedades de las mismas, se desarrollaron en la zona lacustre de la ciudad de mexico, donde se utilizo la información del estudio de suelos proveniente del oriente de la ciudad, esta información para la definición de los perfiles estratigráficos se obtuvo de la base de datos del Sistema de Información Geográfica del Instituto de Ingeniería de la UNAM (SIG). El perfil estratigráfico para este modelamiento numérico está formado por 8 estratos con hasta 2 mts de profundidad se encuentra el primer perfil el cual esta conformado por la llamada costra seca, esta está compuesta por por arcillas de consitencia muy rigida con un contenido medio de humedad y un alta carga de pre consolidación. Le sigue 5 mts de arcilla de pre consolida por debajo del nivel de las aguas freáticas su consistencia va de media a semirrígida, De 5 a 29m de profundidad, se tiene la Formación Arcillosa Superior. Está constituida por arcillas altamente compresibles de consistencia muy blanda. Para simular el comportamiento de la Costra Seca, de la Costra y de la Capa Dura, se utilizó el modelo Mohr- Coulomb y para los estratos arcillosos el Soft Soil (Brinkgreve). Los valores de φ’’ se obtuvieron de pruebas triaxiales tipo CD y CU (consolidadasdrenadas y consolidadas-no drenadas, respectivamente) publicadas por Marsal y Mazari, Marsal y Salazar, Lo, Alberro e Hiriart y Villa. Los valores de λ*, κ* y POP, se obtuvieron de pruebas de consolidación unidimensional de varios estudios de mecánica de suelos del SIG y se calibraron con algunas pruebas de consolidación triaxial publicadas por Díaz-Rodríguez y Villa. Los valores del coeficiente lateral de presión de tierras en reposo normalmente consolidado, K0NC, se estimaron a partir de la formula de Jaky y el coeficiente K0 (coeficiente lateral de presión de tierras en reposo) se obtuvo mediante la ecuación propuesta por Mayne y Kulhaway. Características del modelo numérico. Los ensayes de campo y laboratorio que se han realizado en pilotes aislados sometidos a fricción negativa pueden modelarse por medio del MEF bidimensional considerando el carácter axisimétrico del problema..

(14) Se efectuó el modelado numérico de un pilote de fricción aislado de 50cm de diámetro y 25m de longitud, colocado en condiciones estratigráficas y piezométricas típicas de la zona lacustre de la Ciudad de México. La malla de elementos finitos desarrollada. Después de realizar un análisis de sensibilidad, se determinó que para poder obtener resultados suficientemente confiables, es aceptable utilizar elementos triangulares de 15 nodos, elementos de interfaz pilote-suelo con cinco pares de nodos, efectuando un refinado de la malla alrededor de la punta del pilote y a lo largo del fuste y colocando la frontera lateral a una distancia de 10m, medida a partir del eje de axisimetría. Para todos los estratos, se consideró un valor unitario del factor de reducción de la interfaz. Las fronteras laterales de la malla se restringieron en dirección horizontal, mientras que la inferior en ambos sentidos. El modelado se efectuó en términos de los esfuerzos efectivos considerando parámetros drenados y condiciones iniciales no-drenadas. Se presenta un análisis, mediante el MEF axisimétrico, análogo a los estudios de campo efectuados por Fellenius y Bozozuk y de laboratorio efectuados por Leung et al. (2004). Se estudian las variaciones de la carga por fricción negativa cuando un pilote, en este caso de fricción, se somete a cargas accidentales, considerando condiciones estratigráficas y piezométricas típicas de la zona lacustre de la Ciudad de México. Las conclusiones principales obtenidas de dicho análisis son las siguientes: Existen similitudes importantes entre los resultados obtenidos del modelado con los reportados por Fellenius, Bozozuk y Leung. Una de las más significativas es que una parte importante de la fuerza por fricción negativa generada puede ser substituida por sobrecargas e inclusive la fricción negativa puede transformarse en positiva. Se confirma que, para el diseño de pilotes, resulta exageradamente conservador sumar el efecto de la fricción negativa con el de las cargas accidentales. Se confirma también que la profundidad del nivel neutro tiende a estabilizarse conforme lo hace el proceso de consolidación, asimismo, se comprueba que la profundidad de dicho nivel depende significativamente de las condiciones iniciales de carga del pilote..

(15) 4. METODOLOGÍA Este proyecto da inició con la idea de poder realizar estudios sobre pilotaje hincado, proyecto conducido por John Eduardo Salamanca y Miguel Eduardo Gómez Estudiantes de la Facultad de Ingeniería civil de la Universidad Católica de Colombia, esto como desarrollo para la presentación del Proyecto de Grado, como apoyo para la realización de este trabajo, la Universidad nos brinda la ayuda y asesoría de un tutor, en este caso contamos con la asesoría del Ing. Juan Carlos Ruge docente Investigador y MSc. c.DSc., el cual nos brinda el apoyo para el desarrollo de la tesis y el apoyo para la realización de la modelación numérica por medio de un software de elementos finitos llamado PLAXIS 2D “versión estudiantil”, ya que el objetivo principal de nuestro proyecto es poder observar el comportamiento de carga vs deformación y comparar estos datos con los resultados arrojados en el proceso de hincado de pilotes in situ en las arcillas de Bogotá. Para dar inició a este proyecto tendremos que realizar una investigación teórica y numérica del estudio de suelos del punto o área a intervenir, esto se hace con el propósito de poder considerar condiciones estratigráficas típicas del área en desarrollo, esto en la zona de la Ciudad de Bogotá, recopilando a su vez toda la información real registrada al momento del hincamiento del pilote para determinar el comportamiento del suelo y las diferentes cargas aplicadas que se halla registrado en la obra. La recopilación de datos la obtendremos por medio de la constructora FENAVIP (Federación Nacional de Vivienda Popular) la cual está ejecutando un proyecto ubicado en la Av Rojas con calle 66, el cual consta de una serie de estructuras de 15 pisos y sótanos, con un área a construir de 600 m2 por piso, destinado a uso residencial, El proyecto se construirá en pórticos convencionales en concreto, con luces entre ejes de columnas entre 4,0 y 8,0 m. Las cargas previstas, estimadas por áreas aferentes, son inferiores a 512 toneladas. Una vez recopilado la teoría, datos numéricos y la ejecución del modelado numérico con el programa Plaxis 2D sobre el comportamiento del pilote, con estos datos llevar una comparación exhaustiva con la información recopilada en obra. Se procederá a observar las diferencia sobre carga vs desplazamiento. Ya con resultados certeros se procede a la presentación del proyecto según las fechas establecidas por la Universidad y con estos resultados elaborar la entrega de un trabajo final, la realización de un artículo y un poster..

(16) 5. MARCO DE REFERENCIA 5.1 MARCO TEÓRICO La tesis doctoral de la Ingeniera Carina Roxsana Caballero3 de la Universidad Nacional de Córdoba para la obtención del grado de Doctor en Ciencias de la Ingeniería, propone la simulación numérica del comportamiento bajo carga axial de los pilotes utilizando modelos de elementos finitos calibrados para reflejar los resultados de rigidez estática inicial obtenida de los ensayos de respuesta transitoria (TRM). El uso combinado del método de respuesta transitoria y de los modelos numéricos constituye una herramienta que posibilita un análisis completo de los pilotes, torna posible evaluar su comportamiento bajo cargas de servicio, predecir cargas de rotura, reevaluar coeficientes de seguridad, y en definitiva permite afianzar y mejorar los actuales métodos de cálculo. En ese sentido se implementó Matlab un programa de elementos finitos utilizando una formulación axilsimétrica y un modelo constitutivo de suelo no lineal que responde a un modelo constitutivo de tipo hiperbólico. A fines de validar el procedimiento propuesto, se estudió inicialmente el comportamiento de pilotes excavados para distintas condiciones de suelos, ya sean arenas estratificadas, arcillas y suelos loessicos, para pilotes de gran tamaño y gran envergadura, comparándolos con ensayos de carga estática y de carga rápida con grandes deformaciones. Posteriormente se aplicó el método de ensayo y de evaluación propuesto a un pilote hincado a los efectos de explorar la posible utilidad del mismo en este tipo de pilotes. El trabajo de investigación de los Ingenieros Juan Carlos Ruge4, Renato Pinto y Hugo Alexander Rondón, sobre simulación de pruebas de carga en pilotes usando un modelo constitutivo hipoplástico, propone simular mediante un programa de elementos finitos, los resultados de pruebas de carga en pilotes individuales fundados en arcillas porosas las cuales poseen características metaestables. Para las simulaciones se empleó la ecuación constitutiva hipoplástica. Los parámetros del suelo fueron obtenidos por medio de ensayos de laboratorio que permitieron estimar propiedades geotécnicas del suelo, así como parámetros de resistencia, deformabilidad e identificación estratigráfica. Como conclusión general se reporta que la predicción aportada por el modelo hipoplástico en relación a las pruebas de carga en el tramo antes de la ruptura es aceptable, sin embargo debido al rompimiento parcial de la estructura del material en el momento de la prueba, se. 3. CABALLERO, Carina Roxsana. Evaluación numérico experimental del comportamiento bajo carga axial de pilotes. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://rdu.unc.edu.ar/handle/11086/781>. [Citado: 28, oct., 2013]. 4 RUGE, Juan Carlos, PINTO, Renato y RONDÓN, Hugo Alexander. Simulación de pruebas de carga en pilotes usando un modelo constitutivo hipoplástico. En: Revista EIA (en prensa)..

(17) nota la incapacidad del modelo para simular el deterioro del cementante en parte de la curva carga-asentamiento y en la etapa de descarga. En el artículo Modelado numérico del comportamiento de un pilote sometido a friccion negativa y cargas accidentales, por Juan Félix Rodríguez Rebolledo y Gabriel Auvinet5 del Instituto de Ingeniería, UNAM, México DF, México, presenta mediante el Método de Elementos Finitos, en el que estudia las variaciones de la carga por fricción negativa, cuando un pilote que trabaja por fricción, interactúa con el hundimiento regional, se somete a cargas accidentales. Se consideraron condiciones estratigráficas y piezométricas típicas de la zona lacustre de la Ciudad de México. Actualmente, los modelos numéricos como el Método de los Elementos Finitos (MEF) ofrecen nuevas posibilidades para el análisis de cimentaciones sometidas a fricción negativa (Jeong et al. 2004, Auvinet y Rodríguez, Lee y Charles, Comodromos y Bareka, Rodríguez). Estos modelos permiten evaluar en forma detallada la magnitud de los esfuerzos desarrollados en la o las puntas y en el fuste de pilotes y las deformaciones consecuentes. En este artículo se presenta un análisis, mediante el MEF, análogo a los estudios relacionados con pilotes de punta realizados por Fellenius, Bozozuk y Leung et al. Se trata de estudiar las variaciones de la carga por fricción negativa cuando un pilote, en este caso de fricción, se somete a cargas accidentales, considerando condiciones estratigráficas y piezométricas típicas de la zona lacustre de la Ciudad de México. Las conclusiones principales obtenidas de dicho análisis son las siguientes: Existen similitudes importantes entre los resultados obtenidos del modelado con los reportados por Fellenius, Bozozuk y Leung. Una de las más significativas es que una parte importante de la fuerza por fricción negativa generada puede ser substituida por sobrecargas e inclusive la fricción negativa puede transformarse en positiva. Se confirma que, para el diseño de pilotes, resulta exageradamente conservador sumar el efecto de la fricción negativa con el de las cargas accidentales.. 5. RODRÍGUEZ REBOLLEDO, Juan Félix y AUVINET, Gabriel. Modelado numérico del comportamiento de un pilote sometido a fricción negativa y cargas accidentales. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://geoserver.ing.puc.cl/info/conferences/PanAm2011/panam2011/pdfs/GEO11Paper464.pdf>. [Citado: 28, oct., 2013]..

(18) Se confirma también que la profundidad del nivel neutro tiende a estabilizarse conforme lo hace el proceso de consolidación, asimismo, se comprueba que la profundidad de dicho nivel depende significativamente de las condiciones iniciales de carga del pilote. Se observa que cuando el pilote se somete a un abatimiento inicial de las presiones intersticiales, al aplicar incrementos de cargas en la cabeza del elemento, su comportamiento es prácticamente elástico hasta que dicha carga sobrepasa la fuerza por fricción negativa máxima desarrollada inicialmente en el elemento. Este comportamiento es similar al de un elemento precargado y, por tanto, los desplazamientos obtenidos son apreciablemente menores que cuando no se considerara el efecto del abatimiento inicial. 5.2 MARCO CONCEPTUAL 5.2.1 Pilotes6. Se denomina pilote a un elemento constructivo utilizado para cimentación de obras, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando este se encuentra a una profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más convencional mediante zapatas o losas. Tiene forma de columna colocada en vertical en el interior del terreno sobre la que se apoya el elemento que le trasmite las cargas (pilar, encepado, losa...) y que trasmite la carga al terreno por rozamiento del fuste con el terreno, apoyando la punta en capas más resistentes o por ambos métodos a la vez. 5.2.2 Pilotes in situ. La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforación en el suelo a la cual, una vez terminada, se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará con hormigón. En ocasiones, el material en el que se está cimentando, es un suelo friccionante (como son arenas, materiales gruesos y limos, los cuales pueden ser considerados como materiales friccionantes ya que al poseer una estructura cohesiva tan frágil, cualquier movimiento como el que produce la broca o útil al perforar o la simple presencia de agua en el suelo entre otros, hace que se rompa dicha cohesión y el material trabaje como un suelo friccionante), es por ello que se presentan desmoronamientos en el interior de las paredes de la perforación; a este fenómeno se le denomina "caídos", es por ello que se recurre a diversos métodos para evitar que se presente. Por la forma de ejecución del vaciado, se distinguen básicamente dos tipos de pilotes: los de extracción y los de desplazamiento. Un pilote de extracción se 6. CONSTRUMATICA. Pilotes. [En línea]. Disponible en http://www.construmatica.com/construpedia/Pilotes>. [Citado: 28, oct., 2013].. Internet:. <URL:.

(19) realiza extrayendo el terreno, mientras que el de desplazamiento se ejecuta compactándolo. En ambos casos se utilizan diferentes técnicas para mantener la estabilidad de las paredes de la excavación. 5.2.3 Pilotes hincados. Consiste en introducir elementos prefabricados de hormigón similares a postes de luz o secciones metálicas por medio de piloteadoras en el suelo. Dichos elementos son colocados verticalmente sobre la superficie del terreno y posteriormente "hincados" en el piso a base de golpes de "martinete", esto hace que el elemento descienda, penetrando el terreno, tarea que se prolonga hasta que se alcanza la profundidad del estrato resistente y se produzca el "rechazo" del suelo en caso de ser un pilote que trabaje por "punta", o de llegar a la profundidad de diseño, en caso de ser un pilote que trabaje por "fricción". 5.2.4 Modelación numérica (MEF).7 Estos programas utilizan ecuaciones constitutivas para el cálculo de esfuerzos y deformaciones, las cuales suponen que el material es un continuo (no se tiene en cuenta el comportamiento individual de los componentes del material, sino su comportamiento global a nivel macromecánico). Para el caso de estructuras geotécnicas, algunas de las ventajas del empleo de programas de elementos finitos radican en que pueden llegar a tener en cuenta que los suelos exhiben un comportamiento no lineal, dependiente de la condición de esfuerzos. Adicionalmente, son capaces de modelar diferentes geometrías y tipos de carga, condiciones de frontera y criterios de falla. Algunos modelos de comportamiento empleados en programas de elementos finitos para el cálculo de esfuerzos y deformaciones en suelos son: el modelo de acumulación de Bochum (p.e., Wichtmann et al., 2004, Wichtmann et al., Wichtmann), Elastoplásticos (p.e., Hicher et al.,; Hau et al.), Hypo – Quasi – Elastic (p.e., Tatsuoka), Hiper-elásticos (p.e., Hoff y Nordal; Taciroglu y Hjelmstad), Elásticos Lineales y no Lineales (p.e., Hicks y Monismith; Boyce; Hornych et al., Hicher y Chang), Hipoplásticos (p.e., Gudehus; Wolffersdorff; Herle y Gudehus; Mašín) y Visco-Hipoplásticos (p.e., Niemunis et al.). 5.3 ESPECIFICACIÓN TÉCNICA PARA ENSAYOS DINÁMICOS DE CARGA DE PILOTES PREFABRICADOS HINCADOS 5.3.1 Generalidades. Los ensayos dinámicos de carga suministran información sobre el comportamiento de los pilotes hincados en condiciones de carga, y también sobre la integridad estructural de los pilotes durante la hinca o la rehinca. No pretenden sustituir a los ensayos estáticos de carga, pero permiten la realización rápida en obra de comprobaciones de la eficacia del dispositivo de hinca que se esté utilizando y de la capacidad de carga de los pilotes instalados. 7. RUGE, Juan Carlos, PINTO, Renato y RONDÓN, Hugo Alexander. Simulación de pruebas de carga en pilotes usando un modelo constitutivo hipoplástico. En: Revista EIA (en prensa)..

(20) La realización de ensayos dinámicos de carga en los pilotes prefabricados hincados no exime de la realización de las demás fases de un correcto proceso de proyecto y construcción de este sistema de pilotaje, como son: un estudio geotécnico completo, un buen cálculo y dimensionado de los pilotes, un estudio previo del sistema de hinca a aplicar, un proceso de hinca adecuado, y un control de ejecución exhaustivo. La presente especificación no pretende abarcar todos los posibles casos que se puedan presentar en los ensayos dinámicos de pilotes, ya que cada proyecto es diferente y los condicionantes del suelo son muy variados, por lo que es responsabilidad de la dirección técnica de los trabajos el adaptarla a cada caso concreto. 5.3.2 Normativa de referencia. American Society For Testing and Materials. “Test Method for High Strain Dynamic Testing of Piles". ASTM D 4945- 00. Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento. PG3 art. 670 "Cimentaciones por pilotes hincados a percusión". Redacción dada en la O.C. 326/00. Ministerio de la Vivienda. "Código Técnico de la Edificación, Documento Básico SE-C Cimentaciones". Madrid, 2006. Puertos del Estado. "Recomendaciones geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias". ROM 0.5-05. Asociación Española de Normalización y Certificación. “Realización de trabajos geotécnicos especiales. Pilotes de desplazamiento”. UNE-EN 12699:2001. 5.3.3 Descripción del método. El ensayo dinámico8 consiste básicamente en dejar caer una masa importante desde una cierta altura -el martillo de hinca- sobre la cabeza del pilote, instrumentando la misma, y efectuando después cálculos por ordenador a partir de la respuesta obtenida del pilote. Se utilizan para ello modelos matemáticos que simulan el comportamiento del pilote y su interacción con el suelo utilizando la ecuación de la onda. Se requiere la colocación durante la hinca inicial de al menos dos transductores de deformación y dos acelerómetros en el pilote, cerca de la cabeza, o en una localización conveniente si los ensayos son durante la rehinca. Los sensores se. 8. CFT & ASOC. Ensayo de pilotes. [En línea]. Disponible http://www.fernandeztadeo.com/doc007.htm>. [Citado: 28, oct., 2013].. en. Internet:. <URL:.

(21) conectan por cable con el analizador electrónico de hinca, situado a una distancia segura del pilote, habitualmente no mayor que 25 m..

(22) 6. RECOPILACIÓN DE DATOS A continuación observaremos la conformación y de los diferentes perfiles estratigráficos detectados en nuestra área a intervenir, esta está conformada principalmente por suelos arcillo limosos, las cotas que se mostraran a continuación están medidas a partir de los niveles del terreno y a su vez se reflejaran los datos que se requieren para la correcta modelación del programa. 6.1 ESTRATO NÚMERO 1 El primer perfil estratigráfico lo encontramos a una cota de (0.0-2.0) mts respectivamente, la conformación de este perfil son las siguientes: Relleno de recebo compacto, limo orgánico negro, bloques medianos de arenisca de 12”, bloques de concreto en matriz arcillosa, gravas medianas y finas, residuos de carbón y raíces. En los sondeos 4, 6 y 7 se encontró una placa de concreto de 0.10 m de espesor. La resistencia al corte medida con penetrómetro manual arrojó valores entre 0.90 y 1.25 kg/cm2. N del ensayo de penetración estándar varía entre 5 y 11 golpes/pie. 9 9 9 • Estas condiciones son determinadas por la condición no drenada la cual utilizaremos para todo el desarrollo del proyecto.. • Para hallar que tomamos el menor valor de la resistencia al corte media con el penetrómetro tomados en campo, este dato lo convertimos de Kg/cm2 a KN/m2, esto por requerimiento del programa a utilizar, en este caso es el Plaxis 2D. •. Hallamos Cu.

(23) • • 6.2 ESTRATO NÚMERO 2 El primer perfil estratigráfico lo encontramos a una cota de (2.0-19.0) mts respectivamente, la conformación de este perfil son las siguientes: Arcilla limosa habana/café con pintas amarillas y lentes de limo arcilloso café/gris, su consistencia oscila entre blanda y medio firme. La resistencia al corte medida con penetrómetro manual arrojó valores entre 0.25 y 0.50 kg/cm2.N del ensayo de penetración estándar varía entre 2 y 4 golpes/pie. 9 9 9 • Estas condiciones son determinadas por la condición no drenada la cual utilizaremos para todo el desarrollo del proyecto.. • Para hallar que tomamos el menor valor de la resistencia al corte media con el penetrometro tomados en campo, este dato lo convertimos de Kg/cm2 a KN/m2, esto por requerimiento del programa a utilizar, en este caso es el Plaxis 2D •. •. Hallamos Cu.

(24) • 6.3 ESTRATO NÚMERO 3 El primer perfil estratigráfico lo encontramos a una cota de (19.0-45.0) mts respectivamente, la conformación de este perfil son las siguientes: Arcilla limosa café/gris, su consistencia es medio firme. La resistencia al corte medida con penetrómetro manual arrojó valores entre 0.45 y 0.75 kg/cm2.N del ensayo de penetración estándar varía entre 3 y 4 golpes/pie. 9 9 9 • Estas condiciones son determinadas por la condición no drenada la cual utilizaremos para todo el desarrollo del proyecto.. • Para hallar que tomamos el menor valor de la resistencia al corte media con el penetrometro tomados en campo, este dato lo convertimos de Kg/cm2 a KN/m2, esto por requerimiento del programa a utilizar, en este caso es el Plaxis 2D •. • •. Hallamos Cu.

(25) 6.4 PROGRAMA PLAXIS: RESULTADOS Figura 1. Resultados programa Plaxis.. Fuente: Autores. En el software ingresamos los datos obtenidos del estudio de suelos donde creamos el perfil estratigráfico con sus diferentes características y definimos unas condiciones de borde esto para determinar los factores que afectan el suelo después de hincado el pilote. 6.4.1 Modelo computacional. Este modelo se creó para reproducir fielmente el comportamiento del pilote en el perfil estratigráfico y así determinar esfuerzos y desplazamientos producidos por la fricción negativa y deformación del suelo..

(26) Figura 2. Modelo computacional.. Fuente: Autores. 6.4.2 Primera fase equilibrio geostático de esfuerzos. Figura 3. Primera fase equilibrio geostático de esfuerzos.. Fuente: Autores..

(27) En la primera fase determinamos el comportamiento del perfil estratigráfico solo tomando en cuenta el peso propio del suelo y obtuvimos los esfuerzos totales que por supuesto incrementan a mayor profundidad. 6.4.3 Segunda fase aplicación de carga del pilote (malla deformada M.E.F). Figura 4. Segunda fase aplicación de carga del pilote (malla deformada M.E.F).. Fuente: Autores. En esta fase aplicamos la carga en la cabeza del pilote y generamos un modelo donde el programa nos arroja una malla deformada..

(28) 6.4.4 Desplazamientos verticales en la última fase. Figura 5. Desplazamientos verticales en la última fase.. Fuente: Autores. Los desplazamientos verticales generados después de aplicar la carga en la cabeza del pilote, en esta fase observamos que los mayores desplazamientos son en la punta del pilote..

(29) 6.4.5 Esfuerzos totales última fase del proyecto. Figura 6. Esfuerzos totales última fase del proyecto.. Fuente: Autores. En la última fase observamos los esfuerzos totales en los cuales los esfuerzos mayores son en punta y observamos en la gráfica el comportamiento a lo largo del perfil estratigráfico..

(30) 7. CONCLUSIONES Se logró obtener resultados numéricos y gráficos por medio del programa Plaxis 2D versión estudiantil, entre los cuales se destacan las fases de equilibrio geostatico de esfuerzos, faces de aplicación de carga de pilote, desplazamiento verticales y totales. El documento propuesto junto al programa Plaxis 2D versión estudiantil, es un herramienta expeditiva para predecir el comportamiento del suelo bajo cargas de pilotes hincados a presión. Lograr valores exactos de predicciones de asentamientos es una tarea difícil, debido a los innumerables factores de orden natural que son imposibles de simular en un modelo numérico. El modelo Mohr-Coulomb, aunque es la teoría constitutiva mas usada en el mundo entero para diseñar y simular el comportamiento de estructuras geotécnicas, no reproduce fielmente el comportamiento del suelo..

(31) 8. RECOMENDACIONES Se recomienda tener el valor exacto de la carga aplicada para realizar el hincamiento del pilote, ya que este valor es fundamental para poder ejecutar el programa y así poder obtener resultados exactos y confiables sobre el comportamiento del suelo. Se recomienda tener un buen asesor o profesional a mando, que conozca el perfecto funcionamiento del programa de elementos finitos a utilizar, así como el conocimiento del tema a intervenir, esto con el fin de obtener buenos resultados y ayudar a resolver o predecir un determinado problema..

(32) BIBLIOGRAFÍA CABALLERO, Carina Roxsana. Evaluación numérico experimental del comportamiento bajo carga axial de pilotes. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://rdu.unc.edu.ar/handle/11086/781>. [Citado: 28, oct., 2013]. CFT & ASOC. Ensayo de pilotes. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.fernandeztadeo.com/doc007.htm>. [Citado: 28, oct., 2013]. CONSTRUMATICA. Pilotes. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.construmatica.com/construpedia/Pilotes>. [Citado: 28, oct., 2013]. RODRÍGUEZ REBOLLEDO, Juan Félix y AUVINET, Gabriel. Modelado numérico del comportamiento de un pilote sometido a fricción negativa y cargas accidentales. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://geoserver.ing.puc.cl/info/conferences/PanAm2011/panam2011/pdfs/GEO11 Paper464.pdf>. [Citado: 28, oct., 2013]. RUGE, Juan Carlos, PINTO, Renato y RONDÓN, Hugo Alexander. Simulación de pruebas de carga en pilotes usando un modelo constitutivo hipoplástico. En: Revista EIA (en prensa). TURELLO, Diego F., PINTO, Federico y SÁNCHEZ, Pablo J. Modelación numérica del comportamiento lateral de pilotes mediante elementos de viga embebidos en sólidos. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/4117/4043>. [Citado: 28, oct., 2013]. WIKIPEDIA. Pilote (cimentación. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://es.wikipedia.org/wiki/Pilote_%28cimentaci%C3%B3n%29>. [Citado: 28, oct., 2013]..

(33) Anexo A. Estudio de suelos obra 1.0 PROYECTO El proyecto consta de una serie de estructuras de 15 pisos y sótano, con un área a construir de 600 m², destinado a uso residencial. El proyecto se construirá en pórticos convencionales en concreto, con luces entre ejes de columnas de 4.0 a 8.0 m. Las cargas previstas, estimadas por áreas aferentes, son inferiores a 512 toneladas. A continuación se muestra una planta tipio del proyecto, suministrado por el cliente. Planta del Proyecto.

(34) 2.0 INVESTIGACIÓN SUBSOLAR Se realizó mediante 8 sondeos: 1 de 45.0 m, 2 de 25.0 m y 5 de 6.0 m de profundidad perforados con equipo de percusión y lavado. Cabe anotar que el número de sondeos fue determinado de acuerdo con el capítulo H.3.2.3 tabla H.3.2.1 de la NSR-10 en la que se expresa el número mínimo de sondeos y profundidad por categoría de la unidad de construcción, que para el caso de proyectos de categoría alta, se establece en mínimo 4 perforaciones con una profundidad mínima de 25 m para el 50% de los mismos. A lo largo de los sondeos se hizo el ensayo de penetración estándar como medida de la consistencia de los estratos detectados. Finalmente, de los mantos que se consideró necesario se extrajeron muestras alteradas para su inspección visual y envío al laboratorio para ensayos de límites de Atterberg, consolidación rápida, expansión, granulometría, humedad natural, pesos unitarios y clasificación USC. 2.1 DESCRIPCIÓN DEL SUBSUELO. La estratigrafía detectada está conformada principalmente por suelos arcillo limosos. Su descripción con cotas medidas a partir de los niveles actuales del terreno son las siguientes: a) 0.0 – 1.0/2.0 m. Relleno de recebo compacto, limo orgánico negro, bloques medianos de arenisca de 12”, bloques de concreto en matriz arcillosa, gravas medianas y finas, residuos de carbón y raíces. En los sondeos 4, 6 y 7 se encontró una placa de concreto de 0.10 m de espesor. La resistencia al corte medida con penetrómetro manual arrojó valores entre 0.90 y 1.25 kg/cm2. N del ensayo de penetración estándar varía entre 5 y 11 golpes/pie. b) 1.0/2.0 – 19.0 m. Arcilla limosa habana/café con pintas amarillas y lentes de limo arcilloso café/gris, su consistencia oscila entre blanda y medio firme. La resistencia al corte medida con penetrómetro manual arrojó valores entre 0.25 y 2 0.50 kg/cm .N del ensayo de penetración estándar varía entre 2 y 4 golpes/pie. c) 19.0 – 45.0 m. Arcilla limosa café/gris, su consistencia es medio firme. La resistencia al corte medida con penetrómetro manual arrojó valores entre 0.45 y 0.75 kg/cm2.N del ensayo de penetración estándar varía entre 3 y 4 golpes/pie. Con base en los ensayos de resistencia al corte y SPT realizados in situ con penetrómetro manual se efectuó la gráfica Qu y N en función de la profundidad como se observa a continuación:.

(35) 2.2 NIVEL DE AGUAS En los sondeos se detectó agua libre entre 1.10 y 1.60 m de profundidad. Sin embargo estos niveles pueden variar de acuerdo con el régimen de lluvias. 3.0 PARAMETROS GEOTECNICOS DE DISEÑO Teniendo en cuenta las características geomecánicas del subsuelo obtenidas del programa de ensayos de campo, se determinaron los parámetros de resistencia al corte y compresibilidad de los mantos a lo largo de la profundidad explorada obteniendo lo siguiente: Estrato 1 2 3. Profundidad (m) 0.00 - 1.0/2,0 1.0/2,0 - 19,0 19,0 - 45,0.  (t/m³) 1,4 1,5 1,5. Qu c N (Kg/cm²) (Kg/cm²) (golpes/pie) E (t/m²) 1,08 0,54 8 911 0,44 0,22 3 508 0,55 0,27 4 578.

(36) 4.0 METODOLOGIAS DE DISEÑO Para efectos del desarrollo de los diseños se seguirán metodologías elásticas clásicas, modelos clásicos de la Ingeniería geotécnica incluidos en la literatura especializada y utilizada ampliamente por esta oficina a lo largo de su ejercicio profesional. Así mismo se utilizaron los siguientes modelos o paquetes computacionales: •. Programa de sondeos.. • PHASE: Para la modelación mediante métodos de elementos finitos de la interacción suelo-estructura. En el caso particular del presente análisis se utilizaron modelos constitutivos de suelo basados en el modelo elasto-plástico. • SETTLE 3D: Programa de elementos finitos para el cálculo de asentamientos. • Slide 5.0 de Rocscience para el cálculo de factor de seguridad en sismo, modelación de taludes y calcular su estabilidad en cortes sobre suelos cohesivos y granulares. • Modelos de análisis de capacidad última portante de pilotesmediante modelos de esfuerzos totales, cálculo de asentamiento de cimentaciones profundas individuales o en grupo establecidas por Poulos and Davis. 5.0 RECOMENDACIONES DE CIMENTACIÓN. De la estratigrafía detectada, el nivel de cargas previsto y el proyecto arquitectónico, se plantea un sistema de fundación mediante pilotes preexcavados que trasladen las cargas por fricción a lo largo de la estratigrafía encontrada. Por lo que se recomienda lo siguiente: 5.1 SISTEMA DE FUNDACIÓN. Consistirá en pilotes cilíndricos de concreto reforzado, pre-excavados y fundidos in-situ de 0.50 a 1.0 m de diámetro y de 30.0 a 40.0 m de longitud medidos a partir de la losa de contrapiso del sótano. Los elementos se proyectarán con base en los siguientes parámetros: Fricción útil promedio = 1.50 Ton/m² a) A continuación se resumen los coeficientes de fricción variables en función de la profundidad..

(37) Fricción por tramos (Ton/m²) 0,00 16,00 1,32 16,00 40,00 1,62 Nota: Cabe anotar que para el cálculo se descontó la altura excavada para dar cabida al sótano. Desde (m). Hasta (m). Con base en los anteriores parámetros la capacidad de los pilotes incluidos efectos de grupo estará dada por el siguiente cuadro: Capacidad Pilotes (Ton) Longitud\diámetros (m) 30,0 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 37,0 38,0 39,0 40,0. 0,5. 0,6. 0,7. 0,8. 0,9. 1.0. 68,80 71,35 73,89 76,43 78,98 81,52 84,07. 82,56 85,61 88,67 91,72 94,78 97,83 100,88. 96,32 99,88 103,45 107,01 110,57 114,13 117,70. 110,08 114,15 118,22 122,30 126,37 130,44 134,51. 123,84 128,42 133,00 137,58 142,16 146,74 151,32. 137,60 142,69 147,78 152,87 157,96 163,05 168,14. 86,61 89,16 91,70 94,25. 103,94 106,99 110,04 113,10. 121,26 124,82 128,38 131,95. 138,58 142,65 146,72 150,80. 155,90 160,48 165,07 169,65. 173,23 178,32 183,41 188,50. b) Los cimientos tendrán la canasta de acero que determine el calculista con base en el análisis sísmico de la estructura, la cual no podrá ser inferior al 40% de la longitud total del elemento y un área inferior al 0.5% de la sección transversal del pilote. c) Los pilotes se distribuirán a razón de 1 a 3 pilotes por columna con un espaciamiento mínimo entre ejes de 2.5 diámetros. d) Al final del presente se incluyen algunas recomendaciones de carácter general. e) Los cimientos se enlazarán entre sí mediante vigas de amarre capaces de trasladar un 5% de la carga dada a los cimientos vecinos..

(38) f) De acuerdo con las condiciones descritas los asentamientos probables están entre 2 y 3 cm calculados con base en el método propuesto por POULOS & DAVIS (Elastic Solutions For Soil and Rock Mechanics). g) Adicionalmente se tiene un factor de seguridad directo de 2.54 calculado con base en un análisis de elementos finitos como se ilustra a continuación: Critical SFR: 2.54 h) El ingeniero de suelos revisará y aprobará los planos de cimentación producto de las presentes recomendaciones. Sin dicho visto bueno los planos no tendrán ninguna validez. 5.2 ALTERNATIVA DE FUNDACIÓN. Como alternativa a los pilotes pre-excavados podrán proyectarse una serie de pilotes hincados diseñados con base en las siguientes recomendaciones: a) Los pilotes tendrán una sección cuadrada de 0.25/0.35 m de lado y una longitud de 39.0 m apoyados sobre los estratos arcillo limosos que allí se encuentran. b) El cálculo de la capacidad portante de los pilotes se incluye al final del presente informe y sus resultados se resumen a continuación: Capacidad de Pilotes hincados (Ton) Longitud (m) / Sección (m) 39.0. 0.25 44.90. 0.30 54.0. 0.35 63.10. c) Los pilotes se reforzarán en toda su longitud y tendrán la canasta de acero que determine el calculista de manera tal que el pilote soporte los esfuerzos a flexión generados durante el manejo del elemento y la energía generada por el proceso de hinca. d) Los cimientos se fundirán en concreto de 4000 psi. e) Los elementos se dispondrán con un espaciamiento mínimo entre ejes igual a 3.0 lados de los elementos. f) Los dados de los cimientos se enlazarán mediante una red de vigas de amarre proyectadas para trasladar un 5% de la carga dada a los elementos vecinos. g) Durante la hinca se llevará un control detallado de la penetración de los elementos cuya información deberá enviarse a esta oficina para efectuar el análisis.

(39) dinámico de capacidad de carga real de cada uno de los elementos y tomar las medidas que se considere necesario. h) Al final del presente informe se incluyen algunas recomendaciones de carácter general. 6.0 VALIDACIÓN DE LA CIMENTACIÓN. Con base en la estratigrafía encontrada y de acuerdo a los parámetros geomecánicos obtenidos a partir del programa de trabajos de campo y ensayos de laboratorio, se modeló el sistema de cimentación basado en solo pilotes mediante modelos en elementos finitos obteniendo lo siguiente:.

(40) Asentamientos.. De los análisis se obtuvo la siguiente condición de asentamientos elásticos para el nivel de cargas esperadas, con valores hasta de 3.0 cm: Malla utilizada.

(41) Esfuerzos. Teniendo en cuenta las cargas aplicadas y dada la cimentación se tienen esfuerzos verticales de 1.14 Ton/m² en el suelo de apoyo de los cimientos. Así mismo se obtiene un esfuerzo cortante unitario de 2.0, valores considerados aceptables teniendo en cuenta la resistencia al corte del suelo. Esfuerzo vertical.

(42) Esfuerzo cortante. 7.0 PLACA DE CONTRAPISO. Las losas de contrapiso tendrán 10 cm de espesor y refuerzo por temperatura. Se fundirá en concreto de 3000 psi sobre 20 cm de recebo compactado en 2 capas. Se construirá en cuadros alternos hasta de 3.0 m de lado. 8.0 PLATAFORMAS Las cargas de plataforma se cimentarán mediante pilotes pre-excavados y fundidos in-situ de tornillo continuo de 0.30/0.40m de diámetro con una longitud de 26 m medidos a partir de la placa de contrapiso trabajando a fricción a lo largo de la estratigrafía encontrada. La capacidad máxima admisible de los pilotes estará dada por el siguiente cuadro: Capacidad Pilotes (ton) Longitud \ diámetros (m) 26,0. 0,3 29,17. 0,4 38,89. 9.0 DRENAJES Previendo flujos de agua a través de los estratos de mayor permeabilidad, se recomienda proyectar por debajo de la placa de contrapiso del sótano una red de drenajes en espina de pescado, compuestos por tubería de 4" perforada, embebida en un filtro compuesto con arena lavada de peña y gravilla mezclada en proporciones 0.60:0.40.

(43) 10.0 RECOMENDACIONES DE EXCAVACION De acuerdo con el proyecto arquitectónico se prevé una excavación de 3.0 m de altura, que se hará de acuerdo a las recomendaciones que se establecen más adelante, A continuación se presenta un esquema de la distribución de vecinos y drenes detrás de los muros de contención:. Dado lo anterior, se realizaron análisis de estabilidad proyectando taludes tendidos a 45° dejando una berma en la corona de 1.0 m contra los linderos, mediante el programa Slide 5.0 de Rocscience el cual utiliza métodos clásicos de estabilidad mediante el método Bishop modificado y Janbu, obteniendo factores de seguridad de 1.83 y 1.69 en condición estática y ante un eventual sismo de 0.15g (NSR-10) respectivamente como se muestra a continuación:.

(44) Excavación Condición Estática. Excavación Condición de Sismo. De los análisis anteriores se tiene factores de seguridad aceptables para una condición temporal siguiendo un estricto proceso de excavación por etapas a concertar con esta oficina antes de iniciar la excavación. Como recomendaciones generales para garantizar un comportamiento satisfactorio de los cortes propuestos se tiene lo siguiente:.

(45) • Se deberá respetar la geometría de excavación propuesta tanto en el grado de inclinación de los taludes como en la profundidad máxima. • Se deberá evitar la sobrecarga en la corona de los taludes mediante la descarga de material tipo bloque, hierro, parqueo de volquetas etc. • El proceso final se revisará cuidadosamente con esta oficina una vez se cuente con la planta de cimentación definitiva. • Les solicitamos nos informen la fecha de iniciación de la excavación para programar visitas periódicas a la obra. 11.0 MUROS DE CONTENCION Los muros de contención se proyectarán con base en los siguientes parámetros: a) Muro libre en la corona.- Ka*γ*h En donde = 1.5 Ton/m3 Ka=0.35 b) Muro apuntalado en la corona.- Una distribución uniforme con un valor de 0.65*Ka*γ*h En donde h será la altura máxima de la excavación. c) Muro restringido horizontal.- Una distribución triangular con un empuje máximo de: Ko*γ*h En donde Ko=0.43 12.0 PARAMETROS DE DISEÑO SISMICO De acuerdo con la NSR-10 el suelo de este proyecto es de tipo E con los siguientes parámetros de diseño sísmico: Aa = 0.15 Av = 0.20.

(46) De la microzonificación sísmica el sector hace parte la zona Lacustre 300, como se muestra a continuación:. De acuerdo con lo anterior y con base en la norma se tiene que se deberá diseñar con los espectros cuyos factores se resumen a continuación:. Factor Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en la zona de periodos cortos, F a. Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en la zona de periodos intermedio, F v. Periodo Corto, Tc (s). Periodo Largo, TL (s). Aceleración horizontal pico efectiva del terreno en superficie (g), Ao.. Lacustre 300 1.05 2.90 1.77 5.00 0.16. 13.0 OBSERVACIONES FINALES. Las recomendaciones aquí incluidas se basan en el proyecto y estratigrafía descritos. De presentarse alguna variación se deberá dar aviso a esta oficina para tomar las medidas pertinentes..

(47) Sin otro particular, nos suscribimos de usted. Atentamente. E Y R ESPINOSA Y RESTREPO S.A. Ing. Carlos Restrepo G. Matrícula No. 2520222127..

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