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SOCIEDAD .mEHICAnA ~I DE mECAnlCA DE SUElOS
manoal de diseno y conslruccion de pilas y p"loles SEGUNDA REIMPRESION
SOCleDAD meHICAnA De meCAnlCA De suelOS
~
Copyright M~xico, 1983, 1989 Derechos reservados conforme a 1a ley.
SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE SUELOS, A.C.
Valle de Bravo No. 19, Col. Verge1 de Coyoac&n, 14340-Mexico, D.F., MEXICO
Prohibida 1a reproducci6n parcial
0
total sin autorizaci6n escrita de la SMMS.
Las opiniones y conc1usiones expresadas en esta pUblicaci6n son de 1a exclusiva responsabilidad de sus autores. Hecho en Mexico.
SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE SUELOS, A,C,
MeAa
O~ectiva
J983-1984
Gabriel Moreno Pecero
Raul F. Esquivel Oiaz Alberto Jaime Paredes
Me4a
V~ec~va
1989-1990
Luis Miguel Aguirre Menchaca Armando Ramirez Rascon
Mario Roberto Ocampo Franco
Agustin Demeneghi Colina
Rodrigo Murillo Fernandez
Roberto Avelar L6pez
Francisco Gonzalez Valencia
Hugo S. Haas Mora
Roberto Magana del Toro
Alfonso Olivera Bustamante
Efcain Ovando Shelley
Armando Wong Ramos
Cotlhejo COn.6u.Lt..ivo
Enrique Tamez Gonzalez Guillermo Springall Caram Edmundo Moreno Gomez Carlos J. Orozco y Orozco
Luis Vieitez Utesa
Alberto Porras L6pez
Co~~ejo CO~AultiVO
Carlos J. Orozco y Orozco Luis Vieitez Utesa Gabriel Moreno Pecero Raul L6pez Roldan Raul Flores Berrones
PROLOGO
La elaboraci6n de este Manual de Diseno y Construcci6n de Pilas y Pilotes, representa un es fuerzQ conjunto tanto de los ingenieros involucrados en el diseno, como de aqu~llos que viven los diarios problemas de la construcci6n de cimentaciones profundas. En la elaboraci6n de sus diferentes capitulos se ha buscado actualizar el conocimiento te6ri co disponible y la practica constructiva recomendada; sin embargo. el usuario debe sentirsecon la libertad para proponer nuevos conceptos e ideas que al career del tiempo constituyan bases para la actualizaci6n del Manual. Contando con la destacada colaboraci6n del Instituto de Ingenierfa de la UN~~, en los temas predominantemente te6ricos y participando SOLUM, S. A. en las 9artes relacionadas con con~ trucci6n, a 10 largo ae cuatro aoos de trabajos se integraron los siguientes cap!tulos del Manual. bus cando una secuencia 16gica en el desarrollo de los temas: 1.
Introducci6n
2.
Estudios
3.
uiseno
4.
Construcci6n
5.
Pruebas de Carga
6.
Inspecci6n y Verificaci6n
Geot~cnicos
En el cap!tulo 1 se presenta la clasificaci6n de pilas Y 9ilotes segGn la forma en que trans miten la carga,el material de que est~n constituictos y el procedimientoconstructivo. Se inclu ye asimismo una descri?ci6n general de los materiales comunes que intervienen en la construe ci6n de estes elementos y sus especificaciones corres?ondientes. ~l
segundo capitulo contiene los estudios geot~cnicos preliminares y de detalle can sus diver procedimientos de exploraci6n ~. ~uestreo. hacienda una breve menci6n de los ensayes de la boratorio, necesarios para el diseno de cimentaciones profundas.
50S
En el capftulo 3 se abordan aspectos b~sicos del dise~o tanto desde el punto de vista nieo como estructural, incluyendo solicitaciones de cargas verticales y horizontales.
geot~£
Construcci6n es el tema del euarto capitula. donde se habla prineipalmente de pilas y pilotes de concreto. aunque tamhien se meneionan pilotes de aeero. El capitulo 5 describe la forma de ejecutar ?ruebas de earga
est~tica
vertical y horizontal.
Finalmente. en el sexto capitulo se ~resentan los lineamientos de inspecci6n y verificaci6n que se recomiendan para la eonstrucci6n de pilas y pilotes. Se de sea que este Manual sirva como elemento de enlace entre disenadores, constructores y supervisores. para integrar un lenguaje comun. y con el prop6sito de aarle la mayor difusi6n ilosible en el .!mbito nClcional. hemos considerado que la Sociedad t·1exicana de :-tec.1nica de Sue los, A. C., constituye el mejor medio para alcanzar esta difusi6n, por 10 que SOLUM, S. A. Ie ha cedido todos los derechos de publicaci6n, convencidos de que a trav~s de dicha Sociedad, el citado rtanual contribuir~ a divulgar el conocimiento de esta especialidad entre los inge nieros y t~cnicos mexicanos. Ing. Bernardo Quintana Arrioja Presidente del Grupo lCA
PROLOGO A LA SEGUNDA REIMPRESION
Como resultado de la gran aceptaci6n y demanda que el presente Manual de DISE90 Y CONSTRUCCION DE PILAS Y PILOTES ha tenido entre los ingenieros, pr£ fesores y estudiantes, la Sociedad Mexicana de Mecanica de Sue los a traves de su Mesa Directiva 1989-1990, ha llevado a cabo con gran satisfacci6n esta segunda reimpresi6n esperando que tenga la misma acogida que la anterior.
Mucho agradeceremos sus comentari05 y observaciones que seguramente nos se-r~n
de gran utilidad para mejorar y enriquecer futuras ediciones de este va-
1i050 Manual.
Ate n tam e n t e
MESA OIRECTIVA 1989-1990
INTERVINIERON EN LA ELABORACION DE ESTE MANUAL:
POR EL
INSTITUTO DE INGENIERIA. UNAM Jesus Alberro Aramburu Raul Esquivel D1az Ernesto Holguin Gomez Enrique Santoyo Villa
POR
SOLUM, S.A.
Daniel Farjeat Paramo Raul Lopez Roldan Javier Montejano Blanco Jose Antonio Ponce Serrano Alberto Porras Lopez Marcelo R!os Garcia Bernardo Sanchez Mendieta Juan Jacobo Schmitter
R E CON 0 elM lEN T 0
Fue en los anos cincuenta, cuando se empezaron a proyectar edificios cada vez mAs altos en la ciudad de M~xico y por consiguiente m~s pesados, cuando surgi6 la necesidad de manejar con ~s acierto tanto la mec~nica de suelos como los procedimientos de construcci6n, para lograr
mejores cimentacfones.
Desde entonces ha aparecido un nOmero considerable de compan!as cimen
tadoras que ha conservado para sf sus propias experiencias.
Esto ha heche que cada empresa, consultor y proyectista tenga su propio criteria y puntas de
vista para realizar una obra; resulta f§cil comprobar que todav!a existen trabajos en terre nos y proyectos similares con grandes diferencias en la soluci6n de su problema de cimenta ci6n. En el ano de 1975 cuando el pafs se encontraba en pleno desarrollo, los especialistas en ci mentaciones profundas se unieron con el prop6sito de buscar la forma de unificar criterios~ a fin de resolver los~problemas inherentes a este campo de la ingenierfa, y es as! como SOLUM, S. A. promueve con recursos propios la elaboraci6n de las primeras l!neas escritas en este sentido. Al cabo de algunos anos, logra llevar a feliz t~rmino con 1a valiosa colabora ci6n del Instituto de Ingen!erfa, UNAM, el trabajo que aqu! se presenta, que no es m~s que el resultado de la acci6n conjunta de un grupo de t~cnicos mexfcanos que no escatimaron esfuerzo alguno para darnos un ejemplo a seguir; seguramente algunos disentir~n en el planteamiento y soluciones presentadas 0 bien encontrar~n omisiones importantes, perc en cualquier forma esta mos ob11gados a colaborar con nuestra experiencia para el mejoramiento de este Manual de Dise no y Construcci6n de Pilas y Pilotes. La Sociedad Mex1cana de Mec4n1ca de Sue los desde estas p~ginas hace un llamado a todos los tecnicos que manejan esta espec1alidad, para que nos hagan llegar sus valiosos comentarios y observaciones que servir~n para enriquecer esta obra, a bien, para que propongan otros conceE tos dentro de las cimentaciones profundas a fin de ordenarlos y presentarlos en forma semejan te a este trabajo como un complernento del mismo. A nuestros am1gos y companeros tanto de SOLUM como del Instituto de Ingenierfa, UNAM, nuestro reconocirn1ento por este ejemplo.
Gabriel Moreno Pecero Presidente, Mesa Directiva 1983-1984 Agosto de 1983
MANUAL DE DISENO Y CONSTRUCCION DE PILAS Y PILOTES
1
CLASIFICACION DE PILAS Y PILOTES
2
ESTUDIOS GEOTECNICOS
3
DISENO
4
CONSTRUCCION
5
PRUEBAS DE CARGA
6
INSPECCION Y VERIFICACION
CONTENIDO P~gina
1
INTRODUCCION
1
1.1
1
CLASIFICACION DE PlLAS Y PILOTES 1.1.1
1.1. 2
Segun ta.
6o~ma
1.1.1.1 1.1.1.2 1.1.1.3 1.1.1.4 1.1.1.5 1.1.1.6 1.1.1.7
Pilotes de punta Pilas de punta Pi las y pilotes de punta con empotramiento P110tes de fricci6n Pilotes de anclaje Pilas y pilotes verticales con carga horizontal Pilotes inclinados bajo cargas horizon tales
S £g un el
mat£~ial
Pilotes Pilotes Pilotes Pilotes Pilotes
1.1.2.1 1.1.2.2 1.1.2.3 1. 1. 2.
1.1.2.5 1. 1. 3
COmo
t~an6miten
con el que
laA
e6~a"
ea~gaA
at Aub6uelo
1 1
2 2 3 3 3 4
~ao4icadoA
4 4 5 5 5 5
prefabricados de concreto y pilas de concreto colada en el lugar de acero mixtos de concreto y acero de madera
St!Jun
5 5 5
6 7 7 7 B 9
a) Pilotell :tiltcado6 en una peJlSoltae..i6n plt£v.ia b) Pilate6 hine.a.do6 e.on e.h.i~l6n c) P.ilote6 de. lltea. tltanavelt6al peQue~a Sin desplazamiento
1.1.3.3
a) 1.2
P.ilote6
lj
p.ila6 de
e.onc~e.ta
Ae.elto de
1.2.2
Agua
1. 2.3
Adi..ti..V06 1.2.3.1 1.2.3.2 1.2.3.3 1.2.3.4
1.2.4
1. 2.5
~eJue~zo
9
Aditivos rnclusor Membr3na Aditivos
qu!micos de aire de curado minerales
12 12 12 15 15
palta e.onc~etD Agregado fino Agregado grueso
15 15 15
Cemento portland Cemento portland puzolAnico
21 21 21
Cemento 1.2.5.1 1.2.5.2
9
9
A9~egado6
1.2.4.1 1.2.4.2
9 tu~a~
9
MATERIALES DE CONSTRUCCION
1.2.1
colada en el
COltclteto
21
ESTUDIOS GEOTECNICOS
31
2.1
31
1.2.6
EXPLORACION DEL SUaSUELO 2.1.1
ObjetivD6
2.1.2
Etapa6 de La
2.1.3
Inveat.igaci..6n
31 e.~?tDJtaci6n ~~eli..mi..naJt
~eDtlcn.ica
31 31
Recop11aci6n de la informac16n disponible
2.1.3.1
a) Sociedad Mexicana de Mecdnica de Sueto6 b) ViJLecci6n Gene1tal de GeogJta6ia del TeJtJLi..co Itio l\lac.io rlal. Inatituto de Ing£ll.ieJt,[a, U.\lA.'.l In.t~tuto de Geologia, UNA.II
cl d)
e) In6tituto de GeogJta6la, UNAM 2.1.3.2 2.1.3.3 2.1.4
Interpretaci6n de fotograf!as
a~reas
Recorcido de campo
Inveatigaci6n geot€cnica de detaile 2.1.4.1 2.1.4.2
Levantamiento geo16gico Exploraci6n geoffsica a) ~l€.todo geo6.iamico de Jteoltacci6n -total
2.1.4.3
Pruebas de penetraci6n
b) M€todo de Jtea..latividad el€ctJtica
a) PenetJL6metJto e6tdtico lipo ellctJtic.o leona holandt.J ICPTI b) Penet46met40 e.tdnda. ISPTI
2.1.4.4
Procedimientos de muestreo
a) Mue6t1t.eo alteJtado b) Mue6tJteo inalteJtado 2.2
32 35 35 35 35 35 36 36 37 37
39 40 41
44 52 52 52
59
ENSAYES DE LABORATORIO
2.2.1
Int~oducc~6n
59
2.2.2
SU~i04
60 60 60
2.2.2.1 2.2.2.2
2.2.3
3
32 32
Suel04
eoh~4~v04
Resistencia al esfuerzo cortante Compresibilidad 9~anuia~e~
61
DISE~O
65
3.1
INTRODUCCION
65
3.2
~ISENO
GEOTECNICO
3.2.1
Capae~dad
3.2.1.1
65
de
ca~9a
bajo
¢ol~c~tac~one6 v~~t~cale6
Cimentaciones profundas en roca ea~9a pOk punta, ell koca cakga po~ adhekenc~a ~ntk~ eonc~eto tJ /toea c) A6~ntamient06 en /toea
3.2.1.2
a)
Capae~dad d~
b)
Capac~dad d~
Cimentaciones profundas en suelos granulares a) Capacidad de cakga, 6egun ia penet/taci6n b)
c) d) e) f)
9)
e6t4ndak Capaeidad de ea~9a, 6~9un la teo/tia de la plao t-i.cidad Capacidad de ca~9a oega» ia penet/f.aci6n e6t4tiea con eono Capacidad de cakga oegu» pkueba6 de campo Reoi6tencia a La penet~ac~6n del pilote Capac~dad de caltga de gltUp06 de piioteo A6entam.ien-to de p.ilote6 .individualeo, en
a~ena
h) A6entamiento de gltUp06 de pilole6, en a~ena i) A4enlam.iento de p~lote4 y pila6 coiad06 .in
4itu, en altena 3.2.1.3
Cimentaciones profundas en suelos cohesivos
Capacidad de calLga en a/Leilla con c u <10 ton/m 2 2 Capacidad de CQltga en altcilia con cu>10 ton/m c) Capacidad de cQltga de glLUpo~, en a~cilla d) Aoentamiento de pilote4 individuale6, en altcilla e) A6entamiento de g/LUpoo de piloteo, en altciiia f) F~icci6n negaLiva, en altcilia a) b)
67 67
69 70 70
72 72 72
77 77 78 78
78 80 80 81
81 83 83
84 84 85
PiLo£e6 y pitaa colado6 en 6uelo6 cohe6iuo6 h) Pilote6 hincado6 ce~ca de ladekQ.o natu~ale6 i) Buoa.mien.to6 dUILa.nte el kine-a.do de pi-lotea j) Piio.te6 en a.!Lcilla.6 ex.pat1.6ivCIo
g)
3.2.1.4
Pilotes en dep6sitos estrat1ficados
a) Ca.pacida.d de
cQ.1Lga. en pilote6 de punta. b) Ca.pacida.d de ca.!Lga en un dep66ito de doo C.a.pa.6 c)
Pilote6 en
dep66,iA:06 mu.y e6t:--'Lati6,£cado6
d} Aoentamient:o de gILup06 de pilote6 3.2.2
SoLic.ita.cione6 e6.tatica.6 hOILizonta.leo Grupos de pilotes inclinados
3.2.2.2
Capacidad de carga horizontal de pilotes verticales
3.2.2.3
cQ.ILga.
Comen"tarios generales
93 93
94 94 94 96 96 96 96
3.2.4
FueJtzah amb.iel1:taleh
96
3.2.5
Soi.ic.i.tac..io neh d.inam.ic.a.h en p.i..to.te6
97
.
DISE90 ESTRUCTURAL
3.3.1
In.tJtoduc.c..i.6n 3.3.j.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.1.4
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
98 99 99 100 100
P.i.l.o.teh de conclte.to plteco.tadoh y pJtetenhadoh 3.3.3.1 Usc de pi10tes de concreto precolados y pretensados 3.3.3.2 Disefio estruetural
101 102
p.i.loteh de aceJto de hecc.i.6n H Uso de pi10tes de aeero de seeei6n H Disefio estructural
P.i.lo.teh de tubo de aceJto Usa de pilotes de tuba de aeero Diseno estructural
P.i.l.o.teh If p.i.la6 colado¢ en el. lugat't 3.3.6.1 3.3.6.2
3.3.7
98
101 101
3.3.5.1 3.3.5.2
3.3.6
Capacidad estructura1 de pi10tes y pilas Separaci6n entre pilotes Manejo de pilotes Esfuerzos din~micos durante el hincado
96
P.i.l.o.teh de madelta 3.3.2.1 Uso de pilotes de madera 3.3.2.2 Diseao estructural
3.3.4.1 3.3.4.2
Uso de pilotes y pilas colados en el lugar Diseao estructural ~
p.i.loteh 6ujeto6 a 6ol.i.c.i..tac.i.oneh holt.i.zon.tale6 3.3.7.1 3.3.7.2
4
91 91
P.Llote!> de tenai6n 3.2.3.1 Capacidad de carga a 1a tensi6n de pilotes individuales a) P.i.ioteh de 6uo.te Itec.to bJ P.i.lo:teh de hec.c..i.6n va-'t.i.abie cJ Med.i.an:te pltUebah de ca.ltga3.2.3.2 Capacidad de carga a 1a tensi6n de grupos de pi10tes
3.2.3
3.3
90
91 93
3.2.2.1
a) M~todo6 te6!Lic.o6 de di6eno b) Viaeno ba.6a.do en pILueba.6 de
88 90 90 90 90 90
Coefieiente de reaeci6n Determinaei6n de momentos y de fIe xi ones
101
101
103 103 104 104 104 104 105 105 105 106 106 108
CONSTRUCCION
115
4.1
115
PILAS
4.1.1
Eq lLipo 4.1.1.1 4.1.1.2 4.1.1.3 4.1.1.4 4.1.1.5
Gruas Perforadoras Excavadoras de almeja Vibrohincadores Herramientas para pilas a) B~oca4 e4p~~a!e4 b)
Sottll cOJl..tadoJttll
c) Sott4 ampliadoJl.e4 d)
4.1.2
4.1. 3
;, 4.1.4
PeJt60Jl.dCion 4.1.2.1 4 • 1. 2 • 2
Sin protecci6n Ademada
4.1.2.3
Con lodo
AceJto de Jte6ueJtzo 4.1.3.1 Traslapes 4.1.3.2 Ganchos y dobleces 4.1.3.3 4.1.3.4
Recubr1m1entos y espaciarnientos Manejo y colocaci6n
4.1.4.~
Colocado en seeD Colocado bajo aqua 0 lodo
VtJti6icacion de calidad 4.1.5.1
M~todos
a)
directos
Mue.4.t:JU.O
b) C~1Lcuito de. televi4i6n 4.1.5.2
4.2
M~todos
indirecto9
a) Mitodo d
PlLOTES DE CONCRETO PRECOLADOS 4.2.1
Equipo 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.4 4.2.1.5
4.2.2
4.2.3
gula
Sin protecci6n, extrayendo el material Con lodo Remoldeando (sin extraer) el material
131 132 135 135 135 136 137 137 137 139 139 139 139 139 139 139 141 142 142 142 143 143 143 143 144 144 145 145
Secuencia
145 145 149
H~t1cado
4.2.4.1 4.2.4.2
128 128 129 130 131
de p~lote6 de conc~eto Preparaci6n de camas de colado Moldes Acero de refuerzo Concreto Juntas Manejo y almacenamiento temporal
Fab~~cac~6n
4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.3 4.2.3.4 4.2.3.5 4.2.3.6 4.2.4
Gruas Perforadoras Vibrohincadores r·tarti 110s Herramientas para pilotes
Pe~6o~aci6n
4.2.2.1 4.2.2.2 4.2.2.3
121 125 126 126
131
ConclLe.to
4.1.4.1
4.1.5
TJr..epanoll
116 116 117 118 118 120 120 120 121 121
Con troles
4.3
PlLOTES DE CONCRETO PRESFORZADOS
4.4
PlLOTES DE ACERO ANEXO 4.A LODOS DE PERFORACION
150 152 153
4.A.l
PROPIEDADES
153
4.A.2
DOSIFICACION
156
ANEXO 4.B
5
FORMULAS PARA ~~ALIZAR LA ESTABILIDAD DE ZANJAS Y PERFORACIONES ADEMADAS CON LODO
156
PRUEBAS DE CARGA
161
5.1
INTRODUCCION
161
5.2
REGISTROS DE CONSTRUCCION REQUERIDOS PARA LAS PRUESAS
163 163
5.2.2
Reg.£.btlLo de !u:nc.ado del pi.tote 5.2.2.1 Resistencia a la penetraci6n 5.2.2.2 Posici6n final del ?ilote
•
5.3
165 165
?RUEBAS DE CARGA ESTATICA 5.3.1
Clli.t elt.i. 0 de C41lg4 c.on.tllolada 5.3.1.1 Ra9idez de asentamiento m!nirno
5.3.1.2 5.3.1.3 5.3.1.4 5.3.2
5.3.3
Incrementos de tiempo constantes Con dos ciclos de carga y descarga Con carqa c!clica
ClliteJt.t.o de de6pLazami.en.to6 c.on.tltolado6 5.3.2.1 Con control de asentamientos 5.3.2.2 Con ra?idez de penetraci6n constante 1~4talaci.6n
5.3.3.1
palla una pllueba de caltga £6tltica
Sistema de reacci6n a) Pla.taJ0ltma con la6tlt£ b) Pi.loteo de a.nc.taj e c) Vi.guetR4 de anclaje
5.3.3.2 5.3.3.3
Equipo de aplicaci6n de la carga Disp05itivQS de medici6n a) De ia c.altga. b) Oe loo 46entami.ento6 c) De l06 a6entami.ento6 de la punta
d) De ta 5.3. 4
P~e~
5.3.5
Gr~fica
Grafica Grafica Grafica Grafica Grafica
rn.te~~~etaci6n.
5.3.5.1
diht~ibuci6n
.eo,~
en.taci6tt de.
5.3.4.1 5.3.4.2 5.3.4.3 5.3.4.4 5.3.4.5 5.3.4.6
de
eh6ut~zo6
~e6ultado6
de 1a penetraci6n V6 numero de golpes de la recuperaci6n elastica carga V6 asentamiento carga y asentamiento v6 tiempo carga V6 asentamiento de f1uencia numero de ciclos V6 asentamiento
de ta
p~ueba
Res?uesta del pilote 9 pila a la carga a) Cimentacione6 de punta
bl
Cim~ntacione6
de 64icci6n
cl Cimen.tacion.e6 de. punta y 5.3.5.2 5.3.5.3 5.3.5.4 5.3.5.5
163 164 164
6~icci6n
Determinaci6n de la capacidad de carga Variaci6n de la capacidad de carga con e1 tiempo Capacidad de carqa admisible Observaciones al procedimiento constructivo
166 166 167 168 168 168 170 173 173
173 174 174 177 177 177 177 180 180 182 184 184 184 184 186 186 187 187 188 188 188 189 189 190 191 192
5.4
PRUEMS DE CARGA LATERAL
de
5.4.1
P~ueba
5.4.2
P~ueba c~cl~ca
5.4.3
ca~ga
5.4.3.2
e6tdt~ca
ca~ga
de
pa~a
ZIIatalaci6n 5.4.3.1
193 193 de~ca4ga
y
p~ueba
una
de
194
ca~9a late~al
Sistema de reacci6n a) O.tJl06 pilotl6 de la c.imentaci6n b) E6.tJlUCtUJl46 e~.c:6tente6 0 bloqu£a de conCJleto Equipo de aplicaci6n de la carga
a) Viga de exten6.i6n b) ApOyo6 e66~Jl.c:c06
c) Plac46 de apoyo 5.4.3.3
DispositivQS de medici6n Ve la c.aJl.ga
a)
b) Ve La de6lexi6n lateJl.al e inclinaci6n 5.4.4
PJl.e6entaci6n de l06 Jl.lauttado6 ~.4.4.1
5.4.4.2 5.4.4.3
5.4.5
Gr~fica
Gr~fica Gr~fica
5.4.5.5
En a~c~tla~
199 200 200 200 200
p~econ~ol~dada~
b) En a~citla~ no~matmente Pilotes inclinados
con,ot~d4da~ lj
201 eH
AHEXO 5.A CARACTERISTICAS DEL INFORME DE UNA PRUEBA DE CARGA EN UN PILOTE INDIVIDUAL 5.A.l
Cond~cione,
p4u~ba
Localizaci6n y datos geot~cnicos Diseno del pilote Diseno de la instalaci6n de la prueba
5.A.l.4
b) S~6~ema, de c44ga lj med~ci6n Caracter!sticas del pilote antes del hincado
5.A.l.5
b) GeometJt.ia Registro de hincado
a)
5.A.l.6
8
de
5.A.l.l 5.A.l.2 5.A.l.3
a)
5.A.2
19B 19B 19B 19B
carga va deflexi6n lateral carga y deflexi6n lateral va tiempo deflexi6n lateral va numero de ciclos
In-reJtpJletac..c:6n de La pltueba 5.4.5.1 Restricci6n al rnovimiento de la cabeza 5.4.5.2 Efecto de grupo 5.4.5.3 Carga sostenida 5.4.5.4 Carga c!clica 0 de im?acto a)
S~,tema,
de
Mate~~ale6
~eacc~6n
de.
a)
Equ~po
b)
Re'~~tenc~a
y apoljo6
con~~Jt.ucc~6n
a ta penet.'!.aci6n
c) Po,~ci6n 6~nat d~t pilote Instalaci6n de la prueba
Reg~'tJto
de pJtueba
5.A.2.1 5.A.2.2
Criteria de carga controlada Criterio de desplazamientos controlados
5.A.3
Rep4e6entaci6n de.
5.A.4
InteJtpJtetac~6n
lo~
de La
Jte~uttado~ pJtu~ba
195 195 195 195 195 196 196 196 197 197 197
4~eHa~
202 203
205 205 205 205 205 205 205 205 205 205 205 205 205 206 206 206 207 207 207 20B
INSPECCION Y VERIFICACION
213
6.1
INTROOUCCION
213
6.2
PIUS
213
6.2.1
E~cavaci6n
214
6.2.2
Colado deL concJteto
214
6.3
6.4
6.2.3
CJL.iteJt..i.o& de aceptac..i6n
215
6.2.4
In6oJlme4
215
6.2.5
Cau..6 4.6
m~o
c.omune.b d. paao de6ectuo4a.6
PILOTES
216 216
6.3.1
111.6pecc..i6n d. tao opeJtac..i.one6 de hinc.a.do de p-i.lotu
217
6.3.2
CJt.i.telt..i.o6 de ac.eptac..i.6n
21B
COROLARIO
21B
Capitulo 1
1 Introduccido
1.1
CLASIPICACION DE PlLAS Y PILOTES
De acuerdo con las dimensiones de su secci6n transversal, las cimentaciones profundas general mente se dividen en pi)as, cuando su di~netro 0 lado es mayor de 60 em, y pilotes, para dimen siones menares. En el dlseno y construcci6n de pi las y pilotes intervienen fundamentalmentetees variables: la forma como transmiten las cargas al subsuelo, el material con el que est~n fabricados, y su procedimiento constructivo (fig 1.1l. Atendiendo a estes criterios, a con tinuaci6n se presenta la clasificaci6n propuesta para pilas y pilotes.
Segun 1.
forma como trans
CLASIPICACION DE PlLAS Y PILOTES
Fig 1.1 1.l.1
Segun ta
6o~ma
como
miten las cargas al subsuelo
/ \
SegGn el material con el
que
e5t~n
fabci
cados
-
Seg6n su procedimiento constructivo
Criteria de clasifieaci6n
t~an4m~ten
ta4
ca~ga~
at
~ub~ueeo
Las pilas y pilotes en general se disenan y construyen para transmitir cargas verticales par punta a estratos resistentes profundos a par fricci6n al suelo que los rodea; los pilotes se usan tambi~n para anclar estructuras en sue los exoansivos y para resistir cargas harizontales inducidas par la estructura 0 por un sismo (fig 1:2). En este 6lti~ caso se colaean inclina dos. 1.1.1.1
Pilates de punta
Cuanda el a los estratos de suelo superficiales son de espesor considerable, compresibles y de baja resistencia al esfuerzo cortante, utilizando pilates de punta se transmite pr~ctic~ mente tado el peso y las cargas de la supe~estructura Q a un estrato profundo de suelo m~s resistente a a la roca (fig 1.3). En ocasianes la densidad de zapatas es tal que econ6mica mente y t~cnicamente conviene sustituirlas par pilas a pilotes.
Punta
Carga vertir-=al
Fricci6n
Anclaje por fricci6n
PIUS Y PILOTES
CON
Carga vertical y horizontal
Fig 1.2
1.1.1.2
Pilotes inc1inados
C1asificaci6n de pi1as y pilotes segun la forma como transmiten las cargas al subsue10
Pi las de punta
Se uti1izan cuando el estrato de suelo superficial es blando y compresible, y cuando el peso y cargas de la superestructura Q son importantes. Una ventaja de las pilas radica en que se puede acampanar su base (fig 1.4), aumentando as! su carga util.
Q
Q
Q
J, '"
"]
. 'Ii
1
.'-"''':
...... " .
Fig 1.3
•.
1
<
~
Pilote de punta
'
'I
, I, ~ :
1
1
Com pono
1
"ii .- .... "
, II ,
" :i"f
tItI
<
'1'1I'liI
)~
.
I': I
..
Suelo b londo compres Ible
.::
I
P'suelo reSlstente 0 roca
1.1.1.3
J
. Suelo blondo compresible
... ..
,
~ lii:Ii! I~... 11
....,:
;"z
~ Suelo
Fig 1.4
"'"
'
'
<~ '. '"
Pi las de punta
Pilas y pi10tes de punta con empotramiento
Para incrementar la capacidad de carga de pilas y pilotes se pueden empotrar una C1erta pro fundi dad E en el estrato resistente. Para pilotes se recomienda hacerlo a una profundidad de 4 a 10 veces su dimensi6n horizontal (D) dependiendo de la compacidad relativa del mate rial de empotramiento y de la capacidad del equipo disponible, y en pilas la distancia que sea posible constructivamente hablando (fig 1.5).
2
1.1.1.4
Pilotes de fr1cci6n
Son los que transmiten la carga Q al suelo que los rodea; la magn1tud de la fr1cc16n lateral es func16n del ~rea per1metral del pilote (f1g 1.6). Esta soluc1~n se ut111za cuando no se encuentra ningan estrato resistente en el que podr!an apoyarse p1lotes de punta, 0 cuando el sitio donde se instalar~n se local1za en una zona que sufre asentam1entos significat1vos por consolidaci6n regional.
o
H
Estroto reSlslenle
t II
Fig 1.6 Pilote de fricci6n
Fig 1.5 Empotramiento de pilas y pilotes 1.1.1.5
I ,I
Pilotes de anclaje
Se utilizan en zonas con suelos arcillosos expans1vos que par su espesor no pueden ser reme vidos; con estos elementos se pueden absorber los movimientos estacionales que ocurren en Ta parte superficial de estos suelos, que se traducen en expans10nes. Estes pilotes se hincan hasta alcanzar la zona del suelo estable (f1g 1.7). Tambi~n se utilizan a veces para evitar el bufamiento par excavaci6n en sue los arcillosos. 1.1.1.6
Pilas y pilotes verticales con carga horizontal
Las fuerzas horizontales permanentes de reacci6n de una estructura 0 temporales inducidas par un sismo se pueden recibir aunque en forma poco ef1ciente can pilas a pilotes verticales que tengan empotramiento y caracter!sticas estructurales adecuadas (fig 1.8). Func1onalmente, los pilotes inc11nados son mejor soluci6n.
o
>=: ['..' .. '=,'
--.
....
Suelo
I estoble 1_- _ -
Fig 1.8 Pila a pilote con carga
Fig 1.7 Pilote de anclaje 3
ho~~zontal
1.1.1.7
Pilotes inclinados bajo cargas horizontales
Una soluci6n ~s eficiente que la del caso anterior es uti11zar pilotes 1nclinados con orien taci6n acorde a la d1recc16n en que se presente la fuerza horizontal 0 con d1stintas direccio nes cuando deban soportar las fuerzas horizontales que induce un sismo (fig 1.9).
Fig 1.9 1.1.2
Segun et
mate~~at
Pilotes inclinados con carga horizontal
con et Que e4tdn
6ab~~cado6
En la fig 1.10 se enurneran los materiales que se emplean para fabricar pilotes en orden descendente de utilizaci6n: las pilas son siempre de concreto simple 0 reforzado. colado en el lugar.
Prefabricado Concreto MATERIAL
Colado en el lugar
DE FABRICACION
Acero Concreto y acero (mixtos) Madera
Fig 1.10
1.1.2.1
Clasificaci6n de pilotes segan el material con el que est~n f~bricados
Pilotes prefabricados de concreto
Se fabrican con concreto simple, concreto reforzado, presforzado 0 postensado, empleando ce mento portland normal 0 resistente a las sales, ~lcalis y silicatos del medio don de se hinca r~n. Se fabrican de una sola pieza 0 en segmentos que se pueden unir con juntas r~pidas 0 soldando placas de acero que se dejan en los extremes de cada tramo precolado. Estos pilotes son los de uso m~s frecuente par su durabilidad y la facilidad can que se ligan a la superestructura. Sus limitaciones se relacionan con las dificultades de fabricaci6n, rna nejo e hincado. Seg6n la geometr!a de su secci6n transversal pueden ser cuadrados, octagon~ l~s, ochavados, hexagonales, triangulares, de secci6n H y circulares. 4
1.1.2.2
Pilotes y pilas de concreto colada en el luqar
Generalmente Be fabrican con concreto reforzado, aunque es factible usar concreto simple cuan do se trata de pilas cortas en una reg16n no s!smica. El colado se debe hacer con una tube r!a tremie 0 con trompa de elefante para evitar la segregac16n y contaminaci6n del concreto. El pilote colado in situ no es muy empleado. 1.1.2.3
Pilotes de acero
Estos pilotes son de secciones estructurales ligeras 0 pesadas dependiendo de la carga que transmitirAn. Se pueden utilizar tubos de acero que pueden quedar huecos 0 rellenarse con concreto, as! como perfiles estructurales Hi tambi~n se fabrican tubos de acero con una h~li ce soldada lateralmente, que se introducen a rotaci6n. Entre las ventajas principales de estos pilotes se tienen la facilidad y precisi6n con que se pueden alargar 0 recortar y el hecho de que pueden atravesar estratos duros con boleos y roc a alterada, ademAs de que su manejo es mAs simple que en los de concreto. La desventaja prine! pal de estos pilotes es que son susceptibles a la corrosi6n, fen6meno que debe tomarse en cuenta especialmente en ambiente marino, que es donde m~s se ut!l1zan, para protegerlos deb! damente. 1.1.2.4
Pi1ates mi~tos de concreto y acero
Se utili zan pilotes de concreto con puntas de acero como protecci6n durante el hincado; en al gunos sue los can condiciones estratigrAf~cas peculiares se han utilizado pilotes que tienen un segmento inferior de tuba de acero y el resto de concreto reforzado. En general, este ti po de pilotes mixtos tiene poco uSO. 1.1.2.5
Pilotes de madera
Los pilotes de madera han ca!do en desuso ante el desarrollo de los de concreto; su empleo ha quedado restrinqido a la cimentaci6n de estructuras provisionales y de embarcaderos pequenos en donde se aprovecha la resistenc1a de la madera para soportar las fuerzas de impacto. La limitaci6n fundamental de estos pilotes se tiene en su carta duraci6n, ya que fAcilmente se dana el tramo que queda sujeto a variaciones del oivel del aqua, sobre todo cuando est~n en un ambiente de aguas salobres. En este caso se puede recubrir con concreto el tramo expuesto a las variac10nes de nivel.
1.1.3
Segun 6u
p~ocedimiento con6t~uctivo
Se han desarrollado numerosos procedirnientos constructivos para fabricar y posteriormente ins talar en el lugar 0 para fabricar en el sitio mismo pi las y pilotes; la caracter!stica fund~ mental que los diferencia es que durante su construcci6n se indulca 0 no desplazamiento del suelo que los rodeai debe observarse que las pilas siempre se fabrican de concreto simple 0 reforzado, colado en el sitio en una perforaci6n previamente realizada y por ello caen unica mente dentro del tipo de sin desplazamiento. En cambia los pilotes p'ueden ser: con desplaz~ mien to cuando desplazan un volumen de suelo igual al del pilote al ser hincados, con poco desplazamiento, que pueden ser pilotes hincados en una perforaci6n previa de menor Area que la del pilote mismo, pilotes de ~rea transversal reducida como los de perfiles de acero de secci6n I, a pilotes hincados con ayuda de un chif16n, y sin desplazamiento, cuando se fabri can en el sitio, de manera semejante a las pilas (fig 1.11). En sue los blandos, los pilotes con desplazamiento pueden inducir disminuci6n de la resisten cia al corte por el remoldeo provocado, en tanto que en sue los granulares pueden generar au mento de la compacidad relativa. Los procedimientos constructivos son del dominio publico 0 proteqidos con patentes comerci! les; en cuanto al equipo especializado que se utiliza, sus caracter!sticas y capacidades se eligen acordes al tamano de la pila a pilote~por construir y a las condiciones topograficas, estratigraficas y de localizaci6n del sitio. 1.1.3.1 a)
Can desplazamiento
Pitote6 hincado6 a pe~cu6i6n. Este procedimiento es el de uso m~s difundido y cons is te en hincar a percusi6n los pilotes can ayuda de un martillo de impacto; los factores significativos que deben considerarse son: La masa y longitud del pilote E1 peso y energfa del martillo El tipo de suelo en que se hinca.
5
Hincados: a percusi6n a presi6n con vibraci6n
Con desplazamiento
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE PILOTES
Con poco desplazamiento
V
I~
Hincado en una pe.!: foraci6n previa Hincados con chifl6n De lirea transversal pequeiia (tubos)
• Sin desplazamiento
Fig 1.11
De concreto colado en el lugar
Clasificaci6n de pilotes segun su procedimiento constructivQ
Usualrnente el pilote se sost1ene vert1calmente (fig 1.12) 0 con 1a inclinaci6n necesa ria (fig 1.13) con una estructura gu1a en la que desliza el martillo durante la mania bra. Cuando debido a su longitud el pilote no puede manejarse en un solo tramo, se hinca en dos 0 m~s de ellos, unidos con una junta rlipida 0 con placas prefijadas en los extremes que se sueldan durante el hincado
Mortlilo Monilia Estrucluro guio
Estrucluro gUlo
PIlote
Fig 1.12 Pilote hincado vertical
Fig 1.13 Pilote hincado inclinado
Cuando no es posible utilizar una estructura quia de hincado per restricciones de espa cio disponib1e 0 en obras fuera de costa, se puede usar una "gu1a co1gante" sostenidapor 1a pluma de una grGa y unos cables (fig 1.14) b)
Pilote6 hincado6 a p~e6i6n. Estos pilotes se fabrican de concreto en tramos cil1ndrica de 1.5 m de largo; 1a punta es c6nica y tiene ahogado el cable de refuerzo que se aloja en e1 hueco central. El hincado se hace a presi6n con hidr~u1ico en cuyo marco de carga se ,van co1ocando los tramos de pilote (fig
6
de secci6n acero de un sistema 1.15).
Goto hidrciulico Lostre" Morco de cargo / / Coble
,;- Martilia
I I
H
Pilate
Coble de refuer zo
I
~ ~
I I
i yP"ote
en tramos
r1
Fig 1.14
Pilote hincado con guia colgante
Fig 1.15
Pilote hincado a presi6n
Cuando se alcanza la presi6n m~xima de proyecto se tensa el cable central de acero de refuerzo y se rellena el hueco con concreto. La reacci6n del sistema de carga usualmen te se absorbe con lastre colocado en una plataforma. Este procedimiento ha sidoempleado con frecuencia para recimentaciones, porque la reac ci6n del sistema de carga se soporta con el peso de la estructura y por ellc se puede realizar en espacios verticales muy reducidos. c)
Pi.lote6 hinc.ado.6 con viblLac.i6n.. Esta t~cnica se emplea en suelos granulares y consiste en excitar al pilote con un vibrador pesado de frecuencia controlada, formado por una carga est~tica y un par de contrapesos rotatorios exc~ntricos en fase. El pilote pene tra en el suele per influencia de las vibraciones y del peso del conjunto pilote-vibra dor-Iastre (fig 1.16). Generalmente son pilotes met!licos 0 tablestacas. Esta guas.
t~cnica tambi~n
se ha usado para extraer pilotes desviados
0
de cirnentaciones anti
Cuando se proyecta aplicar este m~todo, se deben estudiar los fen6menos que las vibra ciones pueden ocasionar cuando su frecuencia se ace rca a la natural de las estructuras e instalaciones vecinas, especlalmente si est~n clmentadas sobre materiales poco densos, porque en esta condici6n de resonancia se pueden provocar danos estructurales y hundi rnientos. 1.1.3.2 a)
Con poco desp1azamiento
P~lote6 hinc.ado.6 en una pe~6o~aci6n p~evia. Todos los pilotes hincados descritos en los p~rrafos anteriores como pilotes de desplazamiento, se transforman en pilotes de po co desplazamiento si antes de hincar10s se realiza una perforaci6n previa (fig 1.17); ~sta puede requerir ser estabilizada con lodo de perforaci6n, que en el caso de sue los arcillosos b1andos se puede formar con el mismo suelo, mezcl~ndolo con agua previamente agregada, 0 en todo caso a base de benton±ta y agua.
Esta
t~cnica
se utiliza:
Cuando el hincado de los pilotes sin perforaci6n previa induce deforrnaciones que red~ cen la resistencia al esfuerzo cortante del suelo Cuando el pilote debe atravesar estratos duros que dificulten su hincado y por ello, puedan llegar a danarse estructuralmente Cuando el namero de pilotes par hincar es alto y la surna de sus desplazamientos puede provocar el levantamiento del terreno con el consiguiente arrastre de los pilotes pr~ viamente hincados.
7
Muelle
r
Goncho para exlraCClones
Carga
,~ vertical elect riCO
Contropesos rotator lOS
J
/
vlbrodoro
I
I
/
I ,
Fig 1.17 Perforaci6n previa al hincado
Fig 1.16 Pilote hincado can vibraci6n b)
Generodor electrlCO
Pitote~ hincado~ con chi6l6n. Este procedimiento se utiliza para disminuir el volumen de suelo desplazado durante el hincado de pilotes en arenas; consiste en aplicar dos efectos 5imult~neos: el de un chif16n de agua a presi6n que descarga en la punta del pilote, el cual erosiona y transporta a 1a superficie parte de la arena, cornbinado con los impactos de un martillo 0 la excitaci6n de un vibrador para movilizar el pilote (figs 1.18 y 1.19). Adicionalmente, se puede agregar aire a presi6n para facilitar la extracci6n del agua. En pilotes de varios tramos hay dificultades en la continuidad del chifl6n. El martinete debe usarse una vez que se ha dejado de operar el chif16n y Gnicamente cuando se deba llegar al rechazo.
/--- Pllofe
Martil10
Manguera ELEVAC ION
ELEVACION
Pilote
Bomba
PLANTA
a) Pilote can chif16n interior
Fig 1.18 Pilote hincado can chif16n
PLANTA
b) Pilote con chi flo nes laterales -
Fig 1.19 Ubicaci6n de chiflones en la punta de pilotes 8
c)
Pilo~e4 de 4~ea t4an4ve44al pequena. Se acostumbra clasificar como pilotes con poco desplazamiento a los de perfiles de acero porque la relaci6n de su per!metro al ~rea transversal es hasta 15 veces mayor que en pilates de concreto. Estos pilotes pueden ser de desplazamiento cuando por falta de control se forma un tap6n de suelo cercano a la punta entre los patines, que avanza con el hincado.
A veces se aplica un tratamiento el!ctrico de corta duraci6n posterior al hincado para incrementar r~pidamente la adherencia entre pilote y suelo; en este caso, adem4s de perfiles estructurales, se pueden usar tambi!n tubos. 1.1.3.3 a)
1.2
Sin desplazamiento
P-i..fote6 Ij p.i..l.at. de cOP'lcJteto cotado en e! .fugalt. Los pilotes y pilas de concreto col~ dos en el lugar se clasifican como elementos de cimentaci6n sin desplazamiento porque para su fabricaci6n se extrae un cierto volumen de suelo que despu~s es ocupado por el concreto. El proceso constructivo se describir~ en el cap!tulo 4.
MATERIALES DE CONSTRUCCION
En esta secci6n y pilotes.
se describen los materiales
com~nmente
empleados en la construcci6n de pilas
•
El acero de refuerzo debe satisfacer los requisitos de calidad establecidos en las normas NOM-B-6-1980 y ASTM A 615-78 (Standard Specifications for Deformed and Plain Billet Steel Bars for Concrete Reinforcement) "Especificaciones para Varlilas Lisas y Corrugadas de Lingo te 0 Palanquilla para Refuerzo de Concreto" y, por consiguiente, cumplir con los requisitosqu!micos de corrugaci6n, de tensi6n y de doblez, ah! indicados. Los ens ayes para verificar dichos requerimientos se efectuar~n conforme a la norma A$TM A 370-77 (Standard Methods and Defini tions for Mechanical Testing of Steel Products) "Normas de Prueba y Definiciones para Ensayes Mec.1inicos de Productos de Acero". La norma ASTM A 615-78 contempla el usa de dos tipos de acero, design~ndolos con el valor del esfuerzo a tensi6n en su punta de fluencia. As!, los denomlna acero Grado 40 (f y = 40.000 Ib/pulg 2 = 2,800 kg/cm 2 ) y Grado 60 f y = 60,000 Ib/pu1g2 = 4,200 kg/cm 2 ). Los requerimientos qu!micos tienen par objeto la determinaci6n de los contenidos de carb6n, manganeso, f6sforo y azufre, de muestras tomadas durante el colado de la hornada. Para esta condici6n se limita el contenido m~ximo de f6sforo al 0.05%. E1 cliente puede exigir an~lisis qu!micos del acero de las varillas que est~ comprando. El contenido de f6sforo, determinado en muestras tomadas de un lote ya sa lido de la f~brica. no debe ser mayor de 0.062%. En las tablas 1.1 y 1.2 se dan los valores nominales a los que se deben ajustar las propieda des f!sicas del acero de refuerzo, en cuanto a di~metro, peso, altura y espaciamiento de las de formaciones 0 corrugaciones, §rea y per1metro, as! como los esfuerzos de fluencia y de rUE tura. Para los requisitos qu!micos generales, ver la norma ASTM A 510-77 (Specifications for Gene ral Requirements for Wire Rods and Coarse Round Wire, Carbon Steel) "Requisitos Generales pa ra Vari lIas Lisas y Alambre Grueso Redondo de Acero al Carb6n". El acero de refuerzo que se produce en
M~xico
tiene las caracter!sticas indicadas en la tabla
1. 3.
1.2.2
Ag~a
El agua para la fabricaci6n de los lodos de perforaci6n y del concreto deber~ ser potable, limpia, fresca y libre de materia org~nica e in6rganica, ~cidos y ~lcalis, en suspensi6n 0 so luci6n, en cantidad tal que puedan afectar la calidad y durabilidad del lodo 0 del concreto. Podra obtenerse de fuentes publicas 0 de pozos perc no de las excavaciones. No debera usarse aqua de mar 0 agua salada, salvo para la preparaci6n de lodos siempre que se incorporen adit! vos para hacer viable su utilizaci6n. En las tablas 1.4 y 1.5 se definen los criterios de aceptaci6n para fuentes de agua de cali dad dudosa. Los ensayes para determinar la aceptaci6n del agua para la fabricaci6n de lodo 0 concreto. se efectuaran de acuerdo a la norma A.2\SHTO T26 (Quality of Water to be Used in Concrete) "Calidad del Aqua para ser Us ada en Concreto". . 9
TABLA 1.1
Fuente:
ASTM A 615-78
Nlirero para
identiflcar la varilla,
No. 8 3
4 5
6 7
8 9
10 11 14 18
Ndmeros para identificar varillas corruqadas, pesos nominales, dirnensiones nominales y requisitos para las corruqaciones
DiJrens10nes
Peso norn1nal kg/m
raninales A
Di&!etro
11m
0.560 0.994 1.552 2.235 3.042
9.52 12.70
0.71 1.29
15.88 19.05
2.00 2.84
22.22
3.87
3.973 5.059 6.403
25.40
5.10 6.45
28.65
32.26 35.81
7.906 11.384 20.238
43.00 57.33
8.19
10.06 14.52 25.81
ximD (12 1/2% dOl per1lletro ncminal)
fiB
29.9 39.9 49.9 59.8 69.8 79.8 90.0 101.4 112.5 135.1 180.1
6.7 8.9
0.38 0.51
11.1 13.3 15.5
0.71 0.96
3.5 4.9 6.1 7.3
1.11 1.27 1.42 1.62
17.8 20.1 22.6 25.1 30.1 40.1
JIll
Espacio libre m1
Altura ltt!ni praredio
Perlnetro
11m
;.,
Psquisitos para las corrugaciones,
8.5 9.7 10.9 11.4 13.6 16.5 21.9
1.80 2.16 2.59
A
Las dimensiones nominales de una varilla corrugada son equivalentes a las de una varilla Ii sa que tenga el mismo peso por unidad de 10ngitud que 1a varilla corrugada.
B
Los numeres que ident1fican a las varillas, son iguales al nOmero de octavos de pulgada que contiene el di!metro nominal de las varillas.
TABLA 1.2
Requisitos de tensi6n
Fuente: ASTM A 615-78
Resistencia a la tens16n, m!nima, MPa (psi)
L!mite de fluenc1a, m!nimo, MFa (psi)
Grado 40 A
Grado 60
483 (70 000) 276 (40,000)
621 (90 000) 414 (60,0001
Alargamiento en 20) rom (8 pulg), minima, , : Varilla No.
11
9 9 8
10 9
8 7
8 7
7 7 7
11
3 4, 5, 6 7 8 9
12
10 11
14, 18
A Las varillas de grade 40 se suministran solamente en los tamanos 3 a 11. Los tamanos 7 a 11 no son f&ciles de conseguir inmediatamente; debe consultarse can el fabricante para verificar su disponibilidad. 10
Caracter!sticas de las varillasAde acero fabricadas en M~x1co
TABLA 1.3
Fuente: DGN-V-32-1972
Di.imetro
Varilla No.
kg/rn
Area crn 2
Per!metro ern
2
6.3
1/4
0.248
0.32
1. 99
2.5
7.9
5/16
0.384
0.49
2.48
3
9.5
3/8
0.566
0.71
2.98
4
12.7
1/2
0.994
1. 27
3.99
5
15.9
5/8
1. 552
1. 98
5.00
6
19.0
3/4
2.235
2.85
6.00
21. 2
7/8
3.042
3.88
6.97
7
A
Peso
pulg
nun
;,
8
25.4
1
3.973
5.07
7.98
9
28.6
1 1/8
5.033
6.42
8.99
10
31. 8
1 1/4
6.255
7.94
9.99
12
38.1
1 1/2
8.938
11. 40
11. 97
Todas estas varillas, exceptuando 1a del No.2, son corrugadas y pueden obtenerse con lImite de fluencia de 2,300 0 4,200 kg/cm 2 . La varilla del No. 7 no se encuentra comercialmente.
TABLA 1.4
Criterios de aceptaci6n para fuentes de agua de calidad dudosa
Fuente: ASTM C 685-79 M~todo
L!mites
Resistencia a 1a compresi6n/~ mInima del control a 7 dras. Tiempo de fraguado, desviaci6n del control, horas : minutes
A
de ens aye
90
a 10 m~s C 191 A desde 1:00 temprano a 1:30 cuanto m~s tarde
Las comparaciones deben basarse en proporciones fijas usanda el mismo volurnen de aqua de prueba que en la mezcla de control donde se usa aqua potable de la ciudad 0 aqua destilada.
11
TABLA 1.5
Limitaciones qufmicas para agua de lavado
Fuente: ASTM C 685-79 M~todo
Lfmites Requisitos qu!micos, concentraciones mas en e1 agua de mezc1ado, ppm B
m~xi
D 512
C1oruro como CI, ppm: Concreto presforzado 0 en losas de puentes
500 e
Otros concretos reforzados en ambiente humedo 0 conteniendo insertos de a1uminio o metales parecidos 0 con cimbras permanen tes de metal galvanizado -
1 000 e
Su1fato como S04, ppm
3 000
Alca1is como (Na20 + 0.658 K20), ppm
•
1. 2.3
D 516
600 50 000
S61idos tota1es, ppm m~todos
de ens aye A
AASHTO T26
A
Pueden usarse otros comparables
que hayan demostrado conducir a resultados
8
El agua de lavado reutilizada como agua de mezclado en e1 concreto, pue de exceder las concentraciones indicadas de cloruros y sulfatos, 5i 5epuede demostrar que 1a concentraci6n ca1culada en el agua total de mez clado incluyendo el agua de mezclado en los agregados y en otras fuentes no excede los l!mites establecidos.
c
Cuando se permite el uso de CaC12 como aditivo acelerante, el comprador puede desistirse de la limitaci6n de cloruro.
Ad.i.ti.vofJ
Los aditivos son substancias qu!micas 0 minerales, l!quidas 0 s61idas (en paIva), que se agregan al concreto 0 al lodo de perforaci6n, antes 0 durante el mezclado, para modificar sus propiedades. Aqu! se tratar~n unicamente los aditivos necesarios para el concreto. En el anexo 4.1, Lodos de perforaci6n,se tratara 10 concerniente a los aditivos para lados. 1.2.3.1.
Aditivos qu!micos
Los aditivos qu!micos para concreto deben satisfacer los rec~isitos de la norma ASTM C 494-80 (Standard Specifications for Chemical Admixtures for Concrete) "Especificaciones Estandar para Aditivos Qu!micos para Concreto", y se clasifican en los cinco tipos siguientes: Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo
A B C D E
Reductor de agua Retardante de fraguado Acelerante de fraguado Reductor de agua y retardante de fraguado Reductor de agua y acelerante de fraguado
En las tablas 1.6 y 1.7 se definen los principales requisitos f!sicos que debe satisfacer el concreto cuando se usan aditivos para mod~ficar sus propiedades, as! como los ensayes y espec!menes necesarios para verificar las propiedades afectadas por el uso del aditivo. 1.2.3.2
Inclusor de-aire--
Cuando seprevea que eventualmente los agregados puedan reaccionar con los ~lcalis del cernen to, 0 que el concreto estar~ sometido a condiciones clim~ticas severas y extremas, 0 a exposici6n severa en medios con alto contenido de sulfatos, es recomendable la inclusi6n de aire en e1 concreto, en determinados porcentajes que dependen del tamano del agregado que se est~ usando en la fabricaci6n del concreto (ver norma ACI 212.2R-71). Este aditivo, gene ralmente 11qu1do, se incorpora a 1a mezcla por medio del agua de mezc1ado y se conoce como inclusor de aire. Debe satisfacer los requerimientos de 1a norma ASTM C 260-77 (Standard Specifications for Air Entraining Admixtures for Concrete) "Especificaciones Est~ndar para Aditivos Inclusores de Aire en Concreto". 12
TABLA 1.6
Requisitos f!sicosAdel concreto, cuando se usan aditivos
fuente: ASTM C 494-80 Tipo A
Peduetor de aqua
Contenioo de aqua. ~, % del control: Tienpo de fraguaro. desviaci6n pemU.sible del control, h : min
Final:
mb 1: 00 tenprano pero no mb de 1: 30 tarde
mb 1: 00 telTprano pero 00 It"&> -
Til'" 0 Peduetorde aqua y retardante
Til'" E Peduetor de aqua y acelerante
95
95
mb 1:00 tarde
mb 1:00 tenprano
m1s 1:00 tarde
1:00 tenpratX)
m1s 3:30 tarde
m1s 3: 30 tenprano
m1s 3:30 tarde
3: 30 tenprano
per 10 neros
no nas de
Til'" C
Ace1erante
95
lnicial: per 10 rrenos no mb de
Til'" B Retardante
mb
res
res
res
1:00 terYprano
1:00 tenprano
res
res
3: 30 tarde
3:30 tarde
de 1: 30 tarde
Resistencia a la oompresi6n, m!ni.ITo. % del control: B 3d1as 7 d1as 28 d1as 6 rreses 1 ai\o
no no no
125
100 100
90 90 90 90 90
100 100 90 90
100 100 100
90 90 90
100 90
no no no 100 100
125
no no
100 100
Resistencia a la flexi6n, m!ni.ITo. % del control: 3 d1as 7 d1as 28 Mas
110
100 100
no
100
100 100
Carrbio en longitud, contracci6n
rrWd.ma (r~uisitos alternathus) :c
Porcentaje del control Increrrento sabre el control Factor de durabilida.d relativa, m!nino 0
135
135
135
135
0.010
0.010
0.010
135 0.010
0.010
80
80
80
80
sa
A
valores en la tabla incluyen tolerancias para variaciones normales en los resultados de las pruebas. El objetivo del requisito al 90% de la resistencia a la compresi6n para el aditivo tipo 3 es para alcanzar un nivel de comportamiento comparable al del concreto de re ferencia.
8
La resistencia a la compresi6n y a la flexi6n del concreto que contiene el aditivo bajo prueba en cualquier edad, no debe ser menor Oel 90% de la obtenida en cualquier prueba pre via. El objetivo de este lImite es establecer que la resistencia a la compresi6n 0 a la flexi6n del concreto que contiene el aditivo bajo prueba, no decrezca con la edad.
c
Para requisitos alternativos, ver secci6n 17.1.4 de la Norma ASTM C 494-80, el porcentaje l!mite del control se aplica cuando el cambia de longitud del control sea 0.030% a mayor, el l!mite incremento sobre el control se aplica cuando el cambia de longitud del control es menor de 0.030%.
~os
oEste requisito se aplica solamente cuando el aditivo se usar~ en un concreto con aire in cluido, el cual puede estar expuesto a congelaci6n y deshielo mientras est~ humedo.
13
TABLA 1.7
Tipos y nGmero minima de espec!menes y ensayes
Fuente: ASTM C 494-80
Contenido de agua Revenimiento Contenido de aire Tiempo de fraguado Resistencia a 1a compresi6n
NGrrero de
NGrrero de
tiposde
edades de
eSfeC!rrenes A
prueba
NGrrero de condiciones del concreto B
c c c
1
2
1
1
2
1
1
2
1
0
2
6
1
5
2
30
Resistencia a 1a f1exi6n
1
3
2
18
Conge1amiento y deshielo
1
1
2
12
Cambio""de longitud
1
1
2
6
AVer secciones 14 y 16.2 (Norma ASTM C 494-80) aVer secci6n 12.2 (Norma ASTM C 494-80) c
A determinarse en cada bachada de concreto mezclado
OVer secci6n 14.4
(Norma ASTM C 494-80)
En la tabla 1.8 se presenta 1a variaci6n del porcentaje de aire can el tamano agregado (norma ACI 211.1-77).
TABLA 1.8
Variaci6n del contenido de aire can e1 tamano m~ximo de los agregados
Fuente: ACI 211.1-77 Tamano m§ximo de los agregados rom pulg
Aire atrapado
Aire incluido
%
%
3.0
152.4
6
0.2
76.2
3
0.3
3.5
50.8
2
0.5
4.0
38.1
1 1/2
1.0
4.5
25.4
1
1.5
5.0
19.1
3/4
2.0
6.0
12.7
1/2
2.5
7.0
9.5
3/8
3.0
8.0
14
m~ximo
del
1.2.3.3
Membrana de curado
Otro compuesto qu!mico a considerar, que no es un aditivo ya que no se incorpora a la mezcla de concreto, es la llamada membrana de curado, que es un l!quido que se aplica a la superfi cie terminada con el objeto de curar el concreto. Este compuesto se utiliza en vez del agua de curado. Debe satisfacer la norma ASTM C 309-81 (Standard Specifications for Liquid Membrane Forming Compound for Curing Concrete) "Especificaciones Est~ndar para Compuestos L!quidos que Forman Membranas para el Curaclo de Concreto". 1.2.3.4
Aditivos minerales
Estos aditivos generalmente se presentan pulverizados, con finura mayor que la del cemento, y sirven para mejorar las propiedades f!sicas del concreto fresco, especialmente cuando se est~n usando agregados de granulometr!a deficiente. Estos aditivos se clasifican en tres tipos: Los qu1micamente inertes Los puzol~nicos Los cementantes Los qu1micamente inertes son la bentonita, la cal hidratada, el talco, los sue los cuarzosos y los sue los calizos~ Los puzol~nicos son materiales sillceos 0 silico-alum1nicos, que en s1 no poseen 0 poseen poco valor cementante, pera que finamente pulverizados y en presencia de la humedad, reaccio nan can el hidr6xido de calcia, a temperaturas normales, farmanda un compuesto que posee propiedades cementantes. Entre los puzol~nicos seencuentran las cenizas y vidria volc~nicos, las tierras diato~ceas y algunas lutitas. Los cementantes son los cementos naturales, cales hidr~ulicas, los cementas de escoria clas de escoria de fundici6n con cally escorias de fundici6n de hierro granulado.
(me~
Estos aditivos minerales deben satisfacer los requisitos de la norma ASTM C 618-80 (Standard Specifications for Fly ash and Raw or Calcinated Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Portland Cement Concrete) lOEspecificaciones Est.1:ndar para Cenizas Finas y Puzo lanas Naturales en Grena 0 Calcinadas para usarse como Aditivos Minerales en Concretos de Cemento Portland". En las tablas 1.9 y 1.10 se presentan los requisitos qulmicos y f!sicos que deben satisfacer estos aditivos.
1.2.4
Ag4egado~
pa4a
conc~e~o
Los agregados para la fabricaci6n del concreto, el grueso (grava) y el fino (arena), deben satisfacer los requisitos de la norma ASTM C 33-81 (Standard Specifications for Concrete Aggregates) "Especificaciones Est~ndar para Agregados de Concreto". 1.2.4.1
Agregado fino
El agregado fino est~ formado por arena natural, arena procesada 0 una combinaci6n de ambas, y deber~ satisfacer la granulometrla mostrada en la tabla 1.11. El m6dulo de finura variar~ entre 2.3 y 3.1. Cuando el concreto se va a usar con aire incluido, el porcentaje minima que pasa las mallas Nos. 50 y 100 puede reducirse a 5 y 0%, respectivamente. El contenido de substancias
delet~reas deber~
limitarse a 10 indicado en la tabla 1.12.
El contenido de materia org~nica deber~ controlarse mediante la prueba de colorimetrfa (ASTM C 40-79), debiendo, en principio rechazarse toda arena que de un color m~s oscuro que el est~ndar. En la prueba de sanidad 0 intemperismo acelerado (ASTM C 88-76) la perdida no ser~ mayor del 10% cuando se use sulfato de sadio, 0 del 15% cuando se use sulfato de magnesio. 1.2.4.2
Agregado grueso
El agregado grueso cons1stir~ de grava natural, grava triturada, piedra triturada, escoria de fundici6n 0 una mezcla de elIas que satisfaga los requerimientos de granulometrfa y de ca11dad que se presentan en la tabla 1.13 (norma ASTM C 33-81).
15
TABLA 1.9
Fuente:
Requisitos qutmicos
A5TM C 618-80 Clase de adltivo minera1 A
Di6xido de Silicio (5H1ce) (51°2) m~s 6xido de aluminio (A1 203) m~s 6xido de fierra (Fe 203) , minimo, %
N
F
C
5
70.0
70.0
50.0
50.0
4.0
5.0
5.0
4.0
3.0
3.0
3.0
3.0
10.0
12.0
6.0
10.0
Tri6xido de azufre (5°3) , m.1xi
mo, %
Contenido de agua, P~rdida
m~ximo,
%
por ignici6n. m.1ximo, % ;,
Clase N: Puzolanas naturales
A
0
calcinadas
Clase F: Ceniza fina, producida al quemar antracita 0 carb6n bituminoso Clase C: Ceniza fina, producida al quemar lignito 0 carb6n subbituminoso Clase S: Puzolanas en general
Ver ASTM C 618-80
TABLA 1.9a
Requisitos qu!micos suplementarios opcionales
Fuente: A5TM C 618-80 Clase de aditivo mineral
F
C
5
u):ido de l'tagnesio ()'!gO) , mc1ximo, %• 5.0
5.0
5.0
5.0
Alcalis disponibles, como Na20,8 rn.§ximo, %
1.5
1.5
1.5
N
1.5
A
Cuando el limite de expansi6n a contracci6n en autoclave de 0.8% como mc1ximo no se excede, puede aceptarse un contenido de MgO arriba del 5.0%. Cuando el cementa que se utilizar'§ en el trabajo se conoce y est,§ dispanible. debe ensayarse el aditivo mineral usando tal cementa. Ver tabla 1.10 nota c.
8
Solamente aplicable cuando el comprador requiere especfficamente que se use un aditivo mineral en el concreto que contenga agregados reacti vos y cementa con limitaciones que deban satisfacer el contenido de '§lcalis.
16
TABLA 1.10
Requisitos ffsicos
Fuente: ASTM C 618-80 Clase de aditivo mineral N
F
c
5
34
34
34
34
Finura: petenido por lavacb en la malla No. 325 (451""). m1xi.no. \ A
Indice de actividad puzolWca: 8 Con carento portland, a 28 d!as, mfnirro, p=>rcentaje del oontrol
75
Con cal, a 7 d1as ~ , KPa (psi) Requisites de agua. nWdno. porcentaje del oontrol Sanidad: C Expansi6n 0 contraccioo en autoclave,
5500 (800l
115
nWd.no, %
75 5500 (800l 105
75 5500 (800) 105
85 5500 (800) 105
0.8
0.8
0.8
0.8
Gravedad especHica. variaci6n m3xima del praredio, ,
5
5
5
5
Porcentaje retenioo en la malla No. 325 (45 \JlTI ). variaci6n nWc.i.na, P1oll\tos FOr centuales de 1 pronedio. -
5
5
5
5
Requisites de unifonnidad: La gravedad especffica y finura de las ITI.Jestras iOOividuales 00 deten variar del praredio establecido por los diez ensayes precedentes. 0 PJr todas las pruebas pre~tes si su n(mere es Ire oor de diez, en rr&; de: -
A
gebe evitarse 1a retenci6n de grumos de material extremadamente fino.
8
Ni el !ndice de actividad puzol~nica con el cemento portland ni el fndice de activi dad puzol~nica con la cal deber~n considerarse como una medida de 1a resistencia ala compresi6n del concreto que contiene el aditivo mineral. El Indice de actividad puzol~nica con el cemento portland se determina mediante un ens aye ace1erado y 1a intenci6n de evaluar la contribuci6n que se espera del aditivo mineral para un mayor desarrollo de la resistencia del concreto. El peso del aditivo mineral especificado en la prueba para la determinaci6n del !ndice de actividad puzo1~nica con el cemento portland no se considera que sea 1a proporci6n recomendada para el concreto por usar en la obra. La cantidad 6ptima del aditivo mineral para cualquier proyecto espec!fi co se determina en base a las propiedades requeridas para el concreto y otros componentes del concreto y debe estab1ecerse por ensayes. El fndice de actividad puzola nica con el cementa portland es una medida de la reactividad can un cementa dado ypuede variar tanto con la fuente de la ceniza fina como del cemento.
C
Si el aditivo mineral constituye m~s del 20% del material cementante en el diseno de la mezcla de proyecto, los espec!menes de ens aye para expansi6n en autoclave con ten dr&n ese porcentaje anticipado. La expansi6n excesiva en autoclave es altamente sIS nificativa cuando la relaci6n agua-aditivo mineral y cemento es baja, par ejemplo en mezclas para bloques 0 concreto lanzado.
I 7
TABLA 1.10a Neta.Fuente:
Requisitos ftsicos suplementarios epcionales
Estes requisites opcionales se aplicar~n 5610 cuando sea espec!ficamente requerido ASTM C 618-80 Clase de aditivo mineral N
F
c
s
0.03
0.03
20
20
0.020
0.020
=
Factor mUltiple, calculado el producto de la ~rdida p:>r ignici6n y finura, cantidad rete nida por lavad:> en la malla No. 325 (45 llI1\) , m1xirto, %A
255
Increrrenta de contracci.6n ~p:>r secaQ:> de barras de norte:ro a 2B d1as, m1x:iIto, %8
0.03
0.03
Pequisi tos &! uni fonnidad: Adiciona1nente, Olanoo se especifica concreto con aire 1ncluioo, la cantidad del agente in clusor de aire ~rido para producir un cO!! tenich de aire del lB.O% en voluren del norte :ro no deber~ var1ar del prorredio establecidop:>r las diez pruebas precedentes 0 p:>r el t£ tal de pIUebas precedentes 51 son rrenores de 10, p:lr rMs de, %
20
20
Reao:i6n CDn los Alcalis del oerrento: c Reduo:i6n de la expansi6n del nortero a los 14 dtas, m!n1rro, %
75
E>qJansi6n del rrortero a los 14 d1as, mbirro, %
0.020
0.020
p~rd1
A
Ap11cable solamente para el aditivo mineral clase F, ya que las limitaciones de la da por ignici6n predeminan para la clase C.
8
La determinaci6n del cumplirniento 0 no de los requisites relativo~ al aurnento de contrac ci6n por secado ser~n aplicables solamente per solicitud del comprador.
c
Los ensayes indicados para la reacci6n con los ~lcalis del cemento son opcionales y pu~ den aplicarse requisites alternativos solamente a petici6n del cernprador. No necesitan requerirse a menos que la ceniza fina 0 1a puzolana vayan a usarse con un agregado que se considere como delet~re~mente reactive can los ~lca11s del cemente. El ensaye para reducci6n de la expansi6n del mortero puede ser heche usando un cemento alto en ~lcalis de acuerdo can el metoda C311, Secci6n 35.1 s1 el cemento portland a usar en 1a obra no es canoeido a no esta dispon1ble al momenta de ensayar el adit1vo mineral. Se pref1ere el ensaye para expansi6n del mortero sobre el ensaye para reducci6n de la expansi6n del mortero s1 el cemento portland a usar en la obra es conocido y est~ diponible. El ensa ye para expansi6n del mortero debera ejecutarse en cada uno de los cementos que se utilizar~n en la obra.
18
TABLA 1.11
Requisitos
qranulom~tricos
del agregado fino
Fuente: ASTM C 33-81 MalIa
% que pasa. en peso
pulg
rnm
9.50
3/8
4.75
No. 4
95-100
2.36
8
80-100
100
1.16
16
0.60
30
25-60
.0.30
50
10-30
.
50-85
0.15
100
2-10
0.07
200
0-5
TABLA 1.12
L!mites para substancias delet~reas en los agregados finos para concreto
Fuente: ASTM C 33-81 Porcentaje en peso del total de la muestra concepto Terrones de arcilla y part!culas menuzables Material
m~s
max de~
3.0
fino que la malla No. 200
(75)Jll\ ):
Concreto sujete a abrasi6n Los
dem~s
concretes
Carb6n y lignito: Donde la apariencla superficial del concreto es importante Los A
dem~s
0.5 1.0
concretes
En el caso de arena procesada. s1 el material m§s fino que la malia No. 200 (75 \.lIn) consiste de polvo del fracturamiento. esencialmente libre de arcilla 0 pizarra, estos l!mites pueden incrementarse a 5.0 y 7.01 respectivamente.
19
TABLA 1.13 _
~':II~:_I~!..c:.;.2~~!_,C--')2)c:-,8"1
NO. ,Ie Ilr4,JUll ciOn ~.
I.:untidddcs m~s Cln.1S que
'r,'mlliio numinal (m.lllas con abp.rtllraa cuadradael
100
(3 1;:/ " 1: tl2 pulgl 6) 1I JILl nm (:l l/2 a 1 1/2 pulg) 50 a 4.75 mn
,,,
""'" {3
pulql
100
Ul.O.,J
'0
'0 • 100
J5 " 70
)00
95. 100
,
para agregados gruesos
en e 1 l.luor.llor10 (alJcrtur.,s
ti) ImI ~u r:r.I 3B.l r:rn (2 1/2 p..119l~1 II 1/2 ?=Ilq)
25,
'0 , 100
granu1om~tricos
m.lll as
===='-' cuadraU.lfO) 'J.lurccl!...~_o)j~1l pcr.o 100 ImI '0 "'" (4 p.1lq) () 1/2 p.11gJ
!JOa3A.IJ1ln
357
Requisitos
25.0 nm (l pu1ql
1'1.0 mn
U.~
(](~
()/2 puIg)
o 0)
15
o•
o•
15
o•
urn
'.5 mm
pia
pulgl
10 • )0
J5.1 70
4.75
lmI
(No. 41
2.)(; 1m
1.1~
nlll
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467 N
57
o
30.1 (1
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il
4.75 Illn
25~~ ;(~. ~~l~ a p~LlrJ
l5 • 70
95. 100
100 No\ 4)
100
12.50) 4.75
". 100
100
",n
9.5 a 2.)6 Hm (J(8 I-'Illg a No. a) 50 a 25.0 nm
I;
100 100
90
1 pulg)
38.1 a 19.0 /!ll\ (1 1/2 a 3/4 p..Ilg)
,I,
10
O.
5\
o•
10
O.
<0. 70
o•
15
o•
20
".
100
(1/2 pul.q a No.4)
a
5
a No. 41
19.0 " 4. 75 m~ (3(4 [111'] d No. 41
(2
o• o•
10 a JO
25. 60
OS. 100
leo
a 100
35 '" 70 90 a 100
a .1 20
85
il.
100
o•
15
a 55
100
~
o il
15
o•
5
10 a 30
O. 10
o• ,
Si el aqreqado, qrueso 0 fino, no satisface los requerimientos de la norma C 33-S1, pero su uso, en determinada reqi6n, ha resultado satisfactorio en cuanto a calidad y durabilidad del concreto, queda a criterio del dueno la aceptaci6n del uso de dicho(s) agregado(s). Ceme"~o
1.2.5
£1 cemento para la fabricaci6n del concreto cemento portland puzol~nico. 1.2.5.1
podr~
ser de dos clases: cemento portland y
Cemento portland
£1 cemento portland es el producto ohtenido de la pulverizaci6n del clinker y consta princi palmente de silicatos hidraulicos de calcio. Debe satisfacer los requerimientos de la norma ASTM C 150-81 (Standard Specifications for Portland Cement) "Especificaciones Est~ndar para Cementos Portland", que cubre las caracter!sticas de ocho tipos de cemento, de los cuales cuatro de elIas se fabrican camunmente en M~xico, a saber: propied~
Tipo I.
Para usarse en condiciones normales, es decir, cuando no se requieren las des especiales que se especifican para los otros tipos de cemento.
TipO II.
Para usa ge~eral, y en especial cuando se requiera una resistencia moderada a los sulfatos 0 un calor de hidrataci6n moderado.
Tipo III. Tipo V.
Para cuando se requiera alta resistencia inicial. Cuando se requiere alta resistencia a los sulfatos.
En las tablas 1.14 y 1.15 se resumen las caracter!sticas qu!micas y f!sicas que deben satis facer estos cementos. 1.2.5.2
Cemento portland
puzol~nico
El cemento portland puzolanico es un cementa hidr~ulico constituido por una mezcla de cemen to portland y puzolana. Estos cementos se pueden usar cuando no es posible obtener cementa portland con resistencia a1 ataque de los sulfatos (Tipo II 0 V). Los cementos portland puzol~nicos se presentan en cuatro tipos, de los cua1es solo el tipo IP para uso general se fabrica en M~xico. Estos cementos deben satisfacer los requerimientos f!sicos y qu!micos establecidos en la norma ASTM C 595-S1 (Standard Specifications for Blended Hydraulic Cements) "Especificacio nes Est~ndar para Cementos Hidr~ulicos Mezclados". En las tablas 1.16, 1.17 Y 1.lS se presentan los requisitos de composici6n y f!sicos que debe cumplir el cementa puzol~nica tipo IP y las puzolanas en general.
1.2.6
Conc~e~o
El concreto es un material campuesto, formado esencialmente par un medio cementante en el cual est~n embebidas part!culas 0 fragmentas de agregados. En concretos de cemento hidr~uli co, el cementante 10 forma una mezcla (pasta) de cemento y agua. Los agregados pueden estar constituidos por una combinaci6n de agregado fino (arena) y agregado gruesa (grava), en una proporci6n tal que satisfaga los requerimientos de la norma ASTM C 33-81. Ademas del cemento, agua y aqregados, est~ presente, cuando las condiciones clim~ticas 0 de colocaci6n as! 10 exigen, un cuarta constituyente que es el aditivo, el cual puede ser qu!mi co 0 mineral, Ifquido 0 en polvo, y que se incorpora a la mezcla par medio del aqua (cuandoes l!quido) de la arena a del cemento cuando polvo.
0
:5
El proporcianamiento de los constituyentes de la mezcla debe efectuarse de acuerdo a la norma ACI 211.1-77 (Recommended Practice for Selecting Proportions for Normal and Heavyweight Concrete) "Pr~ctica Recomendada para el Proporcionamiento del Concreto Normal y Pesado", en el entendimiento de que se est~n usando materiales que satisfacen los requisitos de calidad exigidos en las normas respectivas. La fabricaci6n del concreto debe cumplir con la norma ACI 304-73 (Recommended Practice for Measuring, Mixing,Transporting and Placing Concrete) "Pr~ctica Recomendada para Medir, Me! clar, Transportar y Colocar el Concreto". De acuerdo a1 tamano de la obra, el concreto podr~ ser fabricado en obra 0 premezclado en una p1anta y transportado a1 sitio mediante camiones mezcladores y/o agitadores. En este ultimo caso deber~ satisfacer los requerimientos de las normas NOM C 155-1976 Y ASTM C 94-81, en 10 referente a1 pesado, mezc1ado y trans porte del 2
J
TABLA 1.14
Requisitos qu!micos
est~ndar
IIy IIA
III Y III A
IV
v
6.0
6.5 6.0
6.0
Fuente: ASTM C 150-81
I Y I A
Tipo de c:arento Oi6xido de S!lire (Si02)' m!n, %
21.0
0Xi00 de Alurninio (AltJ2) , Iffix, %
6.0 6.0 6.0
OXido de Fierro (Fe203), Iffix, %
Oxido de Magnesio (MgJ), m1x, %
Tri6xido de Azufre
(S03) ~
nas,
%
Cuando (C3A) B es 8% 0 rrenos
Cuanoo (Ci')" es m§s de B% ~rdida
6.0
por ignici6n, nW<, %
Residua insollble, mb., %
3.0 3.5
3.0
3.5 4.5
2.3 c
2.3
c
3.0 0.75
3.0 0.75
3.0 0.75
2.5 0.75
3.0 0.75
Silicato '""tridUcim (C)S)~ rMx, %
c
35.0 40.0
Silicato dicl.lcico (C2S) ~ min, % Aluminato tricllcico (Ci'.) ~ nWt, %
B
15
7
5
Ferroalumi.nato tetracl.lcim rMs el doble reI aluminato tr1clilcico B {C 4AF + 2 (Ci'» , 0 soluci6n s6lida (C4AF + C2F), 10 que sea aplicable, Iffix, %
A
Hay casas don de el 503 6ptimo para un cemento en particular excede el limite en esta especificaci6n. Cuando se demuestre mediante el m~todo C563 que d! cha condici6n existe, es aceptable una cant~dad adic~onal de 503' en nin96n caso mayor de 0.5% en peso del cemento, siempre que, cuando el cemento con el sulfato de calcio adicional, se pruebe con el m~todo C265, el sulfato de calcio en el mortero hidratado a 24+ 1/4 hora expresado como 503, no exceda 0.50 9/1itro. Cuando el fabricante-suministra el cementa bajo esta previsi6n, el deber!, al requer!rsele. suministrar datos de apoyo al comprador.
B
La presentaci6n expresa de las limitaciones qu!micas mediante compuestos calcu lados supuestos, no significa necesariamente que los 6xiaos est~n real 0 ente ramente presentes como tales compuestos. Al expresar compuestos C=CaO, 5=5102, A=A120), F=Fe203. Par ejemplo, C3A=3CaO.A1203. Cuando la relaci6n de porcentajes del 6xido de alumin10 al 6xido de fierro es rle 0.64 0 ~ayor, los porcentajes del silicato tric~lcico, silicato dic~lcico, aluminato tricalcico, y ferroaluminato tetracalcico deben calcularse del an~li sis qu1mico como sigue: Silicato tricalcico = (4.071 x %CaO) - (7.600 x %Si02) - (6.718 x %A1203) - (1.430 x %Fe203) - (2.B52 x %503) 5ilicato dic&lcico = (2.B67 x %5i02) - (0.7544 x %C35) Aluminato tricalcico = (2.650 x %AI203) - (1.692 x %Fe203) Ferroaluminato tetrac~lcico = 3.043 x %Fe203 Cuando la relaci6n alUmina-6xido de fierro es menor de 0.64 se forma una solu ci6n salida de ferroaluminato de calcic (expresada como ss (C4AF + C2F»). Los contenidos de esta soluci6n s61ida y del silicato tricalcico deben calcularse mediante las f6rmulas siguientes: ss(C4AF + C2F) = (2.100 x %AL203) + (1.702 x %Fe203)i Silicato tricalc1co = (4.071 x %CaD) - (7.600 x %Si02) (4.479 X %A1203) - (2.B59 x %Fe203) - (2.B52 x %5°3)' No habra aluminato tricalcico presente en cementos de esta composici6n. El si licato dicalcico debera calcularse como se mostr6 anter1ormente. En el c~lculo de C3A. deben usarse los valores del A1203 y Fe203 determinados al 0.01% de precisi6n. En el calculo de otros compuestos, los 6xidos deben usarse al 0.1% de precision. Todos los valores calculados descritos en esta no ta deben reportarse al 1% de precisi6n.
C
No aplicable
o
No se aplica cuando se especifica el l!mite de expansi6n"por sulfato, de la ta bla LISa.
22
concreto (Specifications for Ready Mixed Concrete) "Especificaciones para Concreto Premezcla do". Para el control de calidad del concreto mediante el muestreo y ensaye de espec!menes cil!ndri cos est~ndar de 6" y 12", salvo que se especifique otro tamano, se deber~n satisfacer las s~guientes normas: ASTM C 14 3-78 NOM C 156-1974,
Slump Test of Portland Cement Concrete Determinaci6n del Revenimiento del Concreto Fresco
ASTM C 138-77 NOM C 162-1976,
Unit Weight, Yield and Air Content of Concrete Determinaci6n del Contenido de Aire, Peso Volum~trico y Rendimiento del Concreto
ASTM C 172-71 NOM C 161-1974,
Sampling Fresh Concrete Muestreo de Concreto Fresco
ASTM C NOM C
Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens Determinaci6n de la Resistencia a la Compresi6n de Cilindros de Concreto
39-80 83-1977 ,
ASTM C 617-76 NOM C 109-1977,
Capping Cylindrical Concrete Specimens Caoeceo de Espec!menes CilIndricos de Concreto
ASTM C 31-69 NOM C 160-1976,
Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field Elaboraci6n y Curado en Obra de Espec1menes de Concreto
Para la evaluaci6n de los resultados del control de calidad, se seguir~n los requerimientos de la Norma ACI 214-77 (Recommended Practice for Evaluation of Compression Test Results of Field Concrete) "Pr~ctica Recomendada para la Evaluaci6n de Resultados de Ensayes de Compre 5i6n del Concreto en el Campo". En las tablas 1.19 y 1.20 se presentan los requisitos que en cuanto a uniformidad y re5iste~ cia debe satisfacer el concreto.
TABLA 1.14a Nota.-
Requisitos qu!micos opcionales
Estos requisitos opcionales solo se aplican cuando son espec!ficamente requeridos
Fuente: ASTM C 150-81 Tipo de cemento
I Y I A
II Y II A
III Y III A
IV
V
Comentarios
Aluminate tr.lcllcico (CJAl~ Il'ol.x, %
8
Para resistencia rroderada a sulfatos
AllEinato tricl..1cico (C:r\l ~ Il'ol.x, %
5
Para alta resistencia a fates
Suna de silicate tricalcioo y alt.1l'n:!. nato tric.Ucico,A mfuc., %
Alcalis (Na20 = 0.658 K20l, Il'ol.x, % A 19ua1 a la nota
58 B 0.60 c
sll!
Para calor de hidrataci6n rroderado
0.60 c
0.60 c
0.60 c
0.60 c
Cerento bajo en ,Uca1is
de la tabla 1.14.
8
Este lImite se aplica cuando se requiere moderado calor per hidrataci6n y no se requieren pruebas de calor par hidrataci6n.
c
Este l!mite puede especificarse cuando el cemento es para ser usado en concretos con gados que pueden reaccionar de1et€reamente.
Buscar en 1a especificacion ASTM C 33 e1 criterio adecuado de reaccion de1eterea.
23
a9r~
Requisitos f!sicos
TABLA 1.15
est~ndar
Fuente: ASTM C 150-81 Tipo de cementa
I
IA
II
IIA
III
IIIA
IV
v
12
22 16
12
12 16
12
22 16
12
12
160
160
160
160
160
160
Contenioo de aire del IlOrtero,A % en volunen:
nID< min
Finura,B superficie espec1fica, (retoOOs alternatives):
m2/kg
Prueba del turbid1JTetro. min Prueba de pezrreabilidad al aire, min
280
280
280
280
Expansi6n en autoclave, mb:, %
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
280
280
0.80
0.80
Resisteneia, no nEnor que los valores nostrados para la~ edades que se indican ~s .aba jo:C
Resistencia a la c:onpresi6n MPa (psi)
1 d1a 12.4 (1800)
3 d1as
10.0 (1450)
10.3 (1500) 6.9 E (lOOO)E
19.3 (2800)
7 d1as
15.5 (2250)
8.3 (1200)
12.4 (1800) 24.1 (3500)
10.0 (l~SO)
8.3 (1200)
19.3 (2800)
5.5 E
(800)E
17.2
13.8
(2500) 11.7 (1700)
(2000) 9.3
6.9 (1000)
15.2 (2200)
(1350)
17.2 (2500)
28 d1as
20.7 (3000)
Tienpo de fraguacb (retod:>s alternati~s) :0
Prueba Gilrrore: Fraguado inicial, minutes, 00 rrenos de:
60
60
60
60
60
60
60
60
de:
10
10
10
10
10
10
10
10
Fraguado inieial, minutos, no rrenos de: Fraguado final, horas, no rras de:
45
45
45
45
45
45
45
45
8
8
8
8
8
8
8
8
~c;ua.do
final, horas,
00
res
Prueba de Vicat:
A
EI cumplir con los requisitos de esta especificaci6n no asegura necesariamente que se alean zara el contenido de aire deseado para el concreto.
B
Cualquiera de los dos metodos alternativos pa~a finura pueden ser usados segun la opei6n del laboratorio de ensayes. Sin embargo euando la muestra no cumple eon los requisitos de la prueba de permeabilidad al aire, debe usarse la prueba del turbidfmetro gobernando as! los requisitos de esta tabla para el metodo del turbid!metro.
C
La resistencia a una determinada edad especificada no debe ser menor que la obtenida en eua! quier grupo de ensayes especificado previamente.
D
El comprador debe espeeificar el tipo de ensaye para tiempo de fraguado. ca, gobernara solamente la prueba de Vicat.
E
Cuando se espeeifica el calor opeional de hidrataci6n a el limite qu1mico sobre la suma del silicato tricalcico y el aluminato triealeico.
24
Si no 10 especif!
TABLA 1.15a Nota.-
Requisitos f!sicos opcionales
E3toS requisitos opcionales se aplicar~n salamente cuando sean espec!ficamente requ~ ridos
Fuente: ASTM C 150-81 Tipe de concreto
I
IA
II
IIA
III
IlIA
Fraguaoo en falso, penetracirn final, min, %
50
50
50
50
50
50
IV 50
V
50
calor de hidrataci6n: 7 d1as, 28 d1as,
.ax, .ax,
70(290)"
cal/g (k.::/kgJ
70(290)"-
60 (250) 70 (290)
cal/g (kJ/kg)
Resistencia, no rrenor valores nostrados:
~
los
Resistencia a la a:mpresi6n MPa (psi) a 28 d1as
27.6 (4000)
22.1 (3200)
27.6 (4000)
22.1 (3200)
22.1 A
17.7 A
(3200J"
(2560) "
Expansi6n par sulfate,S 14 d1as, rrax, %
0.045
"
Cuando se especifican los requisitos de calor par hidrataci6n, la suma del silicate tric~l cieo y el aluminate tric~lcico no deben especificarse. Estos requisitos de resisteneia de ben aplicarse cuando se especifican les requisites de caler por hidrataci6n e bien la suma del silicate tric~lcico y el aluminate tric~lcico.
B
Cuando se especifica expansi6n par sulfate, debe hacerse en lugar de los l!mites de C3A y C4AF + 2 C3A que se enlistan en 1a tabla 1.14
TABLA 1.16
Requisites de cemposici6n
Fuente: ASTM C 595-81
I P
Tipo de cementa Ingredientes mezclades, % l!mites m~x,
Oxide de Magnesio (MgO),
%
Tri6xida de azufre (S03), m§x, % Azufre en sulfates
(S),
Residuos inso1ubles, P~rdida
por ignici6n,
m~x,
m~x, m~x,
15 a 40 5.0
4.0
%
% %
Alcalis salubles en agua, m~x, %
5.0
TABLA 1.17
Requisitos f!sicos
Fuente: ASTM C 595-81 Tipo de cemento
I P
contracci6n en autoclave, ~x, \8
0.50
Finura: Expansi6n
0
Tiempo de fraguado, prueba de Fraguado
i~icial,
Vicat~
minutos, no menos de
Fraguado final, horas, no
m~s
•
de
7
Contenido de aire en el mortero (m~todo C 185)% en volumen Resistencia a la compresiOn MPa
45 12 m.!ix
(ps1)~
Resistencia, no menor que los valores mostrados para las edades que se indican m~s abajo: 3 d1as
12.4 (1800)
7 d!as
19.3 (2800)
28 d1as
24.1 (3500)
Calor por hidrataci6n: C 7 d!as, mo'ix, ca1/g (kJ/kg)
70
(293) 28 d!as, mo'ix, ca1/g (kJ/kg)
80 (335)
•
Tanto el retenido por via h6meda sobre la malla No. 325 (45~m) como la superficie espec1fica mediante el aparato para permeabilidad al ai re, cm 2 /g, deben reportarse en todos los registrosde molido que se re quieran.
B
Los espectmenes deben permanecer firmes y duros sin mostrar si9nos de distorsi6n, fracturamiento, ablandamiento 0 desintegraci6n, cuando se sujetan a pruebas de expansi6n en autoclave.
C
Solamente aplicable cuando se especifica calor de hidratac16n modera do (C M) 0 Lajo (C B), en cuyo caso los requisites de resistencia de ber&n ser del 80t de los valores que se muestran en la tabla.
26
TABLA 1.18
Fuente:
Requisitos ftsicos para puzolana
ASTM C 595-81
F1nura: Retenido por via humeda sobre 1a malla No.
A
325 (45lJlll). mho %
20.0
Indice de actividad puzol&nica (l!mites alternativos) :A Con cemento portland, a 28 d!as, m!nimo, % del control Con cal, a 7 d!as, m!nimo, ~Wa (psi)
5.5
75 (800)
Una puzolana tiene actividad puzol&nica aceptable, si cumple cualquiera de ~s dos l!mites alternativos, de esta especifica ci6n. -
TABLA 1.19
Requisitos para uniformidad del concreto
Fuente: ASTM C 94-81 Requisites, expresados COttO la dife rencia rrWci.rna petr.'lisible en resulta dos de ensayes sobre nuestras tooa=das en dos s1 tias de la bachada de concrew
Prueba
Pesa par metro cUbi", Ipie cUbi",) calculado sabre la base de libre de aire. kgjm3 Ilb/pie3) ConteniCb de aire, % en veluren de concreto
16(1.0) 1.0
Revenimi.ento:
5i e1 revenimi.ento praredi.o es de 102 nm (4 pulg) o rrerx>s, nm (pulg) 51 el revenimiento prorredio es de 102 a 152 rrm (4 a 6 pulg). mm (pu1g) Contenido de agregado grueso, porci6n en peso de cada ItUeStra retenida en 1a rcalla No. 4 (4.75nm), % Peso unitario de rrortero lihre de aireAbasado en el praredio de todas las muestras cx:nparativas ensaya ~,% -
25(1.0) 38(1.5) 6.0
1.6
Fesistencia a la ccnpresi6n praredi.o a 7 d!as para cada muestra,B basada en el prared.io de resistencia Ge to
"Pruebas para la variabilidad de los constituyentes del concreto", Designaci6n 26, Manual del Concreto del Bureau of Reclamation, 7 a . Edici6n. Disponible por medio del 5uperintendente de Documentos, U. 5. Government Printing Office, Washington, D. C. 20402.
B
Deben moldearse y probarse no menos de 3 ci!indros de cada muestra.
C
Puede concederse la aprobaci6n tentativa de la mezcla dependiendo de los resul tados de las pruebas de resistencia a la compresi6n a 7 dras.
27
TABLA 1.20
Fuente:
Requisitos de resistencia
ASTM C 94-81
Requisites de resistencia promedie para la probabilidad limite de pruebas que caen per abajo de la resistencia especificada, f'c' de una que no cumple per cada diez ensayes Coeficiente de variaci6n
5
10
15
20
25
Factor de sobredisene ride
1. 07
1.15
1. 24
1. 34
1. 4 7
requ~
Resistencia prornedio requerida A
Resistencia de diseno
2000psi (140kll/cm 2 ) 2500psi (175kg/cm 2 ) 3000psi (210kg/cm 2 ) 3500psi (245kg/cm 2 )
2140
2300
2480
2680
2940
2675
2875
3100
3350
3675
3210
3450
3720
4030
4420
3745
4025
4340
4690
5145
(280kg/cm 2 ) 4 SOOpsi ( 315kg/cm 2 )
4270
4590
4960
5380
5890
4815
5175
5580
6030
6615
( 350kg/cm 2 )
5340
5740
6200
6720
7360
4000psi
SOOOpsi
Requisites de resistencia promedio para la probabilidad lfmite de pruebas que caen per abajo de la resistencia especificada, f'c' de una ~uc no cum91e por cada cirJco er;,sayes. 'Coeficiente de variaci6n Factor de sobrediseno requeride
5
10
15
20
25
1. 04
1. 09
1.14
1. 20
1.27
Resistencia promedio requerida A
Resistencia de diseno 2000psi 2S00psi
(140kg/cm 2 ) (175kg/cm 2 )
(210kg/cm 2 ) 3S00psi (24 5kg/cm 2 ) 4000psi (280kg/cm 2 ) 3000psi
(315kg/cm<) SOOOpsi ()50kg/cm 2 ) 4500psi
A
2080
2180
2600
2725
2850
3000
3180
3120
3270
3420
3600
3810
2280
2400
2450
3640
3820
3990
4200
4450
4160
4360
4560
4800
461:W
4910 5450
,130
541,)0
5080 :;720
5700
6000
6350
5200
Calculada de I . Ecuaci6n 7 y con valores de "ttl nara ~~s cte 30 !"'I'clo:!strac; de 1. tahla 4 (AeI 214-65) . En la ausencia de experiencia e;tad1stica debe considerarse un coe ficiente de variaci6n de 20%.
,., ~
28
';7
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA Chellis, R. E.,
Pi-i.e.
FO!.LHda..t.iOH~,
l1cGraw -
Tomlinson, M.J., Foutlda:t.<.oll Oc.-6.ign and London,
Hill Book Co.,
COI1-6-tltUC.t.iOIl,
Inc., New York, 19C4
Sir Isaac Pitman
&
Sons Ltd.. ,
1963
Whitaker, T., The De6igtt oJ Piied Founda..t.ioH6, Pergamon Press Ltd .• 1970 Grand, B.A., Type6 06 P.ile,~: Record No. 333, 1970
The-i.Jt Cltaltacte.Jt.i.6.ti.c6 (Hid Ge.ne.Jtai U-ie. Highway Research
Simons, N.E. Y Henzies, B.K., A S(IC.'f...(
COUJt6£
ill Founda.t<.on ElIg.ineeJt.i119, Newnes-ButteE.
worths, 1977 Vesic, A.5., 0"-6-'9)'1 aS Pile. Foundat.i.oH6, Synthesis of Highway Practice No. 42, Trans portation Research Board, 1977
Bell. F.G. 1978
(editor), Foundati.on Enginee1ti.ng .in V.i56i.cult
G~ound,
Newnes-Butterworths,
Annual Sook 06 ASTM S~and~~d~. Part 4: Structural steel: Concrete: Plate and Forgings; Steel Rails; Wheels and Tires; Fasteners. Part 13: Cement; Lime; Gypsum. Part 14: Concrete and Mineral Aggregates. U.S.A. 1981 ACI Manual. 06 Conc.Jlete PlLac.tic.e, Part 1: Materials and General Properties of Concrete, U.S.A.,1981
OilLec.c..i.6n GeueJlal. de NOlLmaJ, Secretarfa de Patrimonio y Fomento Industrial. Hexico
29
•
Capitulo 2
2 (sludios geolecnicos 2.1
2.1.1
EXPLORACION DEL SUBSUELO Objezivo~
El programa de exploracI6n geot~cnica deber& proporcionar informaci6n sabre las condiciones estratigr~ficas del sitio en estudio, las condiciones de presi6n del aqua del subsuelo y las propiedades mec~nicas de los sue los (resistencia, compresibilidad y permeabilidad), a fin de facilitar el disefio racional de la cimentaci6n de estructuras y 1a selecci6n del m~todo cons
tructivo adecuado para su ejecllci6n (fig 2.1).
. C~:(.;'&."Cr r la estratigrafla del sitio OBJETIVOS DEL PROGRAMA DE EXPLORACION GEOTECNICA
Fig 2.1
'/ ~
Conocer las condiciones de presi6n del aqua del
subsuelo
Determinar las propieda des mec~nicas de los sue los
Objetivos de 1a exploraci6n
Para asegurar que se alcanzar~n los objetivos de la exploraci6n geot~cnica, los trabajos de campo los supervisar~ un ingeniero especialista en sue los y su realizaci6n estar~ a cargo de una br1gada de trabajadores entrenados en los trabajos de perforaci6n, muestreo y ejecuci6n de pruebas de campo.
2.1.2
Etapa4 de ta
expto~aci6n
geot€cnica
El programa de exploraci6n geot~cnica del sitio donde se construir~ una estructura dos etapas: la primera, de investigaci6n preliminar, deber~ perrnitir la definici6n de los problemas geot€cnicos del sitio, 10 que servir~ para fundamentar la segunda investigaci6n de detalle, que incluye la realizaci6n de sondeos y pruebas de campo ratorio. En la fig 2.2 se muestra esquem~ticamente el programa de exploraci6n.
consta de tentativa etapa, de y de lab~
El objetivo de esta etapa de la exploraci6n es el de recopilar la informaci6n geot€cnica que exista de un sitio, para realizar una interpretaci6n preliminar de los problemas que podr§n presentar~aen la cimentaci6n de una estructura de caracter!sticas y requerimier.tos conocidos.
31
1-
1/
INVESTIGACION PRELIMINAR
~
Recopilaci6n de 1_ informaci6n disponible del sitio Interpretaci6n de fotograf!as
a~reas
de 1_ zona
Recorrido de campo Interpretaci6n geol6gica del sitio Levantamiento geo16gico
Reconocirniento de discontinui dades Identificaci6n de fen6menos geodin~micos
. 2.
INVESTIGACION DE DETALLE
V ~
~
Exploraci6n geof!sica
I~
M~todo
geos!smico de refracci6n
M~todo
de resistividad
el~ctrica
Pruebas de penetraci6n Muestreo de sue10s y rocas
Exploraci6n, muestreo y pruebas de campo
Pruebas de resistencia y deforrna bilid_d Pruebas de perrneabi1idad
Pruebas de 1aboratorio
I~
Propiedades !ndice
N
Propiedades
mec~nicas
Indicadores del nivel Instrumenta ci6n de campo
I fre~tico
Piez6metros Bancos de nivel Puntos
Fig 2.2 2.1.3.1
Etapas de 1a exploraci6n
de referencia superficiales
geot~cnica
Recopilaci6n de 1a informaci6n disponible
Las instituciones mexicanas que publican y distribuyen informaci6n geot~cnica se enumeran a continuaci6n. En sus reuniones t~cnicas que se real! zan cada dos anos ha publicado recopilaciones de las caracter!sticas del subsuelo de 59 ciudades del pats; en la tabla 2.1 se enumeran las ciudades, la referencia y los auto res de cada recopilaci6n.
a)
Soc.ie.dad Me.x.icat1a de Me.c.at1.ic.a de. SlLe.f.O.6 (SMMS).
b)
Vi~ec.c..i6~ Gene~af. de Geog~a61a det Te~~ito~.io Nac.io~at (S.P.P. I. Las cartas geo16gicas, topogr&fica, de uso del suelo y edafo16gica, escala 1:50,000, as! como las fotograf!as a€reas blanco y negro y de color en escala 1:25,000 son de mucha utilidad.
32
TABLA 2.1
CIUDAD 1.
Acapulco
Cat~logo
REUNION NACIONAL SMMS
de ciudades estudiadas
AUTOR(ES)
ARO
VI
72
C.L. Flamand, L. Ayestar&n, G. Mar!n, M. Palacios y J. J. Schmitter
VIII
76
J.L. Le6n
2.
Aguascalientes
VIII
76
J.M. Orozco, R. Garc!a Fons, A. Garc!a y L. Triay
3.
Campeche
VI
72
G. Springall y L. Espinosa
4.
Candin
VI
72
G. Springall y L. Espinosa
VIII
76
G. Botas y G. Ortega
5.
Celaya
IX
78
J.L. TerAn, O. Mondrag6n y M. Aguilar
6.
Cd. Ju§rez
VIII
76
J.L. TerAn, M.F. Sald!var, F. Uranga y R.C. Avitia
7.
Cd. Obreg6n
VII
74
J.M. Rodr!guez
8.
Cd. Victoria
VIII
76
J.M. Orozco, A.C. Galindo, E. Olivarez y A. Pazo
9.
Coatzacoalcos-Mina
VIII
76
L. Montanez
VIII
76
J.M. Orozco, C. FernAndez y P. Preciado
VIII
76
C. Silva y R. Esquivel
VIII
76
R.
titan
10. 11.
12. 13. 14.
Colima C6rdoba
Esquivel
Cozume1
VI
72
G. Springall y L. Espinosa
CUE:rnavaca
IX
78
G. Garc!a A. y V.M. Bello
VII
74
B. Simpser
Culiac§n Chetumal
VI
72
G. Springall y L. Espinosa
Chihuahua
IX
78
C.
17.
Chi1pancingo
VIII
76
J.L.
18.
Durango
VIII
76
J.M. Orozco, T. Hern~ndez, E. Ram!rez y R. Garc!a
19.
Ensenada
VII
74
J.A. Mendoza
V
70
J.
15. 16.
20.
Guadalajara
Fern~ndez,
R. Garc!a y J. Torres
Le6n
Sabor!o, R. G6mez, J. Huro y P. Girault
VIII
76
R. Esquivel
76
F.
74
Depto. de Ingenier!a Experimental, PEMEX
21.
Guanajuato
VIII
22.
Guaymas
VII
N~der,
L. Montanez y E.
Hermosillo
VII
74
J. Springall
24.
Irapuato
VIII
76
F. NAder y L. Montanez
25.
Jalapa
VIII
76
R. Esquivel C. FernAndez
23.
V~zquez
26.
La Paz
VII
74
27.
L§zaro C~rdenas (Las Truchas)
VIII
76
E. Santoyo, L. Montanez y F. Montemayor
VIII
76
S. Covarrubias, G. Gay, A. Morales, L. Pereda y A.E. Zeevaert
28.
Le6n
VIII
76
J.M. Rodr!guez, R. L6pez y G. Ferrer
29.
Los Mochis
VII
74
Manzanil10
VIII
76
J.E. Castilla L. Montanez, R. Esquivel y C. Silva
31.
Matamoros
VIII
76
J.A. Mart!nez
32.
Mazatl~n
VIII
76
A. Ellstein
30.
33
TABLA 2.1
Cat~logo de ciudades estudiadas
REUNION NACIONAL SMMS
CIUDAD
G. Springall y L. Espinosa
VII
74
J.M. Campos
VIII
76
E. Santoyo y L. Montanez
V
70
D. Res€ndiz, G. Springall, J.M. y R. Esquivel
M~rida
VI
34.
Mexicali
36.
M~x1co,
D. F.
AUTOR(ES)
AIlO 72
33.
35.
(continuaci6n)
(1)
R.J. Marsal y M. Mazar!
(2)
Varios
(3)
Varios
(4)
D.D.F.
Rodriguez
L. Vieitez, E. So to y A. Mosqueda
V
70
Monterrey
V
70
H.M. Villanueva y P. Ballesteros
Morelia
VI
72
J.A. Mier, J. Mejia, A. Nunez y W. niagua
VIII
76
R. Esquivel
VII
74
O.L.
76
G. Rocha
76
J.L. LeOn
Minatitl~n-Coatza
coalcos-Pajaritos
37. 38.
39.
Navojoa
p!
Z~rate
40.
Nuevo Laredo
41.
Oaxaca
VIII VIII
42.
Orizaba
VIII
76
R. Esquivel G. Auvinet S.D. Sada y E.
43.
Puebla
VIII
76
44.
Puerto Vallarta
IX
78
45.
Quer€taro
VIII
76
J.A. Ponce J.L. Ter~n, M.F. Saldivar, O.·Mondrag6n y M. Ru!z
Zaragoza
46.
Reynosa
VIII
76
47.
Rio Bravo
VIII
76
J.L. Ter~n, M.F. Saldivar y M. ~ufz
48.
Salamanca
VIII
76
J. Vargas y R. Anzaldua
49.
San Luis Potosi
VIII
76
J.M.
E.R. Benavides, F.J. Hern~ndez, E. Moreno y O. Vilalta
Rodriguez y J.M. Aranda
50.
Tampico
VI
72
51.
Tapachula
IX
78
R.B. Reyes y A. Sotelo
VIII
76
J.L.
G. Rocha
52.
Tepic
53.
Tijuana
Ter~n,
I.J. Garc!a y R.A. Orozco
VII
74
VIII
76
E. Santoyo y L. Montanez F.J. Ruz E. Martinez P.
54.
T!axcala
IX
78
55.
Toluca
VIII
76
56.
Torre6n-G6mez Palacio
VIII
76
E. Soto y J.L. Lara
L. Espinosa
~
J.J. Schmitter y J. Uppot
57.
Tu1a
IX
78
58.
Tuxtla Guti~rrez
VIII
76
59.
Veracruz
VIII
76
R. Esquivel
60.
Villahermosa
VIII
76
L. Espinosa
61.
Zacatecas
VIII
76
J.M. Orozco, S.D. Sada, A. Montero y J.C. Querol
34
(1)
E1 Subsue10 de la Ciudad de
M~xico,
1959, Marsal, R.J. y Mazari, M. M~xico,
(2)
Cimentaciones en Zonas Minadas de 1a Ciudad de
(3)
EI Subsuelo y 1a Ingenier1a de Cimentaciones en el Area Urbana del Valle de SMMS, varios autores.
(4)
Concentraci6n de Datos B~sicos de los Estudios de Mec~nica de Sue10s en el Distrito Fede ral realizados para Dependencias del D. D. F., Direcci6n General de Ohras Hidr~ulicas. Departamento del Distrito Federal, M~xico, 1976.
c)
SMMS, 1976, varios autores. M~xico,
1978,
In.6t-i.t.uto de. Inge.n-i.e.Jt..ia., UNAM.
Ha publicado el estudio del subsuelo de la ciudad de incluido en 1a tabla 2.1, as! como una colecci6n de art!culos sobre la regiona lizaci6n sismica del pars y de varios Estados en deta11ei en 1a tabla 2.2 se mencionan las publicaciones sobre sismicidad.
M~xico,
TABLA 2.2
Informaci6n s!smica disponible (Instituto de Ingenier!a, UNAM)
.
Publicaci6n
No.
AUTOR
246
Esteva, L.
70
Cat~logo
de sismos ocurridos en la Republica Mexicana
272
Figueroa, J.
70
La sismicidad en el estado de Veracruz. El macrosismo del 11 de marzo de 1967
167
Figueroa, J.
68
Sismicidad en Chiapas
316
Figueroa, J.
73
Sismicidad en Baja California
321
Figueroa, J.
73
TITULO
Regionalizaci6n sismica de para fines de ingenier!a
M~xico
Al'lO
Sismicidad en Colima. 30 de enero de 1973
Macrosismo del
332
F.igueroa, J.
74
Sismicidad en Puebla. 28 de agosto de 1973
Macrosismo del
343
Figueroa, J.
74
Sismicidad en Oaxaca
360
Figueroa, J.
75
Sismicidad en la cuenca del Valle de M~xico
289
Figueroa, J.
71
d)
II1.6t-i.t.uto de Ge.olog1a., UNAM. Se pueden encontrar cartas geo16gicas de detalle de nas zonas de la RepGblica Mexicana.
e)
111.6t-i.tuto de. Ge.oglla.6£a., UNAM.
2.1.3.2
a1g~
Carta de climas.
Interpretaci6n de fotograf!as
a~reas
La interpretaci6n geol6gica de las fetografias a~reas de un sitio, realizada per un ingenie ro ge61ogo entrenado para ello, permite identificar de manera preliminar las caracteristicas geo16gicas del sitio, tales como fallas y fracturas y los fen6menos geodin~micos relacionados con zonas de taludes inestables y zonas erosionables. -Con respecto a los suelos, se pueden identificar las caracter1sticas probables de los sue10s superficiales e inferir las del sub suelo (ref 2.1), as! como definir posibles bancos de pr~starno. 2.1.3.3
Recorrido de campo
El recorrido de campo 10 debe realizar un ingeniero especialista en geotecnia, acompafiado de un ingeniero ge6logo; los objetivos ser~n: Comprobar 1a interpretaci6n fotogeo16gica antes descrita, 35
adem~s
de identificar y clasi
ficar los sue los superficiales Visitar las estructuras construidas en la zona e indagar sobre su comportamiento Obtener informaci6n adicional que permita programar la investigaci6n de detalle.
2.1.4
Inve~tigaci6n geot~cnica de
detaiie
El ingeniero especialista en geotecnia deber~ formular el programa de la investigaci6n de de talle, para 10 cual deber~ considerar la aplicaci6n de las t~cnicas que se mencionan m~s ade lante y fundamentar su propuesta en la informaci6n de la investigaci6n preliminar. Debe ade m~s tomar muy en cuenta que trat~ndose de cimentaciones con pilas a pilotes, las propiedades de los suelos se modifican en la vecindad del pilote, aunque se trate de un procedimiento constructivo de no desplazamiento, como el de colado en el lugar, y que en el caso de pilotes que desplazan el volumen de suelo que ocupan, se induce mayor alteraci6n y cambios estructura les al suelo vecino aun a varios di~metros de distancia. Por 10 anterior, cuando se tiene la certeza de que la cimentaci6n de la estructura se resolver~ con pilas 0 pilotes, algunos auto res proponen que en la exploraci6n geot~cnica de detalle se ponga ~nfasis en las pruebas de campo como son, las de penetraci6n est~tica con cono tipo el~ctrico, de penetraci6n est~ndar, de veleta y de presi6metro (ref 2.4). Este enfoque se ha seguido para disenar cimentaciones piloteadas de estructuras marinas, ante la enorme dificultad de obtener muestras de buena calidad (refs 2.2 y 2.3) .
•
En 10 que sigue se describir~n con mayor detalle las pruebas de campo, apoy~ndose en los co mentarios anteriores y tomando en cuenta que ya se dispone de manuales sobre las t~cnicas convencionales de muestreo (refs 2.5 y 2.11). 2.1.4.1
Levantamiento geo16gico
Excepcionalmente se realiza este tipo de levantamiento, ya que usualmente la geologfa de la regi6n donde se construir~ la estructura ha sido estudiada anteriormente 0 se considera que el recorrido de campo de la investigaci6n preliminar proporciona la informaci6n geo16gica necesaria y suficiente para el diseno de la cimentaci6n (profunda) de una estructura. En caso de que se trate de la cimentaci6n de estructuras muy importantes 0 de desarrollos in dustriales localizados en ~reas poco estudiadas, se justifica realizar el levantamiento geo 16gico de la zona, cuyos objetivos se senalan en la fig 2.3. En Ia ref 2.4 se describe con detalle la realizaci6n de un levantamiento geo16gico.
Litologfa
I 1.
Estratigraffa
Identificaci6n de
Estructuras Fallas
2.
Fracturas y juntas
Reconocimiento de discontinuidades
Estratificaci6n Cavernas 0 cavidades de disoluci6n
. 3.
Identificaci6n de fen6menos geodin~ micos
Fig 2.3
~ ~
Externos
Internos
~ ~ ~
Taludes inestables Zonas de alteraci6n Zonas de erosi6n Fallas activas Vulcanismo y sismicidad Tect6nica
Objetivos del levantamiento geo16gico 36
2.1.4.2
Exploraci6n geof1sica
Los ~todos de exploraci6n geof!sica aplicables en geotecnia se basan en la medici6n de la variaci6n de la velocidad de propagaci6n de ondas s!smicas 0 de la resistividad el~ctrica de los suelos, y mediante su interpretaci6n y correlaciones se deducen las caracter1sticas estra tigr!ficas, posici6n del nivel fre!tico y posibles tipos y propiedades de suelos y rocas. Estos m~todos se utili zan para obtener informaci6n preliminar del subsuelo, para complementar la informaci6n geol6gica y para reducir el numero de sondeos. a)
~l~todo geo~~~m~co
de ~e6~acc~6n total. Consiste en determinar el tiempo de arriba de las andas longitudinales s1smicas, generadas por una pequena explosi6n 0 impacto, a ge6fonos captadores que env!an su senal a un sism6grafo receptor; con esta informaci6n se calcula la velocidad de propagaci6n de las oodas (ref 2.5). El equipo consta de: Un dispositivQ generador de la onda que puede ser un explosor a un marro instrumentado con un sensor del impacto El conjunto de geofonos electromagn~ticos que a1 vibrar con el suelo emiten una senal e1~ctrica
~
E1 sism6grafo receptor que recibe la senal de los ge6fonos en galvan6metros de espejo y que la reqistra en papel fotosensible (fig 2.4).
Sismogrofo o
0 0
l.~s:e:no:,~----r===~~~~~~~~~~JTT~Ge6fOnO \
io '
,:
'ri , I ,
, I
I
I
I
,/
/
/
/
I
I
(
/
I
/ I
I
/
V' Veloc ldcd de propogoc1on de los ondos
0)
Prop.Jgocion
de los ondos slsmicos
explosion
Trozo de referencia
l r
Senol del
geofono
i
Tiempo I ms
bl Registro
Fig 2.4
tlpico
Operaci6n del
o
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
de un oscilografo
m~todo
37
de refracci6n
Los resultados que se obtienen del
m~todo
sismico permiten:
Interpretar la estratigraf!a del sitio Predecir la clasificaci6n de los sue10s y rocas Deducir e1 m6dulo el~stico din~mico del medio. La e6t~at~g~a61a se determina con desarrol1os basados en la ley de refracci6n de las ondas en medios el~sticos; para ella se han formulado soluciones para los casas que usualmente se presentan en la pr~etiea (refs 2.6 a 2.8). En la fig 2.5 se muestra 1a soluei6n para el easo de una eondiei6n estratigr~fica de dos capas paralelas.
Tiempo, en ms
'~" "
"
~...1.---'-_.l.-
-+-
t----,--- do ---.-j
d,~
d,
_
__
Distonclo ,en m
I
----1
Geofono
-r-, , Punto de tiro
Medio 1
h
v,
f------------------'---
Vz > V,
v,
Medio 2
V: Velocidad de propagacion de las andos h=
~jVI-Vl 2
V1+V 1
dande do es 10 distancio crltico del punta de genera cion de la on do 01 cambia de pendiente de 10 grOfico
Fig 2.5
Interpretaci6n de una prueba
La predicci6n de 1a cta~~6~cac~6n de los sue los y rocas se haee eomparando las veloe! de propagaci6n de oodas longitudina1es con las correspondientes a casas conoci dos. En la tabla 2.3 se muestra una recopi1aci6n de valores (ref 2.5). d~ce~
El ,~6dufo elaJt~co din~mico del medio se estirna considerando un valor probable de la relaci6n de Poisson para aplicar 1a ec 2.1. En e1 caso de que adem~s se rea!icen deter minaciones de la velocidad de propagaci6n de las ondas transversa1es 0 de corte, con las ecs 2.1 y 2.2 se puede deducir el m6dulo el~stico y la re1aci6n de Poisson corre~ pondiente.
38
VL JE din P
VT
=r ~in
1 (1+")
"(1-2")
(2.1 )
1
(2.2)
2 (1+")
dande: velocidad de las ondas longitudinales, en mls
ve!ocidad de las ondas transversales. en m/s relac16n de Poisson m6dulo de elasticidad din~mico del media, en ton/ro 2 p
densidad del material, en ton.s2/m~
La principal aplicaci6n de este m~todo puede ser la de deterrninar la profundidad de la roc a bajo un dep6sito aluvial de dificil exploraci6n directa.
La interpretaciOn de esta prueba siempre debe correlacionarse con la informaciOn de son
deos convencionales con extracci6n de muestras, porque tiene la li~itaci6n b!sica de no detectar la presencia de estratos blandos que subyacen a otros duras, debido a las con diciones de refracci6n que se desarrollan. Es necesario tambi~n efectuar para cada ·II nea de registro dos pruebas, una con un impulso en un extremo de la l!nea y la otra con un impulso en el otro extremo. b)
M€todo de 4e6i6tividad ei€cz4ica. Consiste en determinar la variaci6n can la profundi dad de las resistividades aparentes de un medio en que se ha inducido un campo el~ctrI co; el equipo consiste en una fuente de poder, volt1metro, amper!metro y cuatro electro dos. Se han desarrollado varias t~cnicas de operaci6n; dentro de elIas, la m~s utilizada de bido a su sencillez es el denominado m~todo de \'lenner, en el cual se usa un arreglo como el de la fig 2.6, a trav~s de l!neas de observaci6n sabre el terreno en estudio. Los resultados que se obtienen con este
m~todo
permiten:
Definir la estratigraf1a Por correlaci6n,clasificar los suelos y rocas del sitio Definir la posici6n del nivel fre~tico 2nh
V
(2.3)
I
donde:
Pa
resistividad aparente a la profundidad h
h
distancia entre electrodos (m)
I
intensidad de la carriente (amp)
V
diferencia de potencial (volt)
(ohm-m)
La e6t4a~ig4a6~a se define de la observaci6n del diagrama de isorresistividades (fig 2.7) que-se obt1enen de cad a secci6n de observaci6n can la ec 2.3; en las refs 2.6 a 2.10 se describen las t~cnicas de interpretaci6n. La cia6i6icaci6n tentativa de los materiales se hace por comparaci6n de la resistividad con valores tlpicos como los presentados en la tabla 2.4.
el~ctrica
La posici6n del nivei 64eazico se detecta des.
39
f~cilmente
en la secci6n de
isorresistivid~
La precisi6n de este m~todo para predec1r la estratigraf!a de un sitio es generalmente menor que la de refracci6n s!smica y por ello se uti1iza menos; sin embargo, es m~s confiable para determinar 1a posici6n .del oivel freAt1co. TABLA 2.3
Intervalo aproximado de 1a veloc1dad de onda longitudinal para diversos materiales representativos
Velocidad, en
Material
170-500 1000-2800
Suelo Arcilla
975-1100
Arcilla arenosa
1160-1280
Arcilla arenosa cementada Limo
760
•
300
Arena seca
610-1830
Arena htJ.meda Aluvi6n
550-1000
Aluvi6n (terciario)
800-1500
Aluv16n profundo
1000-2360
Dep6sito glaciar
490-1700
Dunas
500
Loess
375-400
Lut1ta
1800-3800
Arenisca
2400-4000
Marga
3000-4700
Creta
1830-3970
Caliza
3000-5700
Dolom1a
5000-6200
Evaporita
3500-5500
Granito
4000-5600
Gneis Esquisto
2.1.4.3
mi.
5100-7500
° pizarra
2290-4700
Roca 19nea del basamento
5500-6600
Aqua (dependiendo de la temperatura y contenido de sales)
1430-1680
Pruebas de penetraci6n
Los penetr6metros son conos 0 tubos de acero que se hincan a presi6n (est~ticos) 0 con el impacto de una masa (din~micos); permiten definir indirectarnente la estratigrafla del sitio y la variaci6n con la profundidad de_la compacidad relativa y la resistencia a1 corte (drenada) de las arenas, as! como la resistencia al corte no drenada de las arcillas. Con el penetr6 metro est~ndar se recuperan ademSs muestras alteradas que perroiten definir confiablemente la estratig~afla. En la exploraci6n de un sitio, los penetr6metros se emplean de acuerdo a tres criterios de aplicaci6n: Como instrumento de exploraci6n. para definir la estratigraf!a y facilitar can ello la selecci6n de los muestreadores de suelo que deber&n ernplearse Para disminuir el costo de rea1izaci6n de sondeos complementarios para cubrir un &rea 40
qrande
Como t~cn1ca dn1ca de explorac16n, en proyectos de bajo costo que no puedan juat1f1car 8ondeos de muestree 0 en CASOS en que 1a informaciOn obten1da sea insufic1ente.
Amperimetro
Fuente de poder
Voltimetro
.~
Electrodo de
Electrodo de potencial
corriente
h
h
Fig 2.6
. v
h
Equipo de resistividades (arreglo Wenner)
DiSfoncio entre electrodos, m
Fig 2.7
Secci6n de isorresistividades (en ohm-m)
En 1a tabla 2.5 se presenta una recopilaci6n sabre ~os penetr6metros de usa m~s difundido. A continuaci6n se entra en detalle sabre el cono holand~s tipo el~ctrico y el penetr6metro estandar de tubo partido porque son los de mayor utilidad en raz6n de las correlaciones que pueden establecerse con las propiedades de los suelos. a)
Pe.ne..t1L6me.tJto e.6ttf.t".ic.o tipo ellc.tJt.ic.o (c.ono hola.ndl.6 J I CPT). El penetr6metro de cono ti po el~ctrico para hincarse a presi6n (est~tico) (refs 2.13, 2.16 Y 2.17) tiene incorpo radas celdas instrumentadas con deformfmetros el~ctricos que permiten la medici6n simul t~nea de las fuerzas necesarias para el hincado de la punta c6niea de 60 0 de ~ngulo de ataque y 3.6 em de di&metro (10cm 2 de Area) y de la funda cil!ndriea de frieei6n (ref 2.14), tambi~n de 3.6 em de di~metro y 13.25 em de longitud (150 cm 2 de Area lateral).
41
TABLA 2.4
Resistividad el~ctr1ca de distintos tipos de roca y sue los
Resistividad, en ohm-m
Material,
1 x 10'
Granito
1 x 10'
Diorita 1 x 10
Gabro Gneis
2 x 10'
Pizarra
6.4x10'
Conglomerado
2 x 10'
Arenisca
7 x 10'
x 10' x 10'
1.3 x 10' 7
X
10'
7 x 10'
" Arena
4
Suelo
10
TABLA 2.5
Cono hol,ndh IIledflico de 3.6 011 de dU~tro '1 60· de ,1n910110 de ilUque
-
x 10'
1.8 x 10
Caliza Marga
'[N(TROt'£TRO
- 1.4 - 6 - 6.5
2.2 x 10'
-
1 x 10'
Penetr6metros para la exploraci6n de suelos
APLrcACIOH [N Sill In Aceptlbl. Inlcepubh Arc! 11. Gr.v,
RKc:.endlblt Aren, '1
11",
-
l'l
S[ OaTl[N[ La varhcl6n de I.. ruisten,; .. de punta (qc' y de frlcd6n (f') que se generan dur..n!e su hfne.do en tramos de 20 on
OP[RAC 10H Se hinc" a presi6n
con veloddad de 1.2 1II/III;n (2 OII/") cO' 1a ayudJ de un slstem.1 de C
co
~
~
c~
::: Cono hol"ndes ellictrleo de ).6 em de d UIIletro y 60-de ,Inglol10 de .tlque (CPT)
Areni 1
Arcllh
Penetrlnetro est,lnd.r 5.1 Ol' de dUlllttro extel' lor 1 3.6 CllI de dU.-etro interior (SPT)
Arena '1 ucill. dura
Arenl .. lWdii
Cono simple hlneado a pereusi6n, dl! 5.1 em de dUlI\I!tro y ~O·de ,1ngulo de .Uque
~;"ava
Penelr6ll'letro Ser'llles de 1.0 ca ae d1bnetro y 90· de .lrtgulo de .ta.que
Aren. eon poe. gr....
Grav.
Lli variaei6n continua de 101 ruistenci. de punt i (Q ) y de fricc16n (f ) con /Rhor precfsl6n que s el cone lIIec,lnico
I1mo
Are11 1.. bland.
Muestras .lteradllS de eu.lquier profundid.d '1 e1 nUmero de go1pn nKeSlIrlo par. hlncarlo
Are111a
L. vadae16n con 1a profund1dad del n(',nero de golpes necuario para hincarl0
';rci1h bland.
E1 niinero oe golpes neees.,.10 par. hlncarlo 10 em
~
0
~
Q
1
arena
Are1111. dura
Igual que e1 anterior.
CO'...[HTA.IlIOS [s una prUl"ba pr! cha prro >J'!be corre 1ac io:\ars~ con prloleb. ~ de hboratorlo. En ireillas el)nviene. corre lac lonJrl, con pruebli de vele~a (refs 2.12
,"
Igua 1 que l!1 anterior (refs 2.12 y norma tentativa Dar. su operaci6n (ref 2.1.5) 2.16) [5 Ill&$ eflciente que e1 co'~o llIec&nico Se hinea a pereusi6n [s una pru!:l. con el illloacto de un. de poca ~~cisI6n. masa de 64 kg dejada pero es pr,Jtlable-caer de 75 011 de .ltura Il'lI!nte h lfIh utiSe euenta e 1 nu.nero de Ii uda poro,lue se golpu par. hine.do tienen nUl'fl-!ros.s 30 elll despuh de h.ber correlaelo·le'ii penelrado 15 CJIII con las Dn~ied.· des y computaIIliento de los suelos (refs 2.11 y 2.17) Semejante a1 penetroEs un. pru~ba burmetro esUnd,r, '1 en d~. rel'O es 14 oeasiones eon Nrtl1los unlea que hast. de lZ8 kg ahora puede prororciotl<'lr infol"lll" ci6n f'n Sl-plns con alto e'lntenido de gra"lIs.,·~f 2.11 Sc hinca a percusl6n Es un sistelJ ;".;Jy cen un.:! I;\,)S, de 30. eficiente. pero 60 0 90 k9 cue l.t lette uso roeo e)ten vanta autordtfcalllente dido y per elloun eil indro neuldtieo no se ha aeu:;:ul.y la deja eur de 40 do uperienci. CIIl de .ltur. Se Ila e1aborado una
(;e:uZ~f1~o
42
En la fig 2.8 se muestran esquem&t1camente las caracter!sticas de este penetr6metro (refs 2.11 y 2.18)
1 cono 7
(~0 36mm,10.18cm Z)
2
tunda de triccion (0 36mm,147.02cm2 )
3
elementa sensible (bronce SAE-64)
4
pieza de empuje
5
perno de sujecion (3 ~ 120 0
6
caple canectar a kl tuberla Ew
7
cable conductor blindodo de 8 hi los
8
sello de silicon blondo
9
(oldona de bronce
)
10 celdo de friccion 12
11
celda de punta
12 deform; metros ele'ctricos 13 oro-sella
Cortes AA Y BB
A
A
-L o
oj
983
130
Dimensiones,en mm
25.44J
b) Elemento sensible
Fig 2.8
Corte transversal del penetr6metro
el~ctrico
La capacidad de las celdas debe elegirse de acuerdo con la resistencia del suelo en que la informaci6n de la tabla 2.6 puede guiar esta selecci6n.
penetrar~;
Este penetr6metro se hinca en el suelo con ayuda de un mecanismo hidr~ulico capaz de aplicar 2.5, 10 0 20 ton de fuerza axial. Con una perforadora usual en geotecnia, se 43
puede hincar el cono como se muestra en la fig 2.9; como estas m1quinas tienen una capa cidad media de 3 ton, el cono se puede hi ncar sOlo unos 7 m, despu~s se extrae y se rima la perforac10n can broca tric6nica, se introduce el cono hasta alcanzar nuevamentela capacidad del sistema h1dr~ulico y as! se continaa. TABLA 2.6
Capac1dad necesaria de las celdas del penetr6metro
Punta (Oe) Arenas sueltas a me dias, turbas y arcI lIas blandas Arenas densas ar cillas duras ~
Esfuerzo, kg/em 2
Fuerza, kg
Suelo
Friccion {Fsl
Punta (Oe)
Fricci6n (F s )
500
300
50
2
3000
900
300
6
La velocidad usual de hincado es de 2 em/s (1.2 m/min) (refs 2.12 y 2.15). La resisten cia de punta y la de fricci6n se grafican con un registrador potenciom~trico de dos canales y veloeidad mfnima de avance del papel de 1.2 em/min 0 se reg~stran manualmente can ayuda de un equipo digital. En 1a fig 2.10 se muestra un sondeo t!pico realizado can este instrumento y en la fig 2.11, se compara la resistencia de punta con el namero de golpes de 1a prueba de penetraci6n est~ndar en una arcilla muy blanda. Al interpretar la informaci6n obtenida can este penetr6metro se puede deterrninar: La clasificaci6n de los sue los por correlaciOn emp1rica Los par~metros de resistencia al corte en base a conceptos te6ricos (refs 2.19 a 2.26). En el cap1tulo 3 de este manual, se discute la aplicaci6n de esta prueba al diseno de pilotes. La cla4~6~caci6n de los sue los se hace con ayuda de las figs 2.12 y 2.13.
gr~ficas
de correlaci6n de las
Los pa~dme~~oh de ~ehi4~encia at co~~e de los sue los se pueden abtener indirectarnente de las pruebas de penetraci6n con cono con la informaci6n b~sica contenida en la fig 2.14. Las pruebas de penetraci6n est~tiea (CPT) se pueden correlacionar can las pruebas de penetraci6n est&ndar (SPT) mediante los valores de la tabla 2.7, propuestos por Schmertmann (ref 2.27). b)
Ptne~~6mtt~o e~~dnda4 (SPT}. El penetr6metro est~ndar es un tubo de dimensiones norma lizadas que se hinca a percusi6n (fig 2.15). Consiste en un tubo de pared gruesa pa~ tido longitudinalmente, con una zapata de acero endurecido y una cabeza que 10 une al extremo inferior de la columna de barras de perforaci6n con que se hinca; la cabeza tie ne un conducto para 1a salida de azolves a trav~s de una v~lvula esf~rica 0 una v~lvula de varilla. Opcionalmente se utiliza una trampa de paso para retener las muestras (refs 2.11 y 2.28).
E1 equipo auxiliar para el hincado es una masa golpeadora de acero de 64 kg con gu!a de ca1da libre de 75 em y barras de perforaci6n AN 0 BW (4.44 Y 5.40 cm de diAmetro y 6.53 Y 6.23 kg/m de peso, respectivamente) con un yunque de golpeo incorporado a la columna de barras. La masa golpeadora se levanta con un malacate de fricci6n (cabeza de gato). El penetrOmetro est&ndar se hinca 45 cm en el fondo de una perforaci6n de 7.Scm de di& metro minima can los impactos de la masa de 64 kg y ca1da libre de 75 + 1 em (fig 2.16). Se cuenta el nUmero de golpes para hincar cada tramo de 15 em. Se defIne como resisten cia a la penetraci6n est~ndar, a1 nUmero N de gol~es necesarias para hincar e1 penetr6metro los dos ultimos tramos de 15 em. Cuando debido a la dureza del suelo no se pueae penetrar los 45 cm, se define N por extrapolaci6n (ref 2.11).
44
•
Gatos hidraulicos
Registrodor d e dos canales
Fig 2.9
Operac1-6 n del cono
45
. . . . -
Atsistencia de punta qe ,en kOA::mI
•• ---
••
lO
.../ ---~-I
E C G
.., .., D
'0
"
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./1
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c
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Fig 2.10
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J-.11
I
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N= nJmero de qolpes en pruebo
r,
Velocldod de hincodo-O.5 em/s
0.1
0.4
I 0.6
0..
Resistencio de friccion
,
,
1.0
12
f.s ,en
de penelrocio'n ulandor
-
,
'"
I
I
~-e---r--I----I--' I
!.V.,oc','o' '~ h1nco~o.o,s :m/' i
1.04
kQ/cm2
Gr~fica de penetraci6n est~tica
..............- L _
L_......l_......l_-J-J_l..-_.L--..L---I
Fig 2.11
Comparaci6n con la penetraci6n est~ndar
F '00
-- 60%
ArcillO
Fig 2.12
I'
----1·'1 ----j----
..
I
I
~_
,
_"
1----- ..-
Clasificaci6n de suelos con penetr6metro est~tico (Sanglerat, ref 2.12)
46
.
.00 (Denso 0 cementoda)
E
~ 100
.'"
~
C
U
C"
Arcillos inorgcnicos
v
no sensitivos
0
0
u
.,"
.
C-
o
0
u
"C
_ .....Muy duras
0
0
0
uc
e
.. -;;;
.
Arena
0
~
2C
-;;;
Arcillos orenosas y limosos
•
.0
MezclCls limo·oreno, arenos orcillosos y limos
..... _-->/
(Suelta)
..... 10
a:
----.. / Duros
Medias ___
• Blondos
-7
I
./'
/ Arcillos organicos y mezclos
de sue los
Muy blondos
zL-_ _L.-_---.J_ _---:_ _-----'-_ _--:-_ _-:-_ _--:--_ _:-_----:
o
4 5 6 7 8 9
Relacion de friccion, 1s /qc
Fig 2.13
I
Clasificaci6n de suelos con penetr6metro (Schmertmann, ref 2.12)
en porcentaje
est~tico
Despu~s de hincado se saca el penetr6metro a la 5uperficie para recuperar la muestra alterada, que se caloca en un frasco herm~tico, y se registra la informaci6n del hinea do y clasificaci6n del suelo.
Al interpretar los resultados obtenidos con este penetr6metro se puede lograr: Definir la estratigraf!a del sitio Determinar por correlaci6n la compacidad relativa de sue los granulares y la consisten cia de sue los cohesivos. La e~t~ati9~a6~a del sitio se define a partir del nUmero de golpes N necesario para hin car el penetr6metro los 30 em, 0 e1 ohtenido por extrapolaei6n en los easos en que no penetre los 45 em especificados, y de 1a elasifieaei6n de campo de sue los de ~cuerdo a1 Sistema Unificado de Clasificaei6n de Sue10s (SUCS), como se muestra en la fig 2.17. La eorrelaci6n emp1rica entre el nUmero de golpes N y la compd~ddd presentada en 1a tabla 2.8, estableeida por Terzaghi y Peck (ref 2.29), es v~lida para arenas 10caliz~ das arriba del nivel fre!tico. Para tomar en euenta la profundidad a la que se realiza 1a prueba y la posiei6n del ni vel freatico se debe utilizar la correlaci6n~de 1a fig 2.18. La resistencia a la penetraci6n est~ndar se puede correlacionar con el ci6n interna mediante la gr~fica emp!rica de la fig 2.19 (ref 2.29).
~ngu10
de fric
Terzaghi y Peck (ref 2.29) tambi~n establecieron 1a correlac16n ernp1rica entre la resis tencia a 1a penetraci6n est!ndar, la con~i~tenc~a de sue los cohesivos y la resistencia a la cempresi6n sin confinar, qu, rnostrada en la tabla 2.9, pero su empleo es menes confiable que la correlaci6n con la cornpacidad relativa.
47
II ~.lll c~.i"",,
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Compo~;1od
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para ollll"Pf
,I 1 Ii •• "",sa,io $I n,I., a cOI,,,rOI (r,h,2.18,2.12/2.221
Fig 2.14 TABLA 2.7
Par~metros
Correlaci6n entre los resultados de pruebas CPT ( qc I Y 8FT (N)
8 u e 1
-
de resistencia al corte
qo/N
0
Limos, limos arenoSOs, mezclas limos y arenas, ligeramente cohesivos
2
Arenas limpias finas a medias y arenas " ligeramente limosas
3.5
Arenas gruesas y arenas con algo de grava
5
--
-
8
Gravas arenosas y gravas
48
Cuerdc BW
.L
Valvula esferico
100"
T
-
.-
20.00
7 1.12
~
Valvulo de vorilla
Acotociones en em 5.08 I~
A
5.08
15 1··
O 13.49~1
Fig 2.15
~
Hl~ 81., Penetr6metro
·49
e9t~ndar
Q
Tmmpo
de paso ( eonoslillo)
L
Aristos lioeromente redondeodos
iOl--Poleo 10(.'."(,0[$u .. O...."
"
"
•• 1'-
"
~t~
Moso 00lpeodoro de oeero
"
CL
,-
1----80rra Quia Malacaf. de friccidn
Yunque de OOlpeo
" I -n-'-12f::~"~,il· ..ii.~ ..,. ...........
"
Fig 2.16
Fig 2.17
Prueba de penetraci6n est~ndar
TABLA 2.8
I'·I,·'-M
Perfil
-
"
~
estratigr~fico
Correlaci6n ndmero de.golpes-compac1dad relativa
Comoacidad relativa
N1imero de ooloes 0-4
Muy suelta
4-10
suelta
10-30
Media
30-50
Densa
>
Muy densa
50
50
de un sitio
60
100
Muy densa
------
-
N
--~----
N
'0
w 0 0
40
-------
---
-·-Oenso--
60
~
0 '0 00 ·0
~.-
o~ o~
uE
40
-_._--
20
~o 00
~o
Sue/lo
20
«;;::
Muy 5ue/lo
,
0 0
4 -
/
O-zo' ton m
0
2
numero de golpes en 10 pruebo de penelrocion estandar (SPT)
N
(Tzo esfuerzo vertical efectivo 1 ton 1m 2
profundidad del nivel freatico, m profundidad de 10 pruebo. m Y h
peso volumetrico del suelo humedo
y'
peso volumetrico del suelo sumergido, ton/m'
I
ton/m'
a zo :: >'h h+ y' (z-h)
a Za
:: 1.8h +0.9 (z-h) (valor oproximodo)
Correlac16n ndmero de golpes vs compac1dad relativa
Fig 2.18
Muy sue Ita -
j5uelfa
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Media
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Compacidod relativo
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\
0
.0
-
"
~ L
~ 80
\
Z
28"
'6°
40°
44°
Angulo de friccion interno.
ep
Relacion para arenas medianas a gruesas de grana anguloso a redondeado 2
Fig 2.19
Relocion para arenas finas y para arenas limosas
Correlaci6n nUmero de golpes vs Angulo $ 51
TABLA 2.9
Consistencia
Muy blanda
Correlaci6n entre N,qu y la consistencia
Blanda
~a
Dura
Muy dura
Durfsirna
N
2
2-4
4-8
8-15
15-30
30
qu
0.25
0.25-0.50
0.50-1.0
1.0-2.0
2.0-4.0
4.0
N
nOrnero de golpes en la prueba de penetraci6n estandar
gu
resistencia a la compresi6n sin confinar, kg/cm 2
La prueba de penetraci6n estandar debe realizarse cuidando que el muestreador tenga las dimensiones senaladas, el peso del martillo sea de 64 kg Y la cafda libre de 75.0 em. La perforaci6n dJbe mantenerse con un espesor maximo de azolves de 5 em y el agua 0 10 do empleados para la perforaci6n deben mantenerse a un nivel constante. Las barra5 pa ra el h1ncado deber~n ser AW 0 BW Y su movimiento, al meterlas 0 sacarlas del sondeo,deber~ ser lento para evitar que se genere succi6n y con ello se reduzca la compac1dad relativa de los sue los granulares. 2.1.4.4 a)
Proced1m1entos de muestreo
Mue4t~eo al~e~ado. Consiste en la recuperaci6n de muestras alteradas de suelo, que son aquellas en las que el acomodo estructural de sus partfculas se ha modificado en forma significativa debido al prcceso de muestreo. Estas muestras se utilizan en el labora torio para identificar los suelos, determ1nar algunas prop1edades indice, definir laestratigraf1a y preparar espec!menes compactados 0 reconstituidos.
Las muestras alteradas se obtienen como parte de un sondeo del que tambi~n se recuperan muestras inalteradas a de un sondeo alterado en el que 5610 se obtienen muestras de ese tipo. Las t~cnicas desarrolladas para este tipo de muestreo son: Manuales, excava.ndolas de pozos a cielo abierto, pozos someros, cortes y zanjas Con el penetr6metro est~ndar y equipo de perforaci6n, sobre todo cuando se requieren a mayor profundidad. El ml~odo manudl consiste en recuperar a mano muestras alteradas que se conservan en un recipiente herm~tico, que puede ser una bolsa de polietileno 0 un frasco herm~tico de vidrio convenientemente ident1fic~do. Las muestras pueden ser de 0.5 a 20 kg, depen diendo de si se emplear~n s6lo para identificaci6n y determinac16n de propiedades rnd1 ce, 0 51 se usar~n tambi~n para realizar pruebas de compactac16n. Las muestras se pala posteadora zanjas y cortes con esp~tulas y
obtienen realizando una perforaci6n con herramientas manuales como la y barrenas helicoidales de la fig 2.20, Y con pozos a cielo abierto, excavados con picos y palas 0 maquinaria de excavaci6n y muestreando cinceles.
Las muestras pueden ser, representativas de una sola ·profundidad 0 integrales, mezclan do las de todo el pozo. Cuando se toman muestras de excavaciones abiertas antes del muestreo debe eliminarse la costra de suelo alterado. Con el b)
pene~6me~o e4~~nda~,
se ha
descr~to
en el inciso 2.1.4.3 b.
Mue4~~eo inal~e~ado. Con el muestreo inalterado se obtienen muestras de auelo que co~ servan pr~cticamente inalterado el acomodo estructural de sus partrculas s61idas; sin embargo la relajaci6n de esfuerzos induce modificaciones de sus caracter!sticas y co~ portamiento mec!nico, que pueden ser ligeras 0 importantes dependiendo del cuidado y la t~cnica can que se obtenqan. Las muestras 1nalteradas se utilizan en el laboratorio para identificar los suelos y determinar sus propiedades 1ndicey mec~nicas. Las mue~ tras inalteradas se obtienen mediante t~cnicas manuales y con muestreadores adecuados sequn el tipo de suelo. Se describen aqu! los m~s usuales.
El ml~odo manual consiste en labrar in situ cubos de suelo de 20 a )0 em de lado que se protegen con manta de cielo impermeabilizada; se pueden obtener en suelos cohesivos y en materiales granulares con algo de finos que Ie den cierta·cohesi6n. 52
b) Barrena helicoidal
a) Palo pasfeadara Fig 2.20
Herramienta
man~al
de perforac16n
Las muestras ~ubicas se extraen de pozos a cielo abierto, zanjas y cortes. Para obtener. las se empieza par e11minar el suelo alterado y despu~s con esp~tula y cincel se labran las paredes, que se cubren con polietileno delgado conforme se termina cada una; una
vez terminados los lados se cubren con tela de manta de cielo que se irnpregna con una mezcla l!quida de parafina y brea; a continuaci6n se caloca la caja de protecc16n y se carta la base del cubo, que despu~s se cubre con manta (fig 2.21). una etiqueta colocada en la cara superior.
uvv ·. ·' .· .
.... ."
'.
a)
Se
1dentifi~an
con
:
b)
lIEI '·'":iJ
'"''''~~'''N''''" 0_ :. -".
:,:.-.;,-:.~
d)
Fig 2.21
Procedimiento de labrado de rnuestras cubicas
Con esta t~cnica se pueden obtener muestras de muy buena calidad, pero es un procedi miento lento, diffeil de realizar abajo del nivel fre~tico y limitado a profundidades no rnayores de 10 m. Los mueh~~eado~eh de pi~~6n constan de un tubo de pared delgada que se hinca a presi6n en el suelo con una cabeza que tiene un mecanismo de pist6n que puede ser fijo, retr~£
til 0 libre; existen numerosos modelos de ~ecanismos, entre ellos, el de pist6n esta cionario (ref. 2.30) y el tipo Osterberg (ref. 2.31) son posiblemente los ~s utiliza dos. Estos muestreadores se han desarrollado para el muestreo de suelos cohesivos muy blandos, pero con el ~uestreador de pist6n estacionar10 tambi~n se puede intentar el muestreo de arenas saturadas sueltas. El muestreador de pist6n estacionario consta de un tubo de pared delgada (fig 2.22) que se opera con dos tuber!as conc~ntr1cas: la exterior que empuja el tube muestreador y la interior que mantiene el pist6n en una posici6n fija. Del muestreader Osterberg hay dos versiones (refs 2.31 Y 2.32); la m~s reciente se presenta en la fig 2.23. Este roues treador es tambi~n de pist6n fijo y se opera con una sola tuber!a que conduce agua a presi6n para empujar el tubo muestreador.
1
cabeza
2
resorte
3
segura
4
perno fijador
5 6y7
tubo de oeero (pared delgodo) piston
8
tuba interior
9
cuerda del tuba exterior
Dimensiones usuales ,en mm Diametro exterior
De
76.2
127.0
Diametro interior
Dj
73.0
123.8
I~I
~ Fig 2.22
Muestreador de pist6n estacionario
EI muestreador se lleva al fondo de la perforaci6n can el pist6n obturando la entrada del tubo; en el de pist6n estacionario, se fija el tube central a un apoyo inm6vil y se empuja el tubo exterior para hi ncar el muestreador, que despu~s se saca cuidan do que no ocurra movimiento relativo entre ambos tubos. En el rnuestreador Osterberg, una vez ll~ vado a la posici6n de muestreo se impulsa el tubo muestreador inyeetando agua a presi6n. El vacio que se genera en ambos muestreadores se alivia en la superficie. Los muestreadores de pist6n crean un vac10 en la parte superior de 1a muestra que permi te extraer muestras de limos y arcillas muy blandas; se mide la longitud de rnuestra r~ cuperada. Su operaci6n es una maniobra delieada y lenta. El tuba de pared delgada, tuba Shelby, se utiliza para el muestreo inalterado de 5uelos blandos a semiduro~,loealizados arriba y abajo del nivel fre~tico; tiene de 7.5 a 10 em
de di!metroy se hinca a presi6n.
177
t#I
Agua a presion
!
Illf---tt-- Barras
de operocion
11\C"'1~~"":h2'H1--- Co bezo del mues treador
Cilindro de presion
-tlt--- Aguo
presion
0
Piston flotonte
o
-~
¥
,-.".
Conducto de desohogo del eire
2
Cubierta
Seccion A-A Aco!. en mm
Piston fijo :'~.:'~':':'\' ;'. '.;'
Fig 2.23
Muestra
Muestreador Osterberg
En la fig 2.24 se muestra este tubo de acero, con un extrema de ataque afilado. El tu bose une a la eabeza con tornillos Allen 0 mediante euerda repujada. La eabeza tiene cuatro drenes laterales para la salida del fluido de perforaei6n y de los azolves du rante el hincado. La v~lvula de bola impide que la muestra se yea sujeta a presiones hidrodin~micas durante la extraeei6n del muestreador. En la fig 2.25, se ha dibujado la eabeza muestreadora del tipo deslizante que logra un sello m~s confiable que la de v!lvula esf~rica. Las condiciones geom~tricas que debe satisfacer este muestreador para recuperar mues tras de buena calidad se definen con las relaciones de la fig 2.24 (ref 2.30). Estas relaciones conducen a las dimensiones de tubos muestreadores de la fig 2.24c, conside rando que los di~tros m~s usuales son de 7.5 y 10 cm y las longitudes de 75 y 90 cm, respectivamente. El muestreador se hinca can un 5610 movimiento una longitud igual a la del tubo menDs 15 em, para dejar espacio a los azolves; la velocidad de hincado debe ser entre 15 y 30 em/so Despu~s se deja en reposo 0.5 min, para permitir que la muestra se expanda y se adhiera al muestreador; a continuaci6n se gira para cortar la base y posteriorrne~ te se extrae a la superficie y se mide la longitud de muestra reeuperada.
55
2.404-
r1
Cabeta del mueSlreador
Reloeion de area
Estero mefQlieo
Oren
@
1200
De
Diametro ulenor
Di
Diamelro interior
Om Diamelro de mueslro
Aro sello de hule
3 !orni 110$
Allen
°tH::",======t
Cuerdo AW,BW,NW
Perno
b) Condiciones geometricas
Arc sello de hule
Cob'" Lo
Lm
I
{m~
19SLo-C'"''
p"''''''''O
repuJodo
H
_j!_ d
".-0 0.. ·.. Union con fomillos Allen
I
7S2
~ I
en em
..
d, en em
T.ll
1.11 1.11
0.20
1.21
9.16
'.'1.61 9.69
O.ZO
1.20
De, en em
0i , en em
1.!l
1.62
10.0
10.16
Om.
Union con cuerdo repujada De Oiamelro Uferior Oi Diamefro inferior Om Diomelro de 10 mueslro Espesor
0) Muestreodor de pored delgodo
l
Cuerdo
[~~:_,
I,
en em
Didm. nominol, en em
---1
!
L
75.00
I 7.47 ~ I
I
J
10
I
'"=
en em
Lm•
Cuerdo de union
" "
"
o. ,. ,.
L,
"
ow
d
Lonqilud aguzoda Lonqllud del lubo L m LonQilud de mueslreo roeomendoble Lo Espocio para ozolves
l
c) Dimensiones de los tubos de pored delgada
Fig 2.24
Caracterfsticas del muestreador de pared delgada (tubo Shelby)
Un criterio para juzgar en el campo la calidad del muestreo se indica en la tabla 2.10. En el laboratorio, la calidad de las muestras se define observando cortes longitudina les para identif1car la alteraci6n que pudieran mostrar lentes delgados de algGn mate rial 0 bien, observando el proceso de secado lento de placas delgadas de suelo cort~ das longitudinalmente (ref 2.28). Los muestreadores Deni~on y Pitche~, operando a rotaci6n y presi6n recuperan mu~stras que pueden ser 1nalteradas; las muestras se obt1enen a presi6n y pueden ser de arcillas duras, limos cementados y limos cementados con pocas gravas localizados abajo del nivel fre~tico; oper~ndolos arriba del nivel fre~t1co, el agua 0 lodo utilizado contamina las muestras. El muestreador Pitcher es el adecuado cuanda se presentan intercalados estratos delgados de materiales blandos y duros. Estos muestreadores consisten esencialm~nte de dos tubos conc~ntricos unidos a la pieza denominada cabeza del muestreador; el tubo interior est~ montado sobre baleros axiales y el exterior, que lleva en su extrema inferior la broca de corte, est~ unido con ros ca. En la fig 2.26 se muestra esquem!ticamente"el barril tipo Denison; se identifican las p1ezas antes mencionadas, as! como la v!lvula de paso que protege a la muestra du rante la extracc16n del muestreador y permite la salida de azolves; se ident1f1can tam bi~n la tuerca y contratuerca de ajuste para regular la distancia "d" entre la broca y el filo del tubo inferior. En la misma figura se muestra la trampa de canastilla para suelos arenosos y las brocas de uno y dos escalones. El muestreador Pitcher tiene caracter!sticas similares al Denison, salvo que tiene in tercalado entre el tubo interior y el exterior un resorte axial que permite regular, de acuerdo con la dureza del suel~ en que penetra, la d1stancia "d" entre la broca y el
56
tubo interior. operaci6n.
Este muestreador se presenta en la fig 2.27 en las tres etapas de su
Fluido de perforocion
n 0) Descenso, valvula cerrada
Fig 2.25
b) Muestreo, valvula· abierta
Recuperaci6n de muestras
Calidad Rec
excelente
Rec
=
100
Rec
=
80
buena
50 < Rec <
80
mala
Rec
50
inaceptable
<
c) Extraccion, valvula cerroda
Operaci6n del muestreador de v!lvula deslizante
TABLA 2.10
Recuperaci6n, %
I
Fondo del pOlO
57
,
L x 100
H
Rec L
recuperaci6n longitud recuperada
H
longitud muestreada
8.~.
Cuerdo NW B.CO
Trompo de conastilla
Ajuste,d, entre braco y tubo interior Tipo de sue 10
~}-_Cobezo
15.CO
emboJerodo
810n do
Duro ~""'l+-- Tubo exterior
:::fllH---
Muy duro
d,cm 2
0.5 0 .; el menor
Tuereo de ojusle
R;::=lH+-- Controtuerco de ojuste
~JlSS:"i1t1tft-- VO\\lula Tuba interior
75.CO
Acol. en em
Zapata
Broca Tipos de braces Denison 7.22t
Fig 2.26
Muestrea90r tipo Denison
58
de perforocJon
Fluldo
" F
I ,.;
r Tuba de
Soporle
perferaclcn
i-H-__ votvulo
desllzonte (obierto)
:1
=
I ReQreso del fluJdo ~ de perforaclon I~:~~t--Resorte i1]'f~t--v6Ivulo
Valvula deslizonte
B:::l~~~I--_Tubo exterior
(cerrade)
giroforio
Broca Tornillo del luba inferior
Tuba inlerior tijo de pared delgodo
c)
oj
b)
Fig 2.27
Muestreador Pitcher
Ambos muestreadores se ope ran de manera similar: el tuba interior sa hinca a presi6n en el suelo, en tanto que el tuba exterior gira y la broca corta al suelo circundante. La velocidad de rotaci6n del muestreador Denison varia entre 50 y 200 rpm, y en el Pitcher debe ser de 100 rpm como m~ximo.
Estos muestreadores proporcionan muestras dcnde los otros procedimientos son inefica ces, adem~s de ser los unicos que simult~neamente muestrean y perforan. Su operaci6n es una maniobra delicada. /
2.2
2.2.1
ENSAYES DE LABORATORIO IntAoducc~6n
. El programa de estudios de laboratorio se establece para curnplir can dos objetivos esencia les: clasificar cuidadosamente los suelos encontrados y obtener sus par~metros de resisten cia y deformabilidad para el diseno de la cimentaci6o; para alcanzar estos prop6sitos, se realizan las pruebas Iodice y mec~nicas enumeradas en la fig 2.28.
I
Las condiciones de prueba deben elegirse en cada caso particular tratando de reproducir los estados de esfuerzo y patrones de drenaje que generar~ la estructura; la selecci6n adecuada de las muestras, de acuerdo a tales condiciones permitir~ obtener par~metros de diseno repr~ sentativos del comportamiento del suelo~ Esta selecci6n podr& facilitarse si se dispone de la informaci6n obtenida de sondeos con cono (CPT) (inciso 2.1.4.3 a). La descripci6n detallada y el c~lculo de resultados correspondiente a cada prueba puede enco~ trarse en la ref 2.33; en este capItulo se comentan s6lo aquellos aspectos de la ejecuci6n de las pruebas mec&nicas que pueden influir significativamente para la aplicaci6n de sus resulta dos al diseno de cimentaciones con pilotes y pilas.
59
Granulometr!a Contenido de agua Pruebas !ndice
L!mites de consistencia Densidad de s61idos Peso
volum~trico
Compresi6n triaxial
Estudios de laboratorio Resistenc1a al esfuerzo cortante
Compresi6n no confinada Corte directo Torc6metro Compresibilidaa
Deformab111dad Expansividad
Fig 2.28 2.2.2
Sueto4
2.2.2.1
Estudios de laboratorio
eone4ivo4
Resistencia al esfuerzo cortante
La obtenci6n de los par~metros de resistencia a1 corte de sue los cohesivos depender& del cri terio de diseno a utilizar ya sea a partir de esfuerzos totales 0 esfuerzos efectivos. a)
CILi.telLio de e.6 DueILzo6 total.e4. En este caso se estima la adherencia suelo-pilote C a c~ mo una fracci6n de la resistencia a1 corte no drenada del suelo Cu (inciso 3.2.1.3 a1); la prueba debe realizarse en un esp~cimen labrado a partir de una muestra inalterada (inc! so 2.1.4.4 b).
Para evaluar c u ' se recomienda realizar una prueba triaxial no consoli dada no drenada (UU), que presenta las siguientes ventajas en relaci6n a las demas pruebas: Se reduce la influencia de fisuras presentes en el esp~cime~, ya que si se utiliza la prueba de compresi6n no confinada, se tiende a subestimar la resistencia Se induce en el esp~cimen un estado de esfuerzos mas uniforme que en la prueba de corte director 10 cual faci1ita su interpretaci6n Se disminuye 1a influencia de pequenas heterogeneidades de 1a muestra, que son signif1 cativas en los resultados de una prueba con torc6metro; 1a prueba con torc6metro no es aconsejable en suelos que contienen arena. b)
CJL.i..telli.o de e-6nU2.ILZ04 e6ecti.vo.6. Para el disefio deben deterrninarse la cohesi6n C' y e1 ~ngulo de fricci6n interna $'del sue10 en t€rminos de esfuerzos efectivos (inciso 3.2.1.3 a2); en la prueba deben uti1izarse espec!menes labrados de una muestra inalte rada, cuidando de no modificar su contenido de agua natural.
La deterrr~naci6n de C' y $' se hace a partir de resultados de pruebas triaxiales c~ns~ lidadas drenadas (CD) y conso1idadas no ~enadas con medici6n de presi6n de pro (CU). Alternativamente, puede usarse la prueba de corte directOr que permite utilizar espec! menes de poco espesor, reduci~ndose as! e1 tie~po de ensaye; en este caso se requiereuna interpretaci6n cuidadosa. 2.2.2.2
Compresibilidad
La magnitud del asentamiento que sufrira una estructura y su variaci6n con el tiempo pueden estimarse a partir de los resultados de pruebas de consolidaci6n unidimensional en espec!me nes obtenidos de una muestra ina1terada (inciso 2.1.4.4 b); el namero de pruebas debe dete~ minarse atendiendo a la estratigraffa y a la profundidad de influencia dentro de la que el grupo de pilotes 0 pilas de cirnentaci6n modificar~ significativamente el estado de esfuerzos
60
en el suelo (inciso 3.2.1.3 e). Para la aplicaci6n de los resultados de las pruebas debe ran considerarse los siguientes aspe£ tos al problema: Para extrapolar al campo los resultados obtenidos en el laboratorio, al aplicar la ec 3.28 deberan considerarse cuidadosamente las condiciones de drenaje en el subsuelo, go bernadas en ocasiones par d~tatte~ estratigraficos, como por ejemplo delgadas capas de arena intercaladas dentro de la masa de sue los cohesivos, que modifican el valor del es pesor H del estrato compresible La magnitud de los asentamientos puede calcularse con precisi6n aceptable en suelos do~ de la consolidaci6n secunda ria no sea importante La variaci6n estimada de los asentamientos con el tiempo resulta imprecisa en la medida en que las caracter!sticas del suelo se aparten de las hip6tesis te6ricas. 2.2.3
Suele~
9~alluta~e~
Tratandose de arenas y gravas, la capacidad de carga por punta y por fricci6n lateral depende de la magnitud del angulo de fricci6n ~'del suelo en t~rminos de esfuerzos efectivos, determ~ nado en pruebas triaxiales consolidadas drenadas. Es importante tamar en cuenta que para are nas medianamente 0 muy compactas, el valor del ~ngulo $' puede disminuir apreciablemente al dU mentar los esfuerzos ~licados (ref 2.34). Puede entonces resultar necesario considerar valo res diferentes del angulo de friccion de un mismo sue10 segGn e1 nivel de esfuerzos, para calcular 1a capacidad de carga par punta y por fricci6n. Para calcular la capacidad de carga par punta se requiere determinar el factor de capacidad de carga Nq (ec 3.9) que es funci6n del ~ngulo ~'de fricci6n, del fndice de rigidez I r (ec 3.10), del m6dulo de deformabilidad E del suelo, y de la re1aci6n de Poisson v del material. Para determinar E se realizan pruebas de compresi6n confinada en od6metro ap1icando esfuerzos verticales que rebasen el valor del esfuerzo vertical actuante oven especfmenes elaborados con una compacidad semejante a la que tendra el sue10 despues de la instalaci6n del cimiento. El m6du10 de deformabilidad puede determinarse al finalizar la prueba mediante la expresi6n: E
(1 + v)
1 -
(1 -
2v)
(2.4)
v
donde: £v
deformaci6n unitaria vertical correspondiente a 0v suponiendo una rela ci6n de Poisson entre 0.25 y 0.30 en la mayor!a de los casos.
Para calcular la capacidad de carga por fricci6n (inciso 3.2.1.2 b) es necesario conocer e1 &ngulo de fricci6n interna del suelo ~. a 10 largo del fuste del pilote 0 pila antes de la instalaci6n. Los valores correspondientes se estiman a partir de la relaci6n empfrica entre ~. y el nUffiero de golpes N obtenido de 1a prueba de penetraci6n est~ndar SPT; esta relaci6n se muestra en la fig 2.19. La deformabi1idad a largo plazo de los sue los granulares puede considerarse pr~cticamente des preciable para los niveles de eh6ue~zoh de t~abajo usuales. Ademas las deformaciones inducidas ocurren inmediatamente con 1a ap1icaci6n de 1a carga. No se acostumbra por tanto, efectuar en el laboratorio pruebas para determinar los parametros de deformabilidad de las arenas. En el inciso 3.2.1.2 gl) se presentan relaciones empIricas para obtener el orden de magnitud de los asentamientos en funci6n de la geometrfa del grupo de pilotes y en el capItulo 5 el asentamiento correspondiente a un·pilote aislado, obtenido de una prueba de carga.
61
REFERENCIAS 2.1
2.2
Avery, T.E.,
"Interpretation of aerial photographs", Burgess Publishing Co.
Bjerrum, L.,
"Geotechnical problems involved in foundation of structures in the North
sea",
2.3
G~otechnique,
(1968)
23, No.3 (1973)
Ehlers. C.J., Young, A.G. y Focht, J.A" "Advantages of using in situ vane tests for marine soil investigations", Simposio Internaclonal de Mec~nica de Suelos ~arinos, SMMS (1980)
2.4
CFE, "Manual de diseiio de obras civiles", secci6n B. 1, Geologfa (1979)
2.5
PEMEX, "Exploraci6n y muestreo de sue los para proyecto de cirnentaciones te)", Norma 2.214.05, Petr61eos Mexicanos (1975)
2.6
Dobrin, M., "Introduction to geophysical prospecting", McGraw-Hill Book, Co.
2.7
Grant, F., y West, G., "Interpretation theory in applied geophysics", McGraw-Hill Book. Co .•
(Primera pa£ (1965)
(1965) Revert~,
2.8
Olhovich, V., "Curso de sismolog!a ap"licada", Ed.
s. A.
(1959)
2.9
Mooney, H. y Wetzel, W., "The potentials about a point and apparent resistivity curves for a two, three aRd four layered earth", The University of Minnessota Press (1956)
2.10
La Compagnie Generale de Geophysique, "Abaques de sondage electrique", Geophysical Prospecting, Vol 3, sup1emento 3 (1955)
2.11
CFE, "Manual de diseno de obras civiles", Fasc!culo B.2.1, Exploraci6n y Muestreo de
2.12
Sanglerat, G., "The penetrometer and soil exploration", Elsevier Publishing Co.
2.13
Begeman, H.K.S., "The use of static soil penetrometer in Holland", New Zealand Engineering, Vol 18, No. 2 (1963)
2.14
Begeman, H.K.S., "The friction jacket cone as an aid to determining the soil profile", Proc. 4th Int. Conf. on Soil Mech. and Found. Eng., Vall (1957)
2.15
ASTM, "Tentative standard method for deep quasi static cone penetration test",
Sue10s (1980)
(1972)
o 3441-75T (1975)
2.16
De Ruiter, J., "Electric penetrometer for site investigation", Journ. of the Soil Mech. and Found. Div., ASCE, Vol 97, 5M2 (1972)
2.17
NRACC, "Canadian manual on foundation engineering", Associate Committee on National Building Code, National Research Council of Canada, Ottawa (1975)
2.18
Santoyo E. y Olivares, A., "Penetr6metro estc1tico para suelos blandos", Informe interno, Instituto de Ingenier!a, UNAM, Proy 8069 (1980)
2.19
Lunne, T., o. Eide y De Ruiter, J., "Correlations between cone resistance and vane shear strength in some Scandinavian soft medium to medium stiff clays", Norwegian Geotechnical Institute Publ. No. 116 (1977)
2.20
Lunne, K.T. y Clansen, C.J.F., "Comparison between in situ cone resistance and laboratory strength for over consolidated North Sea clays", Norwegian Geotechnical Institute Publ. 124
(1978)
2.21
Amar, 5., Baguelin, F., Jezequel, J.F. y Le Mehuate, A., "In situ shear resistance of clays". Proc ASCE Spec. Conf. on In situ Measurements of Soil Properties, Vol 1 (1975)
2.22
Begeman, H.K.S., "Improved method of determining resistance to adhesion by sounding through a loose sleeve placed between the cone", Proc. Third Int. Conf. on Soil Mech. and Found. Eng., Vol 1 (1953)
2.23
De Beer, E.E., "oonnes concernant la resistance au cisaillment deduites des essais de penetration en profondeur", Geotechnique (1948)
2.24
Mitchell, J.K. y Dungunogh, H.T., ,"In situ strength by static cone penetration test",
62
Proc. 8th Int. Conf. on Soil Mech. and Found. Eng., Vall (1973) 2.25
Dungunogh, H.T. y Mitchell, J.K., tlStatic penetration resistance of soil: I-analysis and II-evaluation", Proc. ASeE Spec. Conf. on In situ Measurement of Soil Properties, Vel 1 (1975)
2.26
Mitchell, J.K. y Lunne, T.A., "Cone resistance as measure of sand strength", Norwegian Geotechnical Institute Publ. 123 (1978)
2.27
5chmertmann, J.H., "Static cone to compute static settlement over sand", Journ. of the Soil Mech. and Found. Div., ASCE, Vol 96, 5M3 (1970)
2.28
ASTM, Designation: D 1586-67, "Standard method for penetration test and split-barrel sampling of soils", Normas (1977)
2.29
Terzaghi, K. y Peck, R.B., "Soil mechanics in engineering practice", John Wiley & Sons (1968)
2.30
Hvorslev, M.J., "Subsurface exploration and. sampling of soils for civil engineering purposes", U.S. Army-ASCE (1949)
2.31
Osterberg, J~O., "An improved hydraulic piston sampler", Proc. 8th Int. Conf. on Soil Mech. and Found. Eng., Moscu (1973)
2.32
Winterkorn, H.F., y Fang, H.Y., editores, "Foundation Engineering Handbook", Van Nostrand Co. (1975)
2.33
SRH, "Instructivo para ensaye de suelos", SMMS (1970)
2.34
Vesie, A.S. y Clough, G.W., "Behaviour of granular materials under high stresses", Pree. A5CE 945M3, May (1968), pp. 661-688
63
•
Capitulo J
3 Diseno 3.1
INTRODUCCION
En general se recomienda el usa de una cimentaci6n profunda para apoyar una estructura cuando los esfuerzos inducido~ en el suelo par las solicitaciones a que quedar~ sometida exceden la capacidad de soporte d~ los estratos m~s superficiales, 0 cuando las restricciones de funeio namiento U operaci6n obliquen a dicha soluci6n. Los elementos constructivos que pueden adoE tarse como cimentaciones profundas son: pilates, pilas y muros coladas en el lugar: es impor tante destacar que los m~todos de c~lculo dispon1bles se aplican indistintamente a pilates ypilas y que los muros coladas en el lugar se calculan como pilas corridas. Este cap!tulo se referir~ exclus1vamente al diseno de pilas y pilates. El an~lisis de una cimentaci6n profunda se inicia con la selecci6n de aquellos elementos cons tructivos que sean compatibles con la estratigraffa y propiedades mec~nicas de los sue los 0 rocas del sitio, a partir de la cual se define la profundidad de cirnentaci6n, se dirnensionan los elementos elegidos (pilotes, pi las 0 muros), se recomiendan los procedimientos constructi vos rn~s adecuados y se hace una predicci6n del comportamiento de la cimentaci6n. Debido a la influencia determinante que tienen los procedimientos constructivos en el compoE tamiento de cimentaciones profundas, deber~ conced~rsele importancia significativa a la labor de superv1si6n de los aspectos t~cnicos durante la construcci6n (cap. 4). Por otra parte, -siempre ser~ recomendable efectuar pruebas de carga para verificar 1a validez del diseno, ya que el mejor m~todo de c~lculo todav!a no es tan confiable como una prueba en el sitio (cap. 5) •
Conviene tener presente que durante el diseno de una cimentaci6n se pueden cometer errores, que de acuerdo COD Peck (ref 3.1), pueden ser, entre otros, los siguientes: La carga supuesta es err6nea Las condiciones del suelo son diferentes de las previstas en el diseno La teor!a utilizada para los c~lculos es imprecisa 0 inadecuada Se define incorrectamente 1a susceptibilidad de la estructura a mov1rnientos d1ferencia les Los defectos en la construcci6n de la cimentaci6n pueden 1nvalidar el diseno, aun cuan do el conocimiento de cargas, condiciones del suelo y teor!as sea virtualmente perfecto.
3.2
DISE~O
GEOTECNICO
En t~rminos generales, toda cimentaci6n debe d1senarse para satisfacer dos requisitos esencia les: Tener un factor de seguridad contra falla Ultima Los asentamientos no han de sobrepasar los,l!mites permisibles para la superestructura. Para un caso especff1co, uno de estos dos criter10s condicionar~ las dimensiones de la c~en taci6n; por tanto, es necesario calcular tanto la capac1dad de carga como el asentamiento probable de la c1mentaci6n. Obviamente, la influencia del tipo de suelo es evidente; as!, en arena densa 0 mediana, en la que los asentamientos son generalmente pequenos, el criterio de asentamiento rara vez ser~ el decisivo. Por el contrario, en cimentaciones sabre arcilla blanda, los asentamientos normalmente ser~n el factor gobernante. La capacidad de ca4g~ de una c1mentaci6n profunda se puede decir que depende esencialmente de la resistencia al corte del suelo en el cual se apoya y del mecanismo de transferencia de car ga del elemento de cimentaci6n al suelo.
65
Par atra parte, la sensibi11dad de la superestructura a los a6entamiento6 debe considerarse sab1endo que, tanto la5 superestructuras muy flexibles como las muy r!gidas se pueden conside rar como insensibles, ya que las flexibles (por ejemplo, tanques de almacenamiento met~licosr que pueden acomodarse a los asentamientos irregulares sin dano estructural, y las rfgidas (s! los de concreto), se asentar~n como bloque. Fina1mente, e1 proyectista debe tener conocimiento de los distintos tipos de pilotes y pilas, de c6mo transmiten y distribuyen las cargas en el subsuelo, as! como de los procedim~entos constructivos que convenga aplicar. De 10 anterior, se concluye que el diseno der las siguientes etapas de trabajo:
la
2a 3a 4d
,
geot~enico
de una cimentaei6n profunda debe
compre~
Investigaci6n geot~cnica Selecci6n del tipo de elemento de cimentaci6n (pilote, pila 0 muro) y del equipo de construcci6n Oeterminaci6n preliminar de la longitud y capacidad de carga Verificaci6n de las etapas 2 a y 3 d empleando los datos obtenidos de pruebas de carga est~ticas y din~micas.
IInve6~igaci6n geot~cnica~- ,Los ~todos de exploraci6n del subsuelo para estimar el car~cter de los dep6sitos naturales,~as! como las pruebas de laboratorio necesarias para determinar las propiedades f!sicas y mec~nicas de los sue los que intervienen en el c~lculo de capacidad de carga y de asentamientos de cimientos profundos son generalmente simi lares a los en~le~ r dos en etros tipos de cimentaciones. En los Gltimos anos se ha ganado experiencia en el em pleo del penetr6metro din~ico para sue los granulares y del est~tico para suelos finos; por sus ·caracter!sticas, es de esperarse que en el futuro estas herramientas se utilicen tanto para exploraci6n como para el diseno de las cimentaciones profundas.
Debe considerarse en el an~lisis que iniciales, la resistencia al corte y do se trata de pilotes hincados, las ga y el asentamiento pueden resultar
la instalaci6n de pilotes 0 pilas altera los esfuerzos las propiedaaes de deformaCi6n de la masa de suelo; cuan propiedades del suelo que gobiernan la capacidad de car muy diferentes de las condiciones originales.
del tipo de eiemento de c~ment4ci6n y del equipo de con6t~ucc~6n.- La definici6n preliminar del tipo de cimentaci6n profunda m~s adecuado se debe efectuar con base en el estu dio de las condiciones de apoyo, los principios de la mec~nica de sue los y en la experlenC1a local en este tipo de cimentaciones; en cada caso, deber~ adem~s considerarse el equipo de conztrucci6n disponible y las restricciones pr~cticas impuestas por la 10ca1izaci6n de 1a obra, como co1indancias y accesos. Selecc~6n
A partir de esta informaci6n, podr~n definirse uno 0 varios procedimientos constructivos eco n6mieamente factibles, que deber~n estudiarse en detalle, para finalmente e1egir el m~s adecuado. Vete~m~nac~6n p~el~m~na~ de La longitud y capacidad de ca~ga.En la etapa preliminar de un proyecto se define tentativamente e1 tipo, longitud, separaci6n entre elementos de cimenta ci6n y capacidad de carga individual y de grupo de los pilotes 0 pilas, para estimar los cos tos probables de la cimentaci6n y juzgar 1a conveniencia de realizar pruebas de carga antes del diseno final 0 durante la etapa de construcci6n.
Como resultado del estudio de los perfiles de sue los y de las caracter!sticas de los dep6si tos, se puede seleccionar el 0 los estratos de apoyo; estimando la longitud necesaria de pene traci6n en dichos estratos, se puede definir la longitud probable de los pilotes 0 pilas. En los casos donde los sondeos muestren la presencia de roe a 0 un estrato duro bien definido que est~ a una profundidad econ6micamente aceptable, ser& admisible transmitir 1a carga con ele mentos trabajando por punta, cuya longitud puede determinarse can precisi6n, siempre que no exista asentamiento regional. En cas os donde se utilicen pi10tes hincados a trav~s de sueles cohesivos 0 donde la punta de los pilotes est~ subyacida por este tipo de suelos, se debe definir e1 tipo y longitud de los pilotes y el tamano y geometr!a de la estructura para tener un m1nimo de asentamientos fina les. En cimentaciones anchas a base de pilotes largos muy separados sometidos a cargas gran des, se tendr~n menores asentamientos que con pilotes cortos soportando cargas ligeras y muy cercanos entre 51. Finalmente, cuando se presenten estratos duros 0 con boleos que tengan que atravesar los pil~ tes 0 pilas, se deber& analizar e1 procedimiento constructivo para resolver esta condici6n. La determinaci6n preliminar de las caracter!sticas de los elementos de cimentaci6n tambi~n puede hacerse estudiando la historia de estructura5 existentes cimentadas con pilotes 0 pilas, 66
que se localicen en la rar las similitudes de metrIa, condiciones de cimentaci6n simi1ares, ailos.
vecindad de la estructura por construir. En este caso S8 deben compa dichas estructuras can la propuesta, en 10 referente al tamano y geocarga y tipos de suelos; en las zonas donde preva1ezcan condiciones-de siempre debe tomarse en cuenta la pr~ctica empleada a.trav~s de los
La capaeidad de earga de una cimentaci6n se define de acuerdo con dos criterios fundamentales: La LapaL~dad d~ La~9a ult~ma, que es 1a carga promedio por unidad de area que origina 1a falla de 1a cimentaci6n por esfuerzo cortante 0 por dsentamiento excesivo La La/-,uL'<'dad de Laltga }Jc!t.m.i.~'<'bl~. que es la carga promedio por unidad de ~rea que no provoeara asentamientos mayores que el valor admisible prefijado para 1a estructura y que tarnbi~n proporcionara un factor de seguridad adeeuado contra faiia por esfuerzo cor tante. Debe enfatizarse que la rnagnitud de la eapaeidad de carga con eualquiera de los criterios arriba rnencionados, depende tanto de las propiedades rnecanicas del suelo 0 roea en que se apo ye 1a cimentaci6n, como del tamailo y forma del area cargada y del tiro de surerestruetura. Para definir la eapaeidad de carga de una eimentacion se reeomienda': ;,
Estudiar los registros de comportamiento de cirnentaciones con caraeter!sticas simi lares Determinar te6ricamente la capacidad de carga ultima y los asentamientos que se podran presentar Realizar pruebas de carga de pilas 0 pilotes del tipo que se propone uti1izar. 3.2.1
Se presentan agu! los proeedimientos de e~lcu10 de los tipos m~s comGnes de cimentaciones con pilas 0 pilotes sujetas a earga estatiea axial; como se ver~, predominan las reg las y f6rm~ las semiemp!ricas para ealeular tanto la capacidad de carga como el asentamiento de los dis tintos tipos de pilotes y pilas. Estos criterios seguramente cambiar~n a medida que se enri quezca e1 cGmu10 de informacion sabre el eomportamiento de cimentaciones profundas y se pue dan establecer medelos m~s confiables. 3.2.1.1
Cimentaciones profundas en roc a
Las cirnentaciones profundas apoyadas 0 empotradas en roc a generalmente son capaces de sopor tar grandes cargas; para su construeci6n se pueden seguir dos procedimientos: el mas usual consiste en pi las coladas en el lugar, aunque tambi~n se reeurre al hineado de pilotes de ace ro, 0 de concreto con punta de aeero. Con el primer procedimiento se puede conocer el area de eontacto con 1a raca par inspecci6n visual y la capaeidad de carga se puede evaluar par media de los metodos de diseno que se presentan mas adelante. En el segundo caso, cuando se hinean pilotes de acero de secci6n H, pilotes de tubo metalico a veces con la punta obturada, 0 piletes de concreto precolado can punta de acero, quedan i~ eertidumbres en cuanto a la profundidad de penetraci6n que puede alcanzarse y a la calidad de 1a reca al nivel de desplante. Por ello, la capacidad de carga de este tipo de cimentaciones profundas no se puede calcular con ninguno de los m~todos conveneionales y deber~ estimarse a partir de observaciones de hincado, experiencia local y pruebas de carga. Las caracter!sticas de dureza y echado de la raea condicionan la selecci6n del tipo de pilote y el diseilo de su punta; par ejemplo, aun en los pilotes H, 1a punta se refuerza agregando placas soldadas 0 rem~chadas para reducir la presi6n entre el acero y la roc a a valores com prendidos entre 210 y 420 kg/cm 2 • En 1a tabla 3.1 (ref 3.2) se presentan las propiedades ae las rocas mas comunes empleadas como materiales de cimentaci6n. En la mayor!a de las cimentaeiones importantes en roca se neeesita una exploraci6n detaIl ada del subsuel0 que debe incluir los siguientes aspectos: Ca~a~te~1&tiLa& e&t4u~tu~ale~J como estratificaci6n, foliaci6n, rumbo y echado de los estratos, particularmente euando existan problemas de estabilidad Presencia de d~&~ont~nu~dade&, tales como juntas, fall as a canales de disoluci6n en racas sedimentarias y oquedades en roeas 19neas extrusivas.
Al analizar esta informaci6n, se tomaran en cuenta los siguientes conceptos para el diseno:
67
Propiedades de distintas rocas como materiales de cimentaci6n (ref 3.2)
TABLA 3.1
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68
Las rocas sedimentarias laminadas, como la caliza y la arenisca, a menudo se encuentran en capas delgadas separadas por arcillas 0 lutitas blandas. La capacidad de carga de tales rna teriales depende en gran medida de las propiedades de la arcilla 0 de las lutitas blandas yse hace necesario el rnuestreo inalterado para determinar su resistencia. Ciertas lutitas, limolitas y argilitas se reblandecen 0 expanden al ser expuestas al aire. Los materiales que cont1enen sulfatos en forma de piritas 0 anhidritas se pueden hidratar con gran expansi6n volum~trica. En estos casos se recomienda ensayar n6cleos de rocas arcillosas sedimentarias en pruebas de deleznamiento (~lakingl por inmersi6n en agua y si dicha tenden cia al deleznamiento es pronunciada, determinar las caracter!sticas de expansi6n con pruebas de consolidaci6n. En este tipo de rocas se requiere imperroeabilizar las excavaciones. Las rocas calcareas con cavernas de disoluci6n constituyen un problema diffcil de cimentaci6n, por 10 que al construir sobre terreno calizo se debe revisar la informaciOn geol6gica y foto graf!as a~reas para encontrar evidencias de dolinas 0 de forroaci6n de cavernas. Para el caso de cimentaciones profundas coladas en el lugar, se recomienda empotrar en la ro ca una longitud de 1 a 3 veces el di~metro del cimiento; dependiendo de las condiciones de em potramiento, la capacidad de ea~9a se determina siguiendo uno de los siguientes criterios (ref 3.3),
La capacidad de c:rga se deriva de la resistencia por punta Gnicamente. Esta hip6tesis puede ser conservadora, independientemente del proceso de construcci6ni sin embargo, si el fondo de la excavaci6n no se limpia adecuadamente, la capacidad de carga se desa rrollar~ despu~s de que ocurran asentamientos debidos a la expulsi6n 0 compresi6n del IOdo 0 azolve dejado en el fondo de la perforaci6n La capacidad de carga se deriva de la adherencia entre el concreto y la roca a 10 largo del ~rea lateral de contacto. Esta hip6tesis no es necesariamente conservadora, ya que la resistencia por adherencia disponible depende en gran medida de la calidad de la superficie de la roca en las paredes del tramo empotrado La capacidad de carga se deriva tanto de la resistencia por punta como de la adherencia lateral. Esta hip6tesis conduce a valores altos de la capacidad de soporte; no se debe r~ emplear a menos que se verifique su aplicabilidad por medio de pruebas de carga a e~ cal a natural 0 a trav~s de experiencia local bien fundada. a)
Capdc~dad de CQ~gd po~ punta, en ~oea. Cuando la capacidad de carga se genera en la punta de la pila, se puede calcular como funci6n de la resistencia al corte de la roca con la expresi6n (ref 3.3):
(3.1)
en la que d
0.8 + 0.2 Hs/B ,
(3.2)
2
siendo: capacidad de carga permisible, ton/m 2 resistencia a la compresi6n no confinada promedio del nGcleo de roca, ton/m 2 coeficiente emptrico que depende del espaciamiento de las discontinui dades de la roc a (ver tabla 3.2) d
factor de profundidad profundidad de empotramiento en la roca resistente, m
B
diametro de la cavidad, m.
69
TABLA 3.2
Valores del coefic1ente emp!rico Ksp , afectados par un factor de seguridad de 3 (ref 3.3)
Espaciamiento de las discont1nuidades
Ksp
Muy grande ( > 3 m en promedio)
0.4
Grande (entre 1 y 3 m en promedio)
0.25
r40deradamente cerrado (entre 0.3 y 1 m en
0.1
vromedio)
Sabre esta solucion se pueden hacer los siguientes comentarios: Los valores delJ?ar~metro b~sico (q) son en general poco representativos de las pro piedades mecAnicas de la masa de roHa7 debido al efecto de alteraci6n inducido par mues treo y a la ausencia de d1scontinu1dades en los espec!menes ensayados.
Cabe senalar que esta soluci6n no debe ap11carse cuando las pilas se apoyan en rocas blandas como es el caso de algunas lut1tas. La carga permisible obtenida can este res promedio de la tabla 3.3 b)
m~tado
se debe comparar con el intervalo de vale
Capacidad de ca~ga po~ adhe~encia ent~e conc~eto y ~oca. En el caso de que la carga se transmita lateralmente a 10 largo de la longltud empotrada en roca, la capacidad de caE ga permisible estar~ dada por la expresi6n: (3.3)
donde: capacidad de carga perm1s1ble, ton di~metro
de la pila, m
profundidad de empotramiento en la roca sana, m resistencla permisible por adherencia entre concreto y raca, ton/m 2 a es funci6n de la calidad de la su~erficie de contacto expuesta par la excavaci6n y varia usualmente entre 70 y 210 tan/m .
t
c)
A~entamiento~ en ~oca. El an~lisls de asentamientos de pilotes y pi las descansando 0 empotrados en roca es un problema dificil y frecuentemente impreciso debido a la natu raleza discontinua de las masas rocosas.
Los asentamientos el~sticos en roca sana generalmente son muy pequenos y se pueden des preciar. Los asentamientos importantes en roc a est~n comGnmente asociadas con la presencia de juntas abiertas en la masa rocasa y, en rocas sedimentarias, can la ocurren cia de intercalaciones de material compresible. Cuando se prevean estas situaciones~ se necesitar~n investigaciones y an~lisis especiales, los cuales deber~n ser llevados a cabo por personas capacitadas en este tipo de trabajo. En cimentaciones de grandes dimensiones 0 que transmitan cargas importantes, puede r~ suI tar necesario calcular los asentamientos. En esos casos, conviene tomar en cuenta los siguientes comentarios (ref 3.3): Los asentamientos calculados a partir de los m6dulos el~sticos de nucleos de roca son poco confiables, ya que se desprecia el efecto de las juntas y de otras discontinuid~ des de la roca; para el c~lculo se establecen hip6tesis arbitrarias sobre la influencia de las juntas y par ella resulta,poco confiable
70
TABLA 3.3
Valores estimadas de capacidad de carga permisible (ref 3.3). Estos valores aproximados de 1a capacidad,de carga penmisible pueden necesitar aumentarse o disminuirse. No se ha considerado el incremento debido a 1a profundidad de desplante de 1a cimentacion .uhl~"C" tl~ 1. rOt. h 101M'''''' IrHI.s..\lnt'n~lr f .• '
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71
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Los asentamientos cal cuI ados a partir de pruebas de carga de placa rea11zadas en el lu gar, t1enen la ventaja de que incluyen 1a influenc1a de las discontinuidades y de la terac16n de 1a roca, pero debe tenerse en cuenta la importancia del efecto de escala en los resultados; por ello la placa debe tener el m1smo dl~metro que el cirniento profundo. Sin embargo, debido a razones pr~ct1cas esto rara vez es posible y generalmente se us an placas de menor di~metro, el cual debe ser mayor de la m1tad del di~metro del cimiento y siempre arriba de 30 crn
al
Las pruebas de carga de placa son simples, pero deben realizarse con cuidado, ya que los resultados son frecuentemente err~ticos. En todo caso, se deb en efectuar varias pruebas con diferentes di&metros de placa para obtener una evaluaci6n confiable del com portamiento de la cimentaci6n. 3.2.1.2
Cimentaciones profundas en sue los granulares
En los siguientes p~rrafos se presentan criterios de diseno para pilotes y pilas apoyados en suelos granulares, tales como gravas, arenas y limos no cohesivos. Estos m~todos se apl~ca r~n unicamente a dep6sitos homog~neos en los que los sue los granulares se extienden hasta una profundidad apreciable por debajo del extremo inferior del cimiento, 0 a dep6sitos estratifi cados en los que los suelo3 granulares est&n subyacidos par mater1ales m~s competentes. Los casas de dep6sitos estratificados donde los suelos granulares riales compresibles se tratan en el inciso 3.2.1.4.
est~n
subyacidos par mate
Los pilotes y pilas en sue los granulares derivan su capacidad de carga tanto de 1a resisten cia por punta como de 1a fricci6n lateral a 10 largo del fuste. La proporci6n con la que e~ tas dos componentes cont=ibuyen a la capacidad total del elemento es funci6n esencialrnente de la compacidad, del nivel de esfuerzos, y de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo, as! como de las caracter!sticas del pilote 0 pila. a)
C~pac~dad d~ ca~ga, ~2gun !~ pene~~aLi6n e~~~nda~. La capacidad de carga utt~ma de un pilote individual en sue los granulares se puede determinar a partir de los resultados de la prueba de penetraci6n est~ndar, ap1icando la siguiente expresi6n (ref 3.4):
(3.4)
donde: 0u
carga ultima del pilote, ton
N
nfrrnero de golpes prornedio a la elevaci6n de la punta del pilote, N° de golpes/30 cm
Ap
~rea de la secci6n transversal de la punta del pilote, m2
N
numero de golpes promedio a 10 largo del fuste del pilote, N° de golpes/JO cm
As
~rea de la superficie lateral del fuste del pilote, m2
•
La prueba de penetraci6n est~ndar est& sujeta a errores; por ella se acostumbra emplear un factor de seguridad m!nimo de 4 para definir la capacidad de carga pe4m~~~bi~ del pilote, 0a' AS!: 13.5)
b)
Capacidad de caAga,~egun ia teo~a de !a pia~ticidad. La capacidad de carga permisible de un pilote en suelo granular se puede"determinar a partir del par~metro de resisten cia al corte ¢' (~ngulo de fricci6n efectivo del suelo) y admitiendo una teor1a sobre el posible mecanismo de falla del conjunto pilote-suelo. Se admite que el an~lisis de capacidad de carga de pilotes y pilas puede basarse en el llamado enfoque estat~co, en el que las dos componentes de la capacidad de soporte, la carga por punta Qp y la carga por fr~cc~6n lateral Os' se calculan separadamente y se superimponen como sigue (ref 3.5): 13.6)
Q
72
donde
An y AS representan el
perfic1~ lateral del fuste,
~rea de contacto de 1a punta del pilote 0 pila y de 1a s~ respect1vamente, y q y f s la resistencia Gltima por punta
y por fr1cc16n lateral del pilote, respectivamen~e. Estos esfuerzos dependen de las ca racter1sticas de ~es1stencia y deformabilidad de los sue los y de la condici6n ioieial de esfuerzos de los estratos de auele involucrados, as! como de la forma, tamafio y pro piedades del material del pilote 0 pila y de su procedimiento constructivo. -
Algunos autores han sugerido que la ~~~~6tencia POk pun~a de pilotes 0 pilas en arena homog~nea debe ser proporcional a 1a presiOn vertical ioieial efectiva, Po a1 nivel de la punta del e!emento. 13.7)
En esta·expres16n N' representa el factor de capacidad de carga, para una cimentaci6n circular 0 cuadrada~ El factor Nq debe reducirse en 30%, cuando la pila es oblonga y can una relaci6n de largo a ancho superior a 5. Numerosas curvas te6ricas y semiemp1ri cas han sido propuestas para Nt como funci6n Gnica del !ngulo de fricci6n antes del hin cado (fig 3.1); las d1ferencia~ apreciables.entre los valores propuestos muestran la gran variedad de enfoques para atacar el problema. Sin embargo, Meyerhof (ref 3.6) pr~ pone una relaci6n semiemptrica entre Nq y el !ngulo de fricci6n $' para pilotes de se~ ci6n circular 0 cuadrp'da de ancho B, y para distintas relaciones de profundidad ObIS (fig 3.2) siendo Db la profundidad de penetraci6n dentro del estrato resistente, rel~ ci6n que proporciona valores que han resultado aceptables en la pr~ctica.
10 000
5 000 _ cr Z 0
C" 0
u
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"0
1000
"0 0
"0 U
0
500
0. 0
u
"
"0 0
u 0
.... 50
Angulo de friccion interno
Fig 3.1
4>'
Factores de capacidad de carga para cimentaciones profundas circulares (ref 3.5)
73
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0
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0
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Angulo de fricc ia'n interno
"
I 40
0. CD ",'
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I t- .0
"0
0
!
u
0 U.
Fig 3.2
"Oa
,
0
u u a "=.
Q) ';:
Cl: u
4'
4> " gradas
Factores de capacidad de carga y relaciones de pro fundidad cr1tica para pilotes hincados (ref 3.6) -
Investigaciones realizadas par Vesic (ref 3.7) han mostrado que la resistencia por pu~ ta est~ gobernada no par el esfuerzo vertical Po sino par el esfuerzo normal media 00'
°0
=
1 + 2 Ko 3 Po
(3.8)
en el que Ko representa el coeficiente de empuje en reposa. carga para un material granular puede expresarse como:
Par tanto la capacidad de
(3.91 siendo:
EI cAlculo del factor de capacidad de carga ~a para el esfuerzo normal media toma en cuenta el efecto de la deformabilidad del suelo antes de la falla, bas~ndose en un me canismo realista de falla. En la fig 3.3 se presentan los valores de No en funci6n del &n9ulo de resistencia al corte ~, y del !ndice de rigidez I r del suelo, el cual para condiciones no drenndas (cambia vOlumetrico nulo) est& dado par: E
2
(1 + vi
1 00 tan
(3.10 ) ~,
donde E es el m6dulo de deformaci6n y v la relaci6n de Poisson.
74
N6tese en dicha figura
la notable influencia del factor I r en la magnitud de No' para un mismo valor del ~ng~ 10 de fricci6n ~'. En el inciso 2.2.3 se discuten las pruebas de laboratorio que permiten deterrninar tanto $' como los par~metros de deformaci6n E y v. En la tabla A.2 del Ap~ndice A de la ref 3.7 se presentan valores t!picos del !ndice de rigidez I r , para distintos suelos.
600
---+-
b ".00 Z 0
0" 0
200
u
.
v "C "C 0
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0 0. 0
u
'00 80 60
I ---.-r
-,I,
L
40
20
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u
0 lL
I
I
E r r = 2( 1+ 1I)
I
,I
20
'0
25
II I tan
II
30
Angulo de frlCClo'n Interno
!
!
('"0
"
Fig 3.3
I
I
'0 8 6
0
i ---,--
"
-
4;'
40
4'
4>', grado,
Variaci6n del factor de capacidad de carga No en funci6n de I r y 4>' (ref 3.7)
Cualquiera que sea el criterio adoptado. sera conveniente verifiear el diseno con bas de carga.
pru~
La 6~~cc~6~ la~e~al f s se estima en forma similar a la resistencia al deslizamiento de un cuerpo r!gido en eontaeto con el suelo. Para arenas hornog~neas, esto impliea la su. posicion de que f s debe resultar proporcional a la presi6n par sobreearga efeetiva pr~ medio Ps a 10 largo de la superfieie lateral:
donde Ks representa el coeficiente de friceion lateral _(valor promedio del coeficiente de ernpuJe de tierra sobre el fuste) y tan 0 el coeficiente de fricci6n entre el mate rial del pilote y la arena. En la tabla 3.4 se presentan ~alores de Ks y 0 propuestos par Broms (ref 3.8) para p110 tes hineados. Estos valores taman en cuenta la compactaci6n inducida durante la insta laci6n del pilote; par ella, cuando se trate de pilas, deberan modificarse dependiendo de las caracter!sticas y control del procedimiento constructivo. Se recomienda verifi car el valor de Ks tan 0 can pruehas de carga. -
75
TABLA 3.4
valores de los coeficientes Ks y 6 para pilotes hincados (ref 3.8)
Material del pilote
Ks Arena suelta
Arena densa
6
Concreto
1.0
2.0
3/4 $
Acero
0.5
1.0
20'
Finalmente, cuando en el diseno se considere que la carga vaa transmitirse por el efec to eombinado de punta y fricci6n lateral. deber~ tomarse en cuenta que la proporci6n ae la carga soportada por punta variar~ en funci6n del tipo y geometr!a del pilote 0 pila, de las propiedade~ del suelo, del procedimiento de hincado 0 fabricaci6n y de la magni tud de la carga aplicada. Como la teorla convencional de eapaciaad~de carga est~ limitada a elementos cortos de longitud igual 0 menor de ~l~- 9~20 diAmetr~s) se han realizado experimentos a escala na tural y observaciones de campo que ~emuestran que las relaciones te6ricas antes deserT tas son v~lidas s6lo euando la punta del pilote est~ arriba de una cierta p~onundidad c~~tica Dc. Abajo de esta profundidad (generalmente mayor que 15B, siendo B el di~e tro del pilote), tanto la resisteneia par punta como la fricci6n lateral promedio arcan zan asint6ticamente valares Gltimos y permanecen pr~cticamente constantes en un dep6sito homag~neo de arena, debido a efeetos de compresibilidad del suelo, rotura de granos, arqueo y otros factoresi es decir, abajo de la profundidad critica, la capacidad de car ga es independiente de la presi6n per sobrecarga efectiva y s610 depende de las propiedades mec~nicas de la arena. En la mayor parte de los casos, la relaci6n Dc/B yarra entre 7 para ~ = 30 0 Y 22 para ~ = 45 0 (ref 3.6); para valores intermedios, la profundidad cr!tica Dc propuesta por Meyerhof (ref 3.6) para pilotes hincados en arena aparece en la fig 3.2 en funci6n del ~ngulo de fricci6n interna~. Sin embargo, en este caso en la determinaci6n de Dc no se toma en cuenta la influencia de la sobrecarga par encima de la capa de apoyo. La capacidad de carga pe~mi~ibte por punta para un pilote a pila individual de By longitud L p se calcula como sigue (ref 3.3): Para donde Para donde
Lp < Dc : Oa
I
=3
wB 2
{qp --4- +
fs ;z
wB Lp }
di~metro
(3.12)
qp y f s se calcu1an a la profundidad L p
Lp > Dc ' Qa
= 31
_B 2
(qp --4- +
~ wB Dc + f s 2
C3.13)
qp y f s se calculan a 1a profundidad crltica Dc .
En estas expresiones se incluye un factor de seguridad de 3 aplicado usualmente en ci mentaciones profundas. Algunos autores proponen que el factor de seguridad debe consi derarse en funci6n de dos componentes: una se refiere a la carga que se va a suponercomo base del diseno y la otra a la resistencia del suelo de soporte. Uno de estos cri terios establece la diferencia entre el llamado factor de incremento de la carga F c y el factor de reducci6n de la resistencia F r : en este caso, para la capacidad de carga bajo solicitaciones verticales se deber~ verificar que (ref 3.9): (3.14)
donde: suma de las aceiones verticales a tomar en cuenta para la cornbinaci6n de cargas mas desfavorables, afectadas individualmente por sus respectivos
76
factores de earga Fe R,
menor de los s1guientes valores: Suma de las capacidades de carga de los pilotes 0 pilas individuales Capacidad de carga de una pila equivalente a la envolvente del to de pilotes 0 pi1as
conju~
Suma de las capac1dades de earga de los diversos grupos de piloces 0 pi1as en que pueda subdividirse 1a cimentaci6n. Los valores Fe depender~n del grado de confiabilidad con que se estime cada una de las solicitaciones vertica1es. En cad a caso se aplicar~ el factor de resistencia F r correspondiente, al valor neto de 1a capacidad de carga ultima estimada. Para pilotes hincados en arenas:
c)
Fr
~
0.35 para la componente de resistencia por punta
Fr
~
0.45 para 1a componente de resisteneia por fricci6n lateral.
Capacidad de ca~ga &egun ta penet~aci6n e&td~ica can cono. La capacidad de carga perm1 s1ble de un pilote 0 pi1a en un suelo granular se puede calcular a part1r de los resul tados de pruebas de penetraci6n est~tica con el cono holand~s (inciso 2.1.4.3 a). La prueba de cono da los mejores resultados en limos y arenas de compacidad entre suelta y densa; no se puede realizar en gravas gruesas oi en arenas muy densas. El penetr6metro est~tico se asemeja a un pilote a escala reducida y cuando se hinca en un suelo homog~ neo sin cohesi6n, la resistencia a la penetraci6n se puede corre1acionar con 1a de unpilote de tamano natural instalado. La capacidad de carga ultima de un pilote individual en suelo granular se puede determi nar can (ref 3.3):
(J.1S) donde:
Qu
capacidad de carga ultima, ton
qc
resistencia promedio por punta de pruebas de cono, ton/m 2 ~rea de la secci6n transversal de la ounta del pilote, m2 (para pilotes de diametro mayor de 50 cm es recomendable utilizar el valor mfnimo de qc en vez del valor promediol
fs
fricci6n lateral promedio medida en prueba de cono, ton/m 2
AS
Area lateral del fuste del pilote, m2
Los resultados de las pruebas de penetraci6n de cono son m~s reproducibles que los de 1a prueba de penetraci6n est~ndar, par 10 que son nAs confiables. As!, el factor de se guridad que se aplica a Qu estA cornprendido entre 2.5 y 3 depenciendo del nUmero de pruebas de co no realizadas y de la variaci6n observada en los resultados de los ensayes, correspondiendo el valor mInima del factor de seguridad a un gran numero de resultados can una variaci6n menor de ~ 10% del promedio. d)
Capacidad de ca~ga 6egun p~ueba& de camp~. Como los m~todos descritos anteriormente es tan sujetos a errores debido a las dificultades en la determinaci6n de las propiedadesmecanicas de los suelos y a las limitaciones de los rn~todos mismos, se han desarrollado t~cnicas experimentales de campo, para determinar la ca~aeidad de pilotes y pi las me diante pruebas de carga. En todos los proyectos importantes es comun que se justifique econ6micamente efectuar pruebas de carga prelimioares en pilotes antes de llegar al diseno final, como una gula para seleccionar el tipo, longitud y capacidad de carga permisible de los cimientos; e~ tas pruebas se realizaran durante la etapa de construcci6n cuando el objetivo sea ver! fiear las hip6tesis de diseno. En obras pequenas, en las q~e se tiene un nUmero reduc! do de pilotes 0 pilas, generalmente es mas econ6mico usar un factor de seguridad conser
77
vador en el diseno de la c1mentaci6n, que efectuar pruebas de carga. La descr1pc16n de las pruebas de carga, los m~todos de prueba recomendados y la inter pretaci6n de los resultados se presentan en el capttulo 5. Para pilotes en suelos granulares se recomienda aplicar un factor de seguridad de 2.0 a 3.5 a la capacidad de carga Gltima. La selecci6n del factor de seguridad m~s adecuado depender~ del comportamiento observado en el pilote de prueba en cuanto a asentamientos y de la susceptibilidad a las deformaciones de la estructura que se va a cimentar. e)
Re6i6tencia a fa penet~aci6n del pilote. En algunos sue los granulares la capacidad de carga Gltima de pilotes hincados est~ sujeta a cambios con el tiempo; as!, en suelos s~ turados, tales como limos no cohesivos y arenas finas, la capacidad Qltima puede dismi nuir despu~s del hincado. A este fen6meno se Ie conoce como relajaci6n; se cree que el proceso de hincado ocasiona que el suelo bajo la punta del pilote se dilate generando pres10nes de poro negativas y una mayor resistencia temporal. Al disiparse dichas pre siones la resistencia disminuye yean ello la capacidad del pilote. Otro fen6meno que se puede presentar durante el hincado, es la licuaci6n temporal, 0 sea la reducci6n de la res1stencia al corte de arenas finas 0 limos situados bajo el ni vel fre~tico; esta situaci6n puede detectarse mediante pruebas de rehincado de pilotesen que la capacida~ de carga debe aUQentar con forme se d1sipe el incremento pe la pr~ si6n de poro inducida.
f)
Capacidad de callga de 91lUpOh de piloteh. La capacidad de carga de grupes de pilotes y pilas s610 se puede definir de una manera aproximada con algunos de los tres criterios que se describen mSs adelante; en todos los casos deber! comprobarse que la capacidad del grupo sea mayor que la carga total aplicada. Dichos criterios son: Admit1r que la capacidad del grupo es la suma de las cargas permisibles de los pilotes individuales Admitir el criterio de Terzagh1 y Peck (ref 3.10), que supone que la falla ocurrirS en un bloque definido por el pertmetro externo del conjunto de pilotes; la capacidad de carga se calcula entonces como una zapata grande, adicionSndole la resistencia per fric ci6n de los lados del bloque S1 el grupo de pilotes est~ apoyado en un estrato firme de espesor limitado que descansa sobre un dep6sito de suelo blando, la capacidad de carga Gltima del grupo estara dada por el menor de los valores siguientes: la surna de las capacidades de los pilotes indivi duales 0 la resistencia a la falla como cuerpo rtgido de una pila equivalente formada por el grupo de pilotes y la masa de suelo afectada; este altimo tipo de falla se produ ce por punzonamiento a trav~s del estrato firme hasta alcanzar el suelo blando subyacen teo Cualquiera que sea el criterio empleado, es un hecho conocido que la carga altima de un grupo de pilotes Q ' generalmente difiere_de la suma de las cargas altimas de los pil~ u tes individuales Lu u . A la relaci6n n = Ou/tou se Ie denomina e6icien~ia del gllUpO y para el caso de arenas depende de varios factores, siendo los mas importantes el proce dimiento de construcci6n, el espaciamiento entre pilotes y su longitud, as! como la com pacidad relativa inicial de la arena. De las pocas pruebas de carga a escala natural de grupos de pilotes en arena llevados a la falla y de los resultados de pruebas de modelos, se ha encontrado que frecuentemen te la carga altima de un grupo de pilotes hincados con separaci6n entre 2 y 4 diSmetros . entre centros, resulta mayor que la suma de las cargas Gltimas de los pilotes individua les, debido a la compactaci6n inducida que aumenta la fricci6n lateral; por su parte, la resistencia por punta no se ve afectada pr~cticamente por el efecto de grupo, aun pa ra espaciamientos pequenos entre pilotes. ~ebido a que la influencia de la compactacion indue ida no puede evaluarse en forma confiable, la carga altima correspondiente a un gru po de pilotes en arena no subyac1da por un estrato blando se debe tomar como la suma delas capacidade~ de carga de los pilotes individuales-(ref 3.6).
g)
Ahtntamien£o de piloteh individualeh, en a~ena. El cSlculo de asentamientos de pilotes basado en las propiedades el~sticas del suelo y del material del pilote es impreciso y de poco valor pr~ctico. Por ello, la estimaci6n de asentam1entos de pilotes se hace can ~todos emp!ricos 0 basSndose en pruebas de carga. En el' cSlculo de asentarnientos bas ado en correlaciones con pruebas de penetraci6n ~ebe preverse la pos1bilidad de variaciones en el nivel de aquas fre&ticas can el tiempo, que 'puede modificar la resistencia a la penetraci6n. Por otra parte, 51 el espesor de un 78
estrato de arena por debajo de la profundidad efectiva de desplante es menor que el an cho del c1m1ento y la arena sobreyace un estrato de roca, el asentamiento calculado se puede reducir en forma aproximadamente lineal con el espesor correspondiente del estr~ to. gl)
M~todo emp!rico de Vesi6.
Para el caso de pilotes hincados provocando desplaza~iento, el asentamiento de un pilote se puede calcular para niveles de carga normales con 1a f6rmula propuesta por Vesi~ (ref 3.11):
s
B
+ 6
1lllr
(3.16)
donde: S
asentamiento de la cabeza del pilote, em
B
di~metro
6
deformaci6n el!stica del pilote, em. pr!ctica suponer que:
del pilote, cm
~ AE
Es coman en la
x 10'
(3.17)
en la que:
g2)
o
carga aplicada al pilote, ton
A
~rea promedio de la secci6n transversal del pilote, em 2
Lp
longitud del pilote, m
E
m6dulo de elasticidad representativo del. material del pIlote, kg/em 2 •
Asentamientos segun la penetracI6n estandar. A partir de correlaeiones emp!r1cas en tre la re9isteneia a la penetraci6n est~ndar y 1a observacI6n de asentamientos de es tructuras apoyadas en cimentaciones superficiale9 y del an41191s de datos de campo,para arenas limpias se ha derivado 1a siguiente expresi6n (ref 3.6): S=9.2p,fff
(3.18)
N
donde S est~ expresada en em, B es el aneho del grupo de pilotes en m, p es la pr~ si6n neta transmitida por la eimentaei6n, en kg/em 2 y N es el nQrnero de golpes pro medio por eada 30 em de penetraci6n dentro de la zona de influencia del asentam1ento (profundidad aproximada igual a una vez el ancho del grupo de pilotes en sue los homo g~neos): para arena 11mo9a se debe usar e1 doble del valor correspondiente a 1a ex presi6n anterior. Para cimentaciones profundas continuas como muros colados de expresar como S
9.2pJB.r
~n
4~~U,
la ec 3.18 se
pu~
(3.19)
N
donde I es e1 factor de influenc1a de 1a penetraci6n efectiva del grupo, que a su vez est~ dado por
r siendo O' g3)
1 -
0' 8 B
~
(3.20 )
0.5
1a profundidad efectiva y B el ancho del grupo.
Asentam1entos segun la penetrae16n est~tica con cono. A partir de pruebas de pene traci6n est~t1ca de' cono (inciso 2.1.4 3a) se puede calcular e1 asentam1ento de cI mentac10nes piloteadas en 'un suelo saturado sin cohesi6~: 79
s
(3.21)
donde qc es la res1stencia promedio al cona
est~tico
dentro de la zona de influencia
del asentamiento. g4)
h)
Asentamientos segan pruebas de carga. Ya que el efecto del tiempo es generalrnente despreciable en las propiedades de los sue los granulares, los asentamientos observa dos durante pruebas de carga (cap!tulo 5) se pueden considerar como representativos del comportamiento a largo plazQ de un pilote.
A~entamiento de g4upO~ de pilote4, en a4ena. El asentamiento de un grupo de pilotes siempre resulta mayor que el correspondiente al de los pilotes individuales que consti tuyen el grupo; el coeficiente de proporcionalidad est& afectado par varios factores,siendo los m~s significativos el procedimiento de eonstrueei6n, el tamano y geometr!a del grupo y la compacidad relativa inieial de la arena.
Uno de los m~todos que se han empleado para ealeular el asentamiento de un grupo de p! lotes en arena 5 g , .fue propuesto por Skempton e~ al. (ref 3.12), en el que
.
"g S donde: S
asentamiento de un pilote individual, bajo la carga permisible factor de asentamiento de grupo; es funci6n de las d1mensiones del grupo y del espaciarniento entre pilotes, 0 de la relaci6n BID entre el aneho del grupo de pilotes y el di~metro de los pilotes (tabla 3.5). TABLA 3.5
Factor de asentarniento del grupo a
g
El asentamiento 5 de un pilote individual, bajo la carga permisible se can alguno de losgcriterios descritos en el inciso 3.2.1.2 g.
podr~
ealcular-
Debe tambi~n tenerse en cuenta que en los pilotes trabajando por punta en un estrato de arena cuando est~n sometidos a fricci6n negativa praveniente de un estrato superior de arcilla consolidable 0 de limo, la fuerza de arrastre por unidad de ~rea del grupo de pilotes debe incluirse como parte de 1a presiOn neta de contacto al calcular el asenta miento. i)
A&entamiento de pilote& if pila& coladoh in hitu, en a4ena. El asentamienta de cimien tos colados en el lugar se debe ados causas principa1es: 1a cornpresi6n de azo1ves de positados en el fonda del pozo antes del colada, y la deforrnaci6n del auelo cercano a 1a punta del pilote 0 pila; la primera es dif!ci1 de evaluar y par ella debe evitarse usando un procedimienta constructivQ adecuado. El asentarniento par deformaci6n del suelo ocurre en forma inmediata y se puede estimar como sfgue, previa determinaci6n de los m6dulos de elasticidad representativQs del sue 10 y del pilote 0 pila (ref 3.9):
EQL E e Ap
+
1.57
EQ Es
~
donde: 6
asentamiento
~~mediato
BO
(l-v')
(3.23)
IO L
comb1nac16n
m~s
desfavorable de cargas (por pilote
long1tud del pilote
0
0
pila)
pila
EC
m6dulo de elasticidad representativo del pilote (a largo plazo)
~
area de la secci6n transversal del pilote
Es
m6dulo de deformabilidad representativo del estrato de apoyo
v
0
pila
relaci6n de Poisson del estrato de apoyo.
En el caso de grupos de pilotes 0 pilas, debe tenerse en cuenta que 1a ec 3.23 no consi dera 1a rigidizaci6n de la arena por efecto del confinamiento. 3.2.1.3
Cimentaciones pro{undas en suelos cohesivos
El' campo de aplicaci6n de los
m~todos
de diseno de pilates puede dividirse en dos grupos
pri~
cipales: El d1seno prel~inar de cimentaciones grandes; en este caso es siempre recomendable efectuar pruebas de carga como parte del diseno 0 para ver1ficaci6n durante 1a construe ei6n E1 disefio definitivo de eimentaeiones pequefias, siempre que se adopten factores de seg~ ridad adecuados. En ambos casos se debe conocer 1a resistencia a1 corte del sue10 a corto plazo (no drenada). en que usualmente se presenta 1a condici6n cr!tica de comportamiento. Adem~s. en el diseno debe tenerse en cuenta que al hincar los pilotes se induce a1teraci6n del suelo que trae con sigo una p~rdida temporal de resistencia en algunos sue los y una reducci6n eorrespondiente en la capacidad de carga de los pilotes. En algunos casos, tales como en arcillas blandas sensitivas, el hincado puede dar lugar al remoldeo completo del suelo. trayendo como resulta do·la imposibilidad de continuar con la construcci6n. El efeeto de la alteraeiOn disminuye con el tiempo transcurrido despu~s del hincado a medida que se conso1ida el suelo adyacente a1 pilote, gener~ndose un aumento 0 una reducci6n en su capacidad de carga, dependiendo de si el suelo es normaLmente consolidado 0 preconso1idado, respectivamente. En easo de presentarse un incremento, ~ste ocurr~ m~s 1entamente alrededor de un pilote de concreto denso 0 de acero, que en uno de madera. Cuando se hinca un pilote en arcilla saturada 0 limo p1~stico de consistencia uniforme, y su punta no descansa en un estrato duro, la capacidad de carga del pilote generalmente se deriva de la fricci6n lateral 0 adherencia a 10 largo de su fuste. Sin embargo. en arci1las muy du ras se puede llegar a movilizar una resistencia por punta apreciable, que para el caso de pI lotes colados en el lugar y de pilas (ver inciso 3.2.1.3 g), puede representar la capacidadde carga total del pilote. La pr~ctica general para eva1uar la capacidad de carga de pilotes en arcilla es ap1icar el en foque de e66u~4z06 ~o~a!e6, es decir, tomar como base la resistenc1a al corte no drenada de 1a arcilla cu; para ella se han desarrollado correlaciones emp!ricas entre cu' la resistencia por punta y la fricci6n lateral de un pilote, aunque no han dernostrado en forma definitiva su eonfiabilidad. Por 10 anterior. algunos autores han propuesto el an~lisis en funci6n de es fuerzos efectivos como m~todo alternativo de c~lculo. a)
Capac~dad de ca4ga en a4cilla con C u < 10 ~on/m2. Un pilote hincado en una arcil~a eu ya resistencia al corte no drenada es menor de 10 ton/m 2 deriva su eapacidad de cargacasi totalmente de la adherencia 0 fricci6n lateral.
a1)
Esfuerzos tota1es. Es cornun calcular~la capacidad de carga altima Ou de un pilote hineado en una arcilla saturada homog~nea con la fOrmula (ref 3.3): (3.24)
donde: factor de adherencia determinado de la fig 3.4, para distintas condiciones de hincado resistencia a1 corte no drenada promedio del suelo a fuste, ton/m 2 81
~o
largo del
"
1.00
" " .c
0.75
"c
-
" "0 0
"
..... ....... .......
............
0.50
-
0.25
0
0.00
"0
-- , "............
-
2
"
lL
,
'-..
-1--------=
Arena,o gravo orenoso
L 20 B
1:;,;;;-;------
l' Arc ilia dura
, ·2.0
1.0
0.5
0
Reslstencio 01 corte no drenado c u ,kg/cm 2 O)Pilotes hincados a troves de are nos a grovos arenosas haste 10 are ilia dura
"
.'2
"c
~
"
.00 0.75
-
0.50
-
........-..
LL>20B
"0 0
"
"
......"
lL:10B
"0
E 0
lL
-
0.25 0.00
0
"\. Arcillo blonde
-------'--- ---------.
.c
---
,
,
,
0.5
1.0
1.5
I! Arcillo dura
2.0
Resistencio 01 corte no drenodo Cu ,kg/cm 2
b) Pilotes hincodos a traves de orc ilia blondo has to 10 orc ilIa duro
"
1.00
-,
.'2
"c
~
"
0.75
-
0.50
-
.c "0 0
"
-"
"0
lL
,
................
,
,"
')""",JL>40 B
L=IOBJ
0.25
E 0
-
0.00
0
"
' ......
" . . . _--_:..:.=.=-=-== "
,
,
,
,
0.5
1.0
1.5
2.0
~ B
/
A,c",adum
/
Resistencio 01 corte no drenodo Cu, kg/cm 2
clPiiotes sin estratos arriba de 10 arcilla dura NOTAS: 1. Los grcificos no son aplicobles a secciones H 0 en cruz ni a pilotes coladas in situ hincados a excavados Z.EI factor de seguridad no deb-era ser menor de 2.5 excepta pora disefios basodos en resultodos confiobles de pruebos de corgo
Fig .3.4
Factor de adherencia V~ resistencia al corte para distintas condiciones de hincado de pilotes en ar ·cilla dura (ref 3.3)
82
!rea lateral del fuste del pilote, m2
•
u
Los valores de a oseilan dentro de l!mites amplios y disminuyen r!pidarnente al aumentar la resisteneia al corte; para pilotes hincados a var!a en promedio de aproximadamente 1a unidad para arcilla blanda, a 0.5 0 menos en arcillas duras. La capaeidad de carga ultima que resulte de la ec 3.24 se debe confirmar con pruebas de carga. a2)
Esfuerzos efectivos. Inmediatamente despu~s del hincado de pilote, la adherencia es t~ dada pr!cticamente por la resistencia al corte no drenada de la arcilla remoldeada. Sin embargo, en etapas subsecuentes y sobre todo al final de la construcci6n de 1""a cimentaci6n, la fricci6n lateral de los pilotes estar~ gobernada por los par~metros efectivos de resistencia al corte drenada c y $1, de la arcilla remoldeada que ha fa llado muy cerca del fuste. En el caso de una arcilla saturada, la fricci6n lateral ultima se puede calcular aproximadamente a partir de la resistencia al corte drenada del suelo remoldeado suponiendo que la cohesi6n es nula. Por tanto, la adherencia s6lo depender! del ~ngulo de fricci6n efectiva $' entre la arcilla y el fuste del pilote: 1a capacidad de carga ultima Qu se calcula entonces con la expresi6n (ref 3.3) : (3.25)
donde: !rea lateral del fuste del pilote, m2 fr1cci6n lateral efectiva promed10 a 10 largo del fuste, ton/m 2
•
El valor promedio de t s se calcula a partir de los valores de la fricci6n lateral deter minados a distintas profundidades a 10 largo del fuste del pilote, suponiendo que:
t
s =
Po
Ko
tan
(3.26)
~I
en 1a que p~ es la presi6n efectiva por sobrecarga a la profundidad considerada y el coeficiente de empuje de tierra en reposo.
Ko
es
Este m~todo implica conocer Ko Y ~', siendo ambos par~etros dif!ciles de determinar. Sin embargo, resultados disponibles de pruebas (ref 3.3) indican que, para arcillas con C u menor de 10 ton/m 2 , poco preconsolidadas, el factor Kotan$' var!a entre 0.25 y 0.40. Para fines de diseno se puede usar un valor tIpieo de 0.3 por 10 que:
t
s
=
(3.27)
0.3 Po
Para obtener 1a capacidad de carga permis1ble del pilote se reeornienda aplicar un fac tor de seguridad rn1nirno de 2.5, siempre y cuando se realicen pruebas de carga durante la construcci6n de la cimentaci6n. De no hacer pruebas de carga, se deber~ ernplear un factor de seguridad m!nimo de 3. b)
Capacidad de
ca~ga en a~cilla can Cu > JO ton/m 2 • Un pilote hincado en arcilla que. 2 tenga una resistencia al corte no drenada mayor de 10 ton/m , deriva su capacidad de fricci6n lateral como de la resistencia por punta. carga tanto de la adherencia 0
La fricci6n lateral de este tipo de pilote ~o puede estimarse confiablemente, ya que se conoce poco sobre el efecto del hincado en la adherencia y sobre el !rea de contacto efectiva final entre arcilla y pilote~ Sin-embargo~ para un disefio prelirninar puede usarse la relaci6n mostrada en la fig 3.4. La componente de resistencia por punta se puede calcular con alguno de los m~todos con vencionales para cimientos superficiales en arcillas. Para el diseno final se recornienda determinar la capacidad de carga altima a partir de pruebas de carga.
c)
Capacidad de ca4ga de 9~upo~, en a~ci£la La capacidad de carga de un grupo de pilo tes hincados en una arcilla homog~nea no sujeta a fricci6n negativa, estando las cab~ 83
·u· \
.
z\ s d los pilotes por encima del terrena natural, puede definirse como e1 valor m!n1mo o· enodo con alguno de los sigulentes dos criter1os:
La" capac1dad de carqa del grupo es 19ua1 a 1a de un pilote individual multip11cada por e1 nGmero de pilotes . La capacidad de carga del grupe que se obt1ene mult1p11cando 1a capacidad de carga en 1a punta por e1 ~rea en planta de 1a envoI vente del grupo y s~ndole 1a fr1cci6n sabre
e1
~rea
lateral del volumen del grupo.
Usualmente se adopta e1 primer criteria ap11cando un factor de reducci6n que depende del espac1amiento entre pilotes (tabla 3.6); as!, para espac1am1entos de 2.5 a 4 veces e1
d1~metro
promedio del pilote, 1a ef1cienc1a del grupo se puede tamar 19ua1 a 70%.
TABLA 3.6
Factores de reducci6n de capacidad de carga para pos de pilotes en arcilla (K~risel, ref 3.5)
Factor de reducci6n
1
Espaciamiento en di& 10 metros de pilote
gr~
0.95
0.9
0.85
0.75
0.65
0.55
8
6
5
4
3
2.5
Es comGn en la pr~ctica despreciar los efectos de grupo en la determinaci6n de la ca~! cidad de carga de grupos de pilotes en arcillas con valores de C u arriba de 10 ton/m . d)
A4~nt«m~~n~o de pitot~4 ~ndividu«l~4, en a~ci!l«. Se considera que los pilotes trabajan aislados cuando el espaciamiento entre ellos es mayor de siete di!metros y su cabeza no est~ en contacto con el suelo. Las escasas observaciones de campo indican que el as en tamiento se produce principalmente por deformaciones locales por cortante a 10 largo del fuste del pilote en vez de por asentamientos debidos a consolidaci6n; por ello, en este caso se recomienda basar el analisis de asentamientos en pruebas de carga.
e)
A4entamiento d~ g~up04 de pilote~. en a~citla. Los movim1entos verticales de las cimen taciones profundas son principalmente asentamientos inmediatos que se presentan al aplf car la carqa y asentam1entos por consol1daci6n 0 diferidos, bajo cargas permanentes delarga duraci6n. Los asentamientos inmediatos son generalrnente despreciables comparados con los movimientos por consolidaci6n; el an~lisis que se describe a continuaci6n s610 cubre los asentamientos por consolidaci6n. Terzaghi y Peck (ref 3.10) propusieron un m~todo que eonsiste en suponer que la earga soportada por el grupo de pilotes se trans fiere ~l suelo a partir del tercio inferior de los pilotes (fig 3.5), admitiendo que Ta carga se distribuye en una pirAmide con lados inclinados 30° con la vertical; as!, a una c1erta profund1dad, el esfuerzo es igual a la carga soportada par el grupo dividida par el ~rea de la secci6n transversal de la pir~mide a ese nivel. El asentamiento del grupo de pilotes, ser~ por tanto igual a la compresi6n de 1a capa de espesor H bajo la distribu~i6n de cargas 1ndicada y se podra calcu1ar eon la expr~ si6n: 6H
H
I
+ eo
(3.28)
log
donde: 6H
asentam1ento, em 1ndice de compresibilidad, igual al cambio en la relaci6n de vac!os para un cicIo· logar1tmico de esfuerzo-aplicado, en la curva_e-log 0v
6p
incremento de presi6n efectiva, k9/crn 2 relaci6n de vac10s inieial
H
espesor del estrato compresible medido a partir del tercio los pilotes, ern. presi6n inieial efeetiva, 84
kg/crn~
inferio~
de
Q
I ,..---: I
I/rsupon.
L,
---
z
I
---0-,/3
a eSfo prof undldod
- -
- - -
I
.
I~
30°\
I
H
\
/
\
/ / /
/
",
\
Q :
\
81 X L1
\ \
/
\
1
\
l
k ;;t; ~l ;;J,;;),,:&. t'A },s;,3:« ,}:;;<;;1
//I
C_O_P_O_B~d,'_U:_~ ,'_
n
1
1;A\~
1\\ \
1
Fig 3.5
que 10
cargo esto oplicodo
\
Distribuci6n de esfuerzos bajo un grupo de pilotes de fricci6n en arcilla usanda el concepto de 1a zapata te6rica (ref 3.31
Esta formula considera 6nicamente los asentamientos debidos a 1a consolidaci6n primar1a; los debidos a consolidaci6n secundaria son dif!ciles de evaluar. f)
FJLicc.i.6n nega.t.i.va., en 4ltc.i.tta. Un dep6sito de arcilla sometido a un proceso de consoli daci6n, induce fuerzas de arrastre sabre los pilates que tienden a reducir su capacidaa de carga. Al fen6meno se Ie canace como fricci6n negativa y se presenta cuando el dep6
site estA sujeto a alguna de las siguientes condiciones:
-
Sufre abatimientos piezom~tricos debidos a la extracci6n de agua Soporta rellenos recientes y otras estructuras que sobrecargan la superficie Ocurre reconsolidaci6n de la capa de arcilla remoldeada alrededor de los pilotes. La fricci6n negativa es m&xima en arcillas con sensitiv1dad mayor de 3, que se consoli dan despu~s del remoldeo; en este caso todo el peso del material compresible entre los pilotes de un grupo se debe considerar como arrastre. En arcillas con una sensit1vidad de menos de 2 0 3, la consolidaci6n posterior al remoldeo provocada al hincar los pilo tes, est~ limitada a un volumen anular delgqrlo alrededor del pilote y el peso transferi do al pilote resulta pequeno. La fricci6n negativa se convierte en un problema de capac1dad de carga 5610 en el caso de un pilote de punta, ya que la carga transmitida al pilote aumenta, a la vez que dis rninuye el confinamiento del estrato de soporte, reduc1~ndose su capacidad de carga. En los casas de pilotes apoyados en suelos compresibles, donde la ~apacidad de carga est~ gobernada por la resistencia par punta y por la fricci6n 0 adherencia lateral, el pro blema de fricci6n negativa se puede clasificar como un problema de asentamiento. Cane sena1ar que algunos constructores intentan disminuir la fricci6n negativa aplicando re cubrimientos bituminosos 0 de tipo viscoso a la superficie de los pilotes.. La cimentaci6n de estructuras en sitios don de ocurre hundimiento regional se debe, dise
85
nar siguiendo a1guno de los siguientes criterios: La cimentaci6n se resuelve can pi10tes de fricci6n disenados para seguir e1 asentamien to regional; en es~e caso no hay problemas de funcionamiento de la estructura La cimentaci6n se apoya en pilotes de punta capaces de soportar el peso del edificio m~s la fricci6n negativa inducida; a 10 largo del tiempo se observar~ que la estructura emerge acorde a los asentamientos regionales La cimentaci6n se hace can pilotes que tienen un mecanismo de control de carga de corn portamiento elastopl~stico can carga de fluencia menor que la impuesta par la estructu ra (fig 3.6). En estas condiciones la cimentaci6n podr~ seguir los asentamientos delterreno sin emerger. El suelo queda sometido a la diferencia entre la carga transmiti da par la estruetura y la tomada por el pilote mediante los meeanisrnos de control. -
Meconismos de control de cargo
Cimentocl()n
o 0 [f
Pilote.s de punta fijo Nota: Las cabezas de los pllotes penetran libremente a traves de la c imenfac ion
Cargo
Deformac ion
0)
Fig 3.6
Cimentaci6n piloteada can mecanismos de control de carga, a) curva carga-deformaci6n idealizada (ref
3.13)
£1 rn~todo rn~s cornun para calcular la friccion negativa Tn' consiste en suponer que ra sue los cohesivos (ref 3.):
p~
(3.29)
donde: a e
u
factor de adherencia dado en la fig 3.4 resistencia al corte no drenada
Algunas observaciones en pilotes instrumentados han demostrado que la magnitud de la fricci6n negativa puede expresarse como una funci6n del esfuerzo efectivo como (ref 3.3):
86
P~
I< tan ~I
(3.30)
donde;
p' o
presi6n efectiva por sobrecarga inc1uyendo e1 esfuerzo deh1do a 1a parte conso1idada del re11eno
K
coeficiente de empuje de tierras, igual 0 mayor que KQ ~ngulo
pr~cticos,
Para fines
Tn
=
de fricci6n efectivo de la arci11a. se puede suponer que;
0.3
p~
(3.31)
Para el caso de suelos granu1ares tratados en e1 inciso 3.2.1.2 1a fricci6n negativa se puede expresar como:
""=
't'
n
1 - senzp 1 + senZ¢!
tan$ 0' z
en la que $ es el ~ngulo de fricci6n 1nterna del material y en el suelo a la profundidad z. £1)
donde As es el lidaci6n.
~rea
=
ai
es el esfuerzo efectivo
Para un pilote aislado la fuerza total F
En pilotes aislados. negativa ser~;
Fn
(3.32)
n
debida a fricci6n
(3.33)
Tn As
del pilote en contacto con 1a capa de arcilla en proceso de conso
En pilotes de fricci6n, la fricci6n negativa Ileva a 1a aparici6n de dos zonas con [ric ci6n de s1gnos opuestos (fig 3.7). E1 diseno debe entonces considerar que los pi10tespenetran en el estrato eompresible a 1a misma ve10cidad que el 11amado nivel neutro que separa ambas zonas y en el que no existe desplazamiento relativo pilote-suelo. La posi ci6n del nivel neutro puede deterrninarse por aproximaciones sucesivas hasta lograr quese curnpla la ecuaci6n (ref 3.9); Ou + F p
EQ + Fn
(3.34)
donde:
Qu
eapacidad de carga per punta sin factor de resistencia F r
Fp
fuerza total debida a frieci6n positiva, afectada por F r
1
F
fuerza total deb ida a friccion negativa, afectada por F r
1
n
[Q
combinaci6n de cargas permanentes sin factor de carga Fe'
Para evitar 1a emersi6n de la cimentacion, en e1 diseno debera verificarse que el n~ vel neutro sea suficienternente alto, sin que AOs asentamientos resulten excesivos. Es necesario incluir la fricci6n negativa actuante sobre los pilotes, es decir, las so licitaciones generadas en e1 fuste del pilote al colgarse e1 suelo de los mismos (£ig3.7), como parte de la suma de las aceiones vertica1es a tomar en cuenta para 1a comb! naci6n de cargas mas desfavorables (ec 3.14). f2)
En grupos de pilotes. Para grupos de pilotes, la fuerza maxima F n sobre un pilote esta limitada por el peso de la arcilla entre los pilotes, de manera que: (3.35)
87
donde: Sp
espaciamiento de pilotes
H
espesor del estrato de arcilla
y
peso
volum~tr1co
de la arcilla
Pilote de punta
I I I I E. troto compresible
"
H
en proceso de Consotidoc ion
j j j j
I j .. . .' .... : .
Fig 3.7 g)
Pilote de friccl()n
Friccion
negativa
h
j
I Nivel ! r t
j
I I
I . . .. .. ..
. '.:
':' .
, -,
I •I I I
neutro ..
\F';CCion
.. .. ..... ...
positivo . .. ..
Fricci6n negativa en pilotes (ref 3.9)
P.i.tote..1 tj p.i.td~ co-la.d06 en 6Ue.tOJ cO:le4.(.vo4. La fabricac16n·de pilotes 0 pilas de can crete coladas en el lugar a trav~s de arcilla, induce remoldeo y reblandecimiento considerable del suelo perimetral, can espesor del orden de 25 rom (ref 3.6). Las pruebas de carga de esos elementos han demostrado que no se produce aumento apreciable de la capacidad de carga con el tiempo, debido a que 1a conso11daci6n de 1a arcilla blanda adyacente al fuste es muy lenta.
gl)
Fricci6n lateral en funci6n de esfuerzos totales. La carga altima, basada en la adherencia entre 1a arcilla y el fuste del pilote, colada en el lugar, puede obte nerse de: c
A
(3.36)
ua s
donde: Of
fricci6n lateral filtima
As
~rea
c ua
lateral del fuste del pilote
adherencia altirna (en la
pr~ctica
c ua
=
0.3 a 0.4 c u ).
El valor de c ua est& afectado grandemente por 'el procedimiento de excavaci6n que puede ocasionar e1 remoldeo 0 el reblandecim1ento-~e la arcilla, as! como par -la estructura de la misma y en particular su grado de fisuraci6n. Se recornienda determinar c ua a partir de la m!nima resi5tencia al corte no drenado e u y limitada a un m&ximo de 10 ton/m 2 • g2)
Fricci6n lateral en funci6n de esfuerzos efectivos. Para calcular la fricci6n late ral de pilas 0 pilotes colados en el lugar se puede usar el mismo criteria que para pilotes hincados en arcilla (ec 3.25); sin embargo, como el coeficiente de empuje de tierras Ko depende grandemente de la historia geo16gica de cada arcilla en paE
88
1,1
ticular, el m~todo puede aplicarse s610 don de se haya determinado Ko con apropiados 0 evaluados de pruebas de carga. g3)
m~todos
Fuerzas de arrastre. La fricci6n negativa y las fuerzas laterales sfsmicas son dos de las fuerzas de arrastre mas importantes en el disefio y construcci6n de elementos que sopor tan cargas fuertes, como son los pilates y pilas de gran diametro colados en el sitio con perforacion previa. La friccion negativa ya se trato en el inciso f) y su efecto es aumentar la carga so bre la pila y reducir su capacidad de soporte. La segunda fuerza de arrastre ocurre en zonas sfsmicas; durante el movimiento del te rreno, el vastago de la pila es forzado a moverse con la masa del suelo y los des pIa zamientos diferenciales laterales que se producen en ~l, inducen fuerzas cortantes momentos flexionantes en sus extremos, y en el vastago mismo de la pila. Es necesa rio proporcionarle a la pila, la resistencia y rigidez necesarias para soportar es tas fuerzas, junto co~ las cargas verticales. ~
y
g4)
Resistencia por punta. La carga Gltima que pueden transmitir par punta las pilas y pilotes coladas en el lugar Op' se puede estimar a partir de (ref 3.3): N~
(3.37)
Cu Ap
donde: area de la seccion transversal de la punta del pilote valor mfnimo de la resistencia al corte no drenada de la arcilla al nivel de desplante de la punta del pilote
N'c
coeficiente de capacidad de carga que es funcion del diametro de la punta del pilote (tabla 3.7)
TABLA 3.7
Nc
Coeficiente de capacidad de carga para ci mientos colados en el lugar (ref 3.3)
N'c
Diametro de la punta <
0.5 m
9
0.5 a 1 m
7
> 1 m
g5)
6
Capacidad de carga. Las cargas permisibles en pilotes coladas en el lugar Oa, se de terminan de la combinacion de friccion lateral (Qf) y de resistencia par punta (Qp)despues de aplicar los factores de seguridad adecuados. La contribucian relativa de estas dos componentes de resistencia es funcian de la rigidez del pilote y de la com presibilidad de la arcilla alrededor del fuste y por debajo de la base del pilote. Si el suelo bajo la base tiene una compresibilidad igual 0 mayor que la del suelo al rededor del fuste, la carga permisible de~pilote se puede tamar como:
Qa
(3.381
=
Si el suelo bajo la base es menos compresible que el suelo alrededor del fuste, los movimientos relativos entre el fuste y el suelo ser~n generalmente demasiado peque nos como para movilizar la adherencia -total. En este caso se recomienda tamar como carga permisible en el pilote el valor dado par:
89
(3.39)~
Mientras que las f6rmulas anteriores se pueden considerar como cases lfmite, 1a dec! 516n de considerar 1a fricci6n lateral adem~s de 1a resistencia en 1a base, se deber~ tamar con precauci6n una vez que se hayan llevado a cabo pruebas de carga. Estas pruebas deben indicar 51 1a resistencia disponible es compatible con las deformacio nes, tanto alrededor del fuste como en 1a base, y definir cualquier posibilidad dereducci6n de 1a resistencia par fricci6n lateral con el tiempo. La selecci6n de 1a carga permisible se debe basar en el asentarniento permisible del pilote, determina do a partir de dichas pruebas.
g6)
Asentamientos. arcillas duras
Debido a su alta capacidad de carga, los pilates y pilas colados en (c u > 10 ton/m 2 ) generalmente se analizan" como pilotes individuales.
El anal isis de asentamientos de pilotes individuales en arcillas duras resulta diff eil par ahara debidp a que se cuenta can muy poea informaci6n sabre ejemplos del com portamiento de tales pilotes. En el caso de pilas apayadas en estratos resistentes, los asentamientos inmediatos (6) pueden estimarse con la ec 3.23 ( inciso 3.2.1.2 i). Si existe fricci6n negati va, el incremento de asentamientos correspandiente se ealculara ineluyendo como par te de [Q la carga por fricci6n negativa estimada. h)
P~toteo h~~~adoo ~e~~a de tade~ao natu~ateo. Se ha observado que a consecuencia del hincado de pilotes, las presiones de paro en exceso se distribuyen en la masa de ar cilIa hasta aicanzar considerables distanciasi cuando se hincan en la vecindad de un taIud, el aumento de la presi6n de para ha llegado a provoear la falia del talud (ref 3.31.
En caso necesario, las presiones de paro se pueden reducir 'empleando seeuencias de hin cado adeeuadas y realizando perfaraeiones previas. i)
8u6am~entoo du~an~e et h~n~ado de pitoteo. Al hi near los pilotes en arcillas, el vol~ men de suelo desplazado par el pilote generalmente acasiana un bufamiento en la super fieie del terreno. La experiencia (ref 3.3) ha demostrado que el volumen de expansion de la superficie del terreno es generalmente del orden de 40 a 60% del volumen del pi lote. Si este bufamiento es inaceptable, la perforaci6n previa es el metoda que usual mente se aplica para disminuirla.
j)
P~to~e4 en a~~~ttao expan&ivao. Los pilates en arcillas expansivas se utilizan para soportar las fuerzas de tensi6n que provoca la capa activa como resultado del praceso de expansi6n. El efecto de estas fuerzas en la integridad estructural de los pilotes a en las deformaciones de 1a cimentaci6n se debe tamar en cuenta en el diseno.
3.2.1.4
Pilotes en dep6sitos estratificados
Cuando se presentan estratos alternados blandos y firmes, Ia cimentaci6n profunda se disefia con los m~todos descritos en los incisos 3.2.1.1 a 3.2.1.3, prestando atenci6n a: La rigidez re1ativa y resistencia de las distintas capas penetradas por los pilotes (esta dara lugar a una evaluaci6n de las contribuciones relativas probables de estas capas a la capacidad del pilote) La estratigraf1a inmediatarnente abajo de 1a punta del pilote, que afecta la estabilidad y el asentamiento de grupos de pilotes. a)
Capac~dad de ca~ga en p~toteo de punta. En los pilotes que penetran a traves de capas de sue los _d~biles hasta alcanzar un estrato muy resistente, se admite que derivan su capacidad de soporte unicamente de la resistencia movilizada en dicho estrato de apoyo. Debido a las rigideces comparativamente altas del manto de apoyo y del pilote, los de~ plazamientos relativos del pilote y del suelo en las capas superiores son generalmente insuficientes para movilizar significativamente la fricci6n lateral.
b)
Capa~idad de ca~ga en un dep6~ito de do& ~apa~. Los pilates que penetran una capa de suelo blando de cierto espesor hasta llegar a un dep6sito profundo de material comp~ tente, tal como arena, derivan SU capacidad de carga de las resist~ncias por punta y por fricci6n lateral de la capa inferior unicarnente. El estrata superior se considera que 5610 contribuye a la capacidad del pilote aumentando la presi6n por sobrecarga que interviene en los c§lculos. "
En casos donde el estrata de apaya sea un suelo granular, la profundidad crftica defi 90
nida en el inciso 3.2.1.2 b c)
se toma a partir de la frontera superior de dieho estrato.
Pilote~ en dep6~ito~ muy e~t~ati6icado~. Los pilotes que se hincan a trav~s de dep6si tos estratificados pueden derivar su capac1dad de carga tanto de la fricci6n lateral como de la resistencia por punta. Sin embargo, la evaluaci6n de la importancia relati va de la fricci6n lateral y de la resistencia per punta es cliffe!l y puede hacer falta la verificaci6n con pruebas de carga.
Siempre que sea posible, los pilotes en dep6sitos estratificados deben hincarse hasta llegar a una capa can suficiente resistencia y espesor como para suponer que generan su capacidad de carga enteramente en ese estrato. En tales casas, la capacidad de carga se puede determinar de acuerdo can los m~todos propuestos en los incisas 3.2.1.1 a 3.2.1.3. Es necesario comprobar que la capa de apoyo se extiende par debajo de la e1e vaci6n de desplante propuesta para la punta del pilote hasta una profundidad 10 sufi cientemente grande como para garantizar la seguridad contra falla por punzonamiento-de la capa de apoyo en el material subyacente blando. El factor de seguridad contra falla por punzonamiento se .puede evaluar can el siguiente m~todo empfrico (ref 3.3). Se supone que la carga total Q sobre el grupo de pilotes se transmite al suelo a traves de una zapata hipot~tica localizada en la base del grupo de pilotes, distribuida pira midalmente con lades inclinados 30°con la vertical. El esfuerzo resultante q' e~ lafrontera super~r del estrato inferior d~bil se puede entonces calcular como se muestra en la fig 3.8. Cuando esta capa es un suelo cohesivo con una resistencia al corte no drenada igual a c u ' el margen de seguridad contra una falla por punzonamiento ser~ su ficiente si:
q' < 3 d)
(3.40)
Cu
A~en~amien~o de g4upO¢ de p~tote~. Los m~todos para evaluar los pos de pilotes presentados en los incisos 3.2.1.2 h) y 3.2.1.3 bles a grupos en dep6sitos estratificados siernpre que la capa de los pilotes se extienda hasta una profundidad cuando menos igual del grupo de pilotes por debajo de la base del grupo.
asentamientos de gru e) son tambi~n aplica apoyo de la punta dea tres veces el ancho
Donde se presentan capas alternadas de sue los compresibles y no compresibles subyacien do la punta de los pilotes, se supondr~ que el asentamiento se origina unicamente en las capas compresibles. La carga total Q sobre el grupo de pilotes se supone que se transmite y distribuye en el suelo como se indica en la fig 3.8; se calculan entonces los esfuerzos actuando sabre las capas compresibles par debajo de la punta de los pilo tes y los asentamientos correspondientes se determinan conforme a la ec 3.28 (inciso 3.2.1.3 e). Este tipo de an~lisis generalrnente sobrestima los asentamientos.
3.2.2
Solic~t~cione~ e~t~~ca~ ho~~zont~le~
Los pilotes verticales a menudo han de resistir cargas horizontales, adem~s de las axiales; en sue los densos los pilotes tienen una resistencia moderada bajo tales cargas. Las cargas laterales aplicadas a grupos de pilotes pueden ser tomadas ya sea por las componentes hori zontales de pilotes inclinados 0 por la resistencia lateral del sue10 alrededor de pilotes verticales. Las cargas horizon tales a los momentos actuantes sobre un pilote vertical son tornadas por la movilizaci6n de la resistencia en los suelos circundantes a medida que el pilote se flexiona. La capacidad de carga lateral de un pilote depende principalmente: ~e la resistencia del suelo De 1a rigidez relativa entre el pilote y el suelo Del efecto de cargas repetidas Del agrupamiento y espaciamiento entre pilotes
La rigidez de un pilote depende de SU geometria, del material de fabricaci6n y de las condi ciones de apoyo del p110te en la estructura y en el terreno. La carga horizontal repetitiva puede ocasionar compactaci6n lateral progresiva y desplazamien to del suelo, pudiendo ambos efectos resultar perjudiciales. Dichos movimientos pueden lIe gar a producir una flexi6n progresiva y la falla ultima de los pilotes. Si los pilotes verticales est~n sometidos a cargas horizontales de consideraci6n, los estra tos superiores de sue los deben ser capaces de resistir estas fuerzas sin que se presenten movimientos laterales excesivos; frecuentemente es necesario conectar la cabeza de los pilo tes con contratrabes horizontales para.lograr una resistencia suficiente. Si estas medidas 91
resultan insufic1entes
habr~
que 1nstalar pilotes 1nc11nados.
En casos de pilotes verticales somet1dos a cargas horizontales pequenas y transitorias, es co mun en la pr~ct1ca suponer que dichos pilotes pueden soportar cargas horizontales cuya magnitud sea 10% mayor que la carqa vertical permisible, sin que esto implique un an~lisis especIal o condiciones especiales de diseno.
f
a
I
I I es d e Grupo d e PIO
oncho B 'J 10rQo L
,
Limo Arena Arcillo
-
-
Arena
f-
Arcillo
Arena
J H'
"t',-,
/30
0
"
q'
\
_-,-/_/~I-LI....1......1..-,IL.JIL.JL.JI,-,I-.I.I-.I.I_\-,",
_
ArcillO: Resistencio 01 corte no drenoda c y
, q
a
~ ( B +1.15 H' I ( L + 1.15 H ' I
El grupa de pllates no folloro par punzonomienlo si q'~
Fig 3.8
3 Cu
Seguridad de grupos de pilotes contra falla por punzonamiento (ref 3.3)
La capacidad horizontal de pilotes verticales queda limitada por tres condiciones: De sobrepasarse la capacidad de carga ult~ma del suelo se generarfan movimientos hori zontales muy grandes de los pilotes y la falla de la cimentaci6n Los momentos flexionantes pueden resultar excesivos originando la 1alla estructural del pilote La deflexi6n en la cabeza de los pilotes puede ser demasiado grande para ser compatible can la superestructura. Los tres modos de falla deben considerarse en el diseno. Los ~todos actuales con que se cuenta para el diseno de cimentaciones piloteadas sometidas a cargas horizontales deben considerarse como emp!ricos. Los datos del suelo que se hacen
92
intervenir 11evan consigo un alto grade de incertidumbre; por tanto estas m~todos deben usa~ 5e con sumo cui dado y tomando debida cuenta de sus l1m1taciones. La mejor manera de determ1nar la res1steneia de pilotes vertieales bajo cargas laterales es por media de pruebas de campo en pilotes individuales 0 grupos de p11otes. Antes de pro ceder a tales pruebas, su casto deber~ compararse con e1 de usar otras soluciones de cimentaci6n para resistlr las fuerzas laterales, tales como pilotes inc11nados 0 tablestacas. 3.2.2.1
Grupos de pilates inclinados
Nunca deber& construirse una cimentaci6n que tenga todos los pilotes inclinados en una misma direcci6n. Se podr&n emplear 51 est&n inclinados en direcciones opuestas a en combinaci6n can pilotes verticales. El ~ngulo de inclinaci6n generalmente es menor de 30 0 con respecto a la, vertical, debido a problemas de instalac16n y superior 0 igual a 20 0 para ser eficiente. Cuando 5e empleen pilote5 inclinad05, debe considerarse que la capacidad de carga horizontal de los pilotes verticales no contribuye a la resistencia horizontal del grupo de pilotes, de bido a la restricci6n de movimientos laterales irnpuesta por los pilotes inclinados. 3.2.2.2
Capacidad de carga horizontal de pilotes verticales
Si la magnitud de ~s solicitaciones horizon tales 0 de una eornponente horizontal importante no justifiea el usa· de pilotes inclinados, deber~ verificarse para pilotes verticales que (ref 3.9):
(3.41) donde: componente horizontal de la combinaci6n de aceiones mas desfavorables en cuanto a solicitaciones horizon tales (por pilote) capacidad de carga del suelo bajo este tipo de solicitaci6n. a)
M~~odo~ ~e6~co~
de
di~eno.
Se deben eonsiderar tres problemas distintos:
Factor de seguridad contra falla del suelo de apoyo Magnitud de los movimientos de la cabeza del pilote y su influencia en el comportarnie~ to de la superestructura Magnitud de los momentos flexionantes en el pilote y su influencia en el comportamiento estructural del pilote. La dificultad principal encontrada en la aplicaci6n de estos m~todos es la evaluaci6n adecuada de las caracter!sticas del suelo, y en especial del m6dulo de reacci6n de la subrasante. Los pilotes verticales resisten las cargas horizontales 0 los momentos flexion~ndose hasta movilizar la reacci6n necesaria en el suelo circundante. El comportamiento de la cimentaci6n bajo tales condiciones de carga depende por tanto de 1a rigidez relativa en tre pilote y suelo,y la carga horizontal m~xima admisible est~ limitada por la m~xima reacci6n horizontal del suelo frente al pilote. De acuerdo con Broms (refs 3.14 y 3.15) la capacidad de carga horizontal de un pilote varia con la longitud del pilote y con las condiciones de confinamiento de la cabeza del pilote. En sue los sin cohesi6n:
(3.42) En sue los cohesivos: q Cu D (L p - 1.5D)
donde:
93
(3.43)
Pu
capacidad de carga altima horizontal, ton
y'
peso volum~trico efectivo del suelo, ton/m 3
Lp
longitud del pilote, m di~metro
o
del pilote, m
Kp
coeficiente de empuje pasivo del suelo
C
resistencia al corte no drenada de la arcilla, ton/m 2
u
•
Se relaciona el valor de K de acuerdo con la tabla presentada en la fig 3.9, para una interfase vertical entre sEelo y pilote. Para interfases inclinadas v~ase la ref 3.2. A los valores obtenidos con las ecs 3.42 y 3.43 se les puede aplicar un factor de re sistencia de 0.35 y O.S,-respectivamente. b)
Vi~eno ba~ado
en
pkueba~
de cakga.
Se deben tomar en cuenta los siguientes puntos:
Al aplicar las cargas horizon tales mediante gatos hidr~ulicos colocados entre las cabe zas de dos pilotes~adyacentes y embebidos en arcilla dura 0 suelo granular gr~eso, es necesario asegurarse que la separaci6n entre los pilotes probados sea mayor de 10 di~ metros de pilote. Si el espaciamiento es menor puede existir interacci6n entre los dos pilotes y los resultados de la prueba de carga pueden sobrestimar la carga P u En la mayor!a de los casos no basta con medir el desplazamiento horizontal de la cabeza de la pila en funci6n de la carga horizontal aplicada. Para poder evaluar adecuadarnen te el comportarniento el&stico del sistema pilote-suelo, resulta tarnbi~n necesario 1nstrumentar el pilote para la medici6n de momentos flexion antes 0 deformaciones Ya que las cargas horizontales transmitidas por las estructuras son generalmente de car~cter trans1torio (cargas de viento, sismo, etc.) puede ser necesario reproducir condiciones de carga c!clica simi lares en las pruebas. 3.2.2.3
Comentarios generales
1)
Si se t1enen que colocar pilotes inclinados en el per!metro de un &rea muy cargada sub yacida por sue los sujetos a asentamientos considerables, el riesgo de sobrecargar estos pilotes es considerable. Bajo estas condiciones es preferible evitar el uso de pilotes inclinados, 0 en caso necesario, reforzarlos.
2)
Se debe enfatizar que debido a variaciones en el alineamiento de pilotes inclinados, a los efectos del asentamiento diferencial del grupo de pilotes, a la rigidez de la cabe za del pilote, y a la dificultad para determinar con cierta precisi6n la magnitud de las cargas horizontales que se van a transmitir, las cargas aplicadas a pilotes inclina dos individuales difieren a menudo de las obtenidas con los an~lisis.
3)
El comportamiento de un pilote vertical, sometido a una carga horizontaf' depende de las propiedades del suelo cerca de la superficie (por ejemplo en los tres a cinco me tros superiores). Par tanto pueden ser importantes las variaciones estacionales del contenido de agua. Resulta ben~fico a veces remover el suelo superficial blando y sus tituirlo con una grava bien compactada. -
4)
La aplicaci6n repetida de cargas puede aumentar la deflexi6n lateral casi al doblede la correspondiente a carga constante.
5)
Si los pilotes se hincan en suelos granulares. la rigidez y el m6dulo de reacci6n del suelo aumentan.
6)
Existe una interacci6n considerable entre pi;otes muy cercanos de un grupo. Para tener la m~xima restricci6n lateral se recomiendan pilotes muy separados, hasta acho di~e tros de pilote en direcci6n de la carga y del orden de cuatro di~metros perpendicular mente a la carga. -
7)
Las deflexiones laterales de pilotes confinados son mucho menores que las de pilotes simi lares con cabeza libre.
3.2.3
P{tote~
de
ten&~6n
Las cimentaciones piloteadas deben a veces resistir fuerzas de tensi6n y se debe revisar tan to su resistencia a la extracci6n como su capacidad estructural para resistir los esfuerzos de tensi6n. Las tensiones pueden ser permanentes, temporales 0 accidentales. 9 4
~ .
-
Convene;on
de siOnos
8 p-
ep
Anc;lulo de friccio'n interne KOn·. 0 -p - 0
~ -
\~ 0 0 ..1 0.2
- 0.3
-
•
0.4 - 0.5 - 0.6 - 0.7 - 0.8 - 0.9 - 1.0
10· 1.42 1. 38 1.36 1. 32 1.28 1. 23 1. 18 1. 12 1.07 1.00
0.848
".
20·
25·
30·
35·
40·
45·
1.70
2.04
2.46
1.63
1.92
1.56
1.81
2.27 2.08
3.69 3.10 2.71 2.30
4.58 3.77 3.0'3
5.83 4.54 3.50
1.49 1. 42 1. 34
2.50
2.68
1.57 1.44
3.00 2.67 2.38 2.10 1.82 1.56 1. 32
1.92
2.02
0.557 0.296
1.99 1.56 1 . , '3 0.880 0.626 0.422 0.200
0.480 0.292 0.123
1. 25 1.15 1.06
0.961 0.749
1.69
1.30
1.17 1.03 0.895 0.637
1.89 1. 70 1. S1 1. 32 1. 14
0.97 0.803 0.520 -p
~\~
20·
-
1.09
0.882 0.686 0.404
30·
35·
40·
45·
4.62 4.12 3.66 3.23
6.55
9.73 8.00
12.06
3.41
0
1. 54
1.97
2.55
3.38
- 0.1 - 0.2
1.51 1.48
0.3 0.4 - 0.5 - 0.6 - 0.7 - 0.8 - 0.9 - 1.0
1.44 1.39 1. 3S 1.29 1.22 1.17 1.09 0.925
2.40 2.26 2.11
3.12 2.06
-
1.90 1.81 1. 73 1.64 1. SS 1 .45 1. 34 1.23 1.11 0.868
1.96
2.))
1.80 1.63 1.46 1.29 1. 12 0.797
2.08
2.80 2.41
1.82 1.57 1.33 1. 10 0.714
2.03 1.67 1.36 1.06 0.623
coso::)
0.996
0.991
0.984
0.976
0.965
2.59
p
-
-
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
-
O.B
-
0.' 1.0
COSO
10·
15·
1.59 1. 55 1.52 1.49 1. 44 1. 39 1.33 1. 26 1. 20 1. 12 0.956
2.08 2.00 1.91 1.83 1. 73 1. 64 1.52 1. 41 1.30 1.17 0.'317
0.991
0.980
0.764
1.48 1.06 0.731
2
'5·
\~
1.28 1.00
25·
10·
~
1.58
-
5.63
15.48
6.56
9.52
2.81 2.27 1.78 1.35 0.988 0.525
5.30 4.23 3.31 2.52 1.87 1. 32 0.895 0.425
7.11 5.36 3.94 2.82 1.94 1.27 0.776 0.327
0.953
0.939
0.923
4.81 4.09
, 45·
25·
30·
35·
40·
2.76 2.61 2.45 2.29 2.12 1. 95 1.76 1.58 1. ),9 1. 21 0.864
).78 3.48 3.19 2.90 2.61 2.33 2.03 1. 75 1.49 1.23 0.79'3
5.31 4.79 4.26 3.75 3.26 2.80 2.36 1.95 1.58 1. 23 0.724
7.97 6.86 5.86 4.98 4.16 3.42 2.76 2.16 1.65 1.20 0.64
12.63 10.39 8.51 6.89 5.49 4.30 3.27 2.42 1.72 1. 16 0.553
22.11 17 .22 13.26 10.16 7.65 5.62 4.02 2.77 1.82 1.10 0.466
0.'365
0.947
0.923
0.869
0.866
0.843
20·
p
Fig 3.9
Coeficientes de empuje pasivo de tierra (ref 3.3)
95
Las tensiones pueden deberse a la excentricidad en la apl1caci6n de carga de un grupo de pilo tes, 0 en el caso de estructuras h1dr~ulicas, a una subpresi6n h1drost!t1ca en exceso del peso propio de la estructura. En ch1meneas, edificios altos, tanques elevados y puentes bascu lantes levantados pueden generarse tensianes par efecto del viento. Asimismo, la expansividad de las arcillas preconsolidadas puede ser motivo de esfuerzos de tensi6n en pilotes. El levantamiento est~tico se puede tolerar en aquellos casos donde se pueda confiar en la ten si6n sin que se presenten movimientos excesivos. La fuerza del levantamiento sobre una estructura se transmite al pilote por adherencia entre la superficie del pilote y el concreto 0 con un anclaje mec~nico. Cuando la fuerza de ten 516n resulte mayor que la res1stencia que puede desarrollarse por adhereneia, se debe emplear un anelaje mec~nieo. 3.2.3.1
Capacidad de carga a la tensi6n de pilotes individuales
a)
P~to~e~ de 6u6~e 4ec~o. -El fuste de los pilotes generalmente tiene secci6n transversal constante. La resistencia ultima a tensi6n del pilote es igual a la fricci6n lateral desarrollada a 10 largo del v&stago. La fricc16n lateral se supone que es igual a la componente de capacidad de carga del pilote calculada como se indica en los incisos 3.2.1.2 y 3.2.l.~, para suelos granulares y cohesivos respectivamente. En este caso se aplican los mismos coeficientes de seguridad.
b)
P~lo~e6 de 6ecc~6n va~able. Cuando los pilotes se construyen primordialmente para r~ sistir fuerzas de tensi6n, es com~n en la pr~ctica aumentar la resistencia a la extrac ci6n dejando en una 0 m~s de las secciones transversales un di~metro mayor que el di&me tro promedio del pilote; como ejemplos se tienen los pilotes de base ensanchada y los pilotes tipo tornillo.
Para dichos pilotes, la resistencia Oltima a la tensi6n est~ dada por la fricci6n late ral a 10 largo del fuste, as! como por la resistencia mav11izada par encima de las secciones de mayor di~metro. Esta ultima componente se puede tomar como la resistencia par punta estudiada en el inciso 3.2.1.2. c)
Mediante p4ueba~ de ea4ga. Cuando la capacidad de carga a tensi6n de los pilotes es una limitante importante para el diseno de cierta estructura, se recomienda determinar esta capacidad con base en resultados de pruebas de carga a tensi6n y a escala natural, que perroitan ade~s analizar los efectos difer!dos en el tiempo. La capacidad permisible a tensi6n se debe calcular a partir de la resistencia a la extracci6n afectada par un factor de seguridad de 2.
3.2.3.2
~ltima
Capacidad de carga a la tensi6n de grupos de pilotes
La capacidad de carga a la tensi6n de grupos de pilotes, se toma como el menor de los dos va lores siguientes (ref 3.3): La suma de la resistencia a tensi6n de los pilotes individuales del grupo La suma de la resistencia al corte movilizada a 10 largo de la superficie lateral de la envolvente del grupo ~s e1 peso total del suelo y de los pilotes individuales del gr~ po. 3.2.4
Fue4za6
dmb~en~ale~
De acuerdo con Zeevaert (ref 3.13), la filosof!a de las cimentaciones piloteadas deber!a in cluir .tambi~n los problemas inducidos por fuerzas de arrastre, definiendo como tales a aqu! lIas que se generan par condiciones ambientales diferentes de las fuerzas verticales u hori zontales que obran sobre los pilotes a causa de las cargas muertas y vivas nominales de laestructura. En general, el ingeniero de cimentaciones profundas disena un pilote con un deterroinado fac tor de seguridad para obtener una resistencia satisfactoria por punta, fricci6n lateral a a~ bas. En muchos casos el disenador no considera las fuerzas ambientales a las cuales la eimen taci6n de los pilates puede quedar sujeta a trav~s del tiempo, 0 en varias ocasiones durantesu vida util. Los m~todos de construcci6n de pilates pueden sertambi~n importantes de consi derar. Las fuerzas ambientales que pueden tener influencia apreciable en el comportamiento de una ci mentaci6n piloteada son: 1)
Fuerzas ejercidas por los movimientos del hielo, la nieve y la cangelaci6n del aqua
96
2)
Fuerzas que sobre los p1lotes ejerza el aqua en movim1ento r~pido 0 durante avenidas cn que los r!os arrastran diversos materiales, sobre todo en estribos y apoyos de puentes.
3)
Hundimientos regionales de la superficie del suelo y reducci6n de la capacidad de carga de pilotes de fricci6n cuando se us an cimentaciones piloteadas en zonas de sue los colae sables de origen e6lico, al aumentar la humedad 0 al saturarse.
4)
Cuando en sue los arcillosos de tipo expansive se hincan pilotes, cabe esperar que que den sujetos a fuerzas importantes de expansiOn debido a un aumento de humedad, pUdi€~ dose reducir la capacidad de punta.
5)
Presiones del aqua que ejerce el oleaje en cimentaciones de pilotes en costas y formas marinas.
6)
En regiones sometidas a fuertes vientos huracanados se producen fuerzas laterales en la superestructura que a 5U vez se transmiten a la cimentaci6n de pilotes.
7)
La fricci6n negativa motivada por hundimientos regionales: a) por abatimiento de los niveles piezom~tricos b) por sobrecargas adyacentes a la cimentaci6n piloteada que se colocan en la superf! cie del suelo (inciso 3.2.1.3 f) .
8)
Las fuerzas din~icas laterales que se generan por interacci6n suelo-pilote por efeeto de oodas s1smicas de cortaote.
9)
Fuerzas cortantes y momentos de volteo producidos en la subestruetura por movimientos fuertes del terreno de origen s!smico.
10)
La reducci6n de la capacidad de carga de pilotes friecionantes cuando son hincados en suelos no cohesivos finos, deb1da a ondas slsmicas compresionales y transversales que inducen un incremento de las presiones de poro.
11)
Otras fuerzas ambientales importantes se relacionan con la degradaei6n del material constitutivo del pilote. Los pilotes de madera se deterioran al ser ataeados por termi tas y otros insectos que reducen y hasta anulan su vida atil. Los pilotes de coneretopueden estar sujetos a alteraeiones por aguas ~cidas 0 salinas y se puede producir co rrosi6n del acero de refuerzo a trav€s de grietas fin as en los pilotes de concreto ar mado. Esta acci6n, s1n embargo, se evita si se usan pilotes presforzados. Los pilotes de acero est~n sujetos a fuerte eorrosi6n al n1vel de y sObre las aguas superficiales.
plat~
•
La mayor parte de las fallas de cimentaciones piloteadas que se reportan es debida principal mente a fuerzas ambientales, que se han subestimado 0 no se han tornado en consideraci6n, pen sando que el factor nominal de seguridad ser1a sufieiente para absorberlas. Sin embargo, la mayor!a de estos factores no se puede evaluar y ni siquiera calcular aplicando an~lisis y mo delos matemAticos; debemos usar de nueva cuenta reglas emp!ricas basadas en experiencias pre vias tomando adem~s en cuenta el proceso constructivo. En estas condiciones la instrumentaci6n de campo de cimentaciones piloteadas es importante. 3.2.5
So!~c~tacione~
dindmica6 en
pi!ote~
Al disenar cimentae10nes sujetas a cargas d1n~micas, se debe determinar la respuesta de la ei mentaci6n, expresada como esfuerzo, deformaci6n, deflexi6n, etc., y compararla con el crit~ rio de diseno adoptado. Para estimar esta respuesta se deben considerar tres puntos irnportan tes entre muchos otros: -
1)
La definici6n de las cargas aplicadas directamente a la cimentaci6n (cargas de maquina ria, fuerzas de oleaje, hincado de pilotes) y de las eargas aplicadas a la eimentaci6n a trav~s del suelo (eargas s!sm1cas, explosiones y fuentes de vibraei6n ligeras).
2)
El empleo de m~todos adecuados de an~lisis.
3)
La selecci6n de los par&metros del suelo y de la cimentaci6n para emplearse en el an~li sis.
E1 estudio detallado de estos t6picos queda fuera del alcanee de este cap1tulo. maci6n podr~ obtenerse en las refs 3.16 y 3.17.
97
Mayor info!
3.3
DISE~O
3.3.1
ESTRUCTURAL
rnt4oducc~6n
Los pilotes para apoyo de cimentaciones generalrnente se clasifican de acuerdo con el material de que est~n hechos, a saber: madera, concreto y pilotes compuestos (inciso 1.1.2). En el diseno estructural de una cimentaci6n debeo tenerse en cuenta, en el grade en que sean significativQs, los siguientes factores:
Capacidad de carga del material de apoyo (suelo 0 roca) Deformaciones del Buelo, inmediatas y dlferidas Resistencia y rigidez de la subestructura Resistencia y rigidez de la superestructura Los pilotes debeo ser capaces de resistir sin danarse: 1)
El aplastamiento bajo cargas verticales
2)
El aplastamiento por impacto durante el hincado
3)
Esfuerzos
4)
Tension debida a fuerzas de suupresi6n, bufamiento del 5uelo 0 rebate durante el hinca
duran~
el manejo
do
5)
Fuerzas horizontales que ocas1onen flexi6n
6)
Fuerzas excentricas que causen flexiOn
7)
Momentos flexionantes por curvatura
8)
Efecto de columna en los tramos sin soporte lateral del terreno en contacto con aire, agua 0 lodo muy fluido.
Las pilotes deben tener un &rea suficiente tanto lateral como en secci6n transversal para po der transferir la carga al estrato de suelo seleccionado en el caso de pilates de friccion,y suficiente area en la base si son pilotes trabajando por punta. En el diseno estructural de una cimentaci6n puede seguirse el procedimiento
b~sico
siguiente
(ref 3.17),
1°
Calculense las fuerzas y momentos transmitidos a la cimentaci6n por la superestructura.
2°
Suponganse unas dimensiones para la cimentaci6n (el &rea de cimentaci6n debe ser tal que bajo las cargas y momentos que la estructura transmite a la subestructura, no se exceda la capacidad de carga calculada del terreno).
30
5u?ongase una distribuci6n de presiones de contacto entre la subestructura y el suelo en su caso, en el sistema formado por el suelo y los pilotes, que cumpla con las con diciones siguientes:
0,
Existe equilibrio local y general entre las presiones de contacto, las fuerzas internas en 1a subestructura y las fuerzas y momentos transmitidos a ~sta par la 5uperestructura Los hundimientos diferenciales, inmediatos m§s diferidos, calculados con la presi6n de contacta supuesta actuanda sobre el terrene y los pilates, son menores que los tolera dos par la superestructura Los asentamientos diferenciales, 1nmediatos mas diferidos, calculados con la presi6n de contacte supuesta actuando sobre la eornbinaci6n de superestructura y subestructura, son menores que los permis1bles. 51 no se cumple alguna de las condiciones anteriores, debe suponerse otra distribuci6n de pr~ s10nes de contacto y repetirse ~el- proceso. ·-La distribuci6n supuesta que satisfaga los tres requisitos mencionados puede usarse para el diseno estructural de la cimentaci6n. Como alternativa, el diseno puede basarse en esfuerzas admisibles en el terreno bajo las car gas de trabajo. Los esfuerzos permisibles, en 10 que se refiere a evitar la fa11a del suelo por corte, se determinaran a partir de la capacidad de carga calculada para el suela de ap~ yo. Los esfuerzos admisibles, por 10 que toea a ev1tar hundimientos excesivos, deben determ! narse en cada caso particular, de acuerdo con el tipo de suelo y la forma y area de ciment~ cion probable. Una vez que se ha determinada el esfuerza admisible en el terre no, sea per falla del suelo
98
0
P9r control de hundimientos, pueden calcularse el &rea de cimentac16n y las rigideces de la subestructura de modo que no exceda ese valor adm1sible. Para 10 anterior, ser~ aceptado su poner que el suelo es un medio el!st1co y continuo (semi-infinito), 0 que est~ formado porresortes el~sticos independientes entre sf (reacci6n de la subrasante). En estas condicio nes, se podr~ realizar el an~lisis del conjunto suelo-subestructura, es deeir, ser~ posible apliear las solueiones de vigas y plaeas sobre cirnentaciones el~stieas. Cuando la soluei6n analftiea no exista, 0 sea muy diffe1l de obtener puede reeurr1rse a soluciones num~ricas, ernpleando por ejemplo, el m~todo de elementos finitos.
3.3.1.1
Capaeidad estruetural de pilotes y pilas
Los pilotes y pilas se disenar~n con los proeedimientos y los factores de seguridad incluidos en las normas aplicables de diseno estructural de concreto, aeero 0 madera, segGn el easo. Los pilotes se deben seleccionar considerando en
t~rminos
generales los siguientes factores:
1)
Longitud necesaria de pilotes
2)
Tipo de superestructura
3)
Disponibilidad de materiales
4)
Cargas estructurales
5)
Factores que originen el deterioro
6)
Programa y £acilidades de mantenimiento
7)
Costo estimado de los dist1ntos t1pos de pilotes, tomando en euenta el costa inieial, esperanza de vida y costo del mantenimiento~ y
8)
Presupuesto disponible
•
En la mayor1a de los casos, la capacidad de carga de una cimentaci6n profunda est~ gobernada par la resistencia del suelo m~s que par la resistencia estructural del conjunto. En t~rminos generales, se puede deeir que la instalaci6n e inspecci6n de un elemento de una cimentaci6n profunda es menos controlable que la de un elemento similar de la superestruct~ ra, y que las condiciones del medio ambiente en una cimentaci6n profunda son potencialmente m~s daninas que en la superestructura. Por esta raz6n, se recomienda limitar la carga e~ tructural permisible de una cimentaci6n profunda a un m&ximo de 80% de la correspondiente a un elemento comparable en la superestructura. Los pilotes totalmente enterrados en los que la fuerza lateral actuante de diseno no ex cede del 5% de la carga axial de diseno, pueden disenarse como sujetos a carga vertical, consid~ rando una excentricidad accidental igual a 0.05 h > 2 em, don de h es la dimensi6n del pilote en la direcci6n e~ que se considera la flexi6n. Se recomienda que un pilote se disene de modo que pueda resistir la carga que cor responde a la m~xima capacidad del suelo para ese pilote. Puede omitirse la revisi6n por pandeo, excepto cuando el suelo tenga una rigidez lateral su mamente baja, 0 cuando el pilote se encuentre parcialmente fuera del terreno. En aquellostramos sin soporte lateral, los pilotes deben disenarse como columnas sujetas a carga axial y a cualquier otra fuerza lateral actuante. Deber~n
considerarse los efectos de las siguientes acciones para el diseno estructural (ref
3.17) , Fuerzas transmitidas por la superestructura. AdemAs de la carga axial deber~n incluiE se, cuando sean significativos, los mementos flexionantes y las fuerzas laterales apl~ cados en el extrema superior del pilote . Los efectos del peso propio del pilote y de la fricci6n, negativa 0 positiva, desarr~ llada a 10 largo del fuste En pilotes prefabricados deber~n. adem~s, revisarse las condiciones de esfuerzos duran te el manejo, el transporte y el izaje, as! como las que se presenten durante el hinca do. 3.3.1.2
Separaci6n entre pilotes
Para definir la separaci6n entre pilotes se deben tamar en consideraci6n las caracter!sticas
99
del suelo as! como 1a longitud, tamafio, forma y rugos1dad superficial de los pilotes. 51 los pilotes est~n muy juntos no 5610 5e reducir~ la capacidad de carga de cad a pilote, sino que tambi~n se tendra e1 rie5go, durante el hincada subsecuente de.pilotes, de bufamientas en la cimentaci6n y de 1evantamienta u otro tipo de dana en los pilotes ya insta1ados. El espaeiamiento m1nimo entre centros no deber~ ser men or de dos veces e1 diametro del pilote a 1.75 veees su dimens16n diagonal y no menos de 60 cm para pilotes apoyados en roca 0 79 em para pilotes hincados en sue1os. Otras recomendacione5 establecen que los pilotes de punta se separen no menos de tres di~metros de pilote centro a centro y que los pilotes de fricci6n, dependiendo de las caracter!sticas de los pilotes y del suelo, est~n espaciados un m!nimo de tres a cinco di~metros de pilote. La elevaci6n y posici6n de cad a pilote se debera determinar despu~s del hincado para poder es tableeer si alguno de elIas ha sido levantado 0 empujado lateralmente durante el hincado subsecuente de pilotes adyacentes. 3.3.1.3
Manejo de pilotes
Deberan preverse las condiciones de carga a que estara 50metido el pilote durante su manejo desde la cama de colada hasta su posici6n de hincado. En la fig 3.10 5e indican las distri buciones de momentos ocasionados par las practicas comunes de trans porte e izado (ref 3.17). En ocasiones se utili zan dispositivos de izado (igualadores) que distribuyen las eargas en tres puntos a 10 largo del pilote.
c
q es el peso del pilote
Fig 3.10
3.3.1.4
Momentos flexionantes debidos a1 transporte e izado de pi1ote5 (ref 3.17)
Esfuerzos din&mieos durante e1 hincado
5e aceptar& que los esfuerzos dinamieos debidos al hineado danar~n unieamente e1 extrema s~ perior del pilote. En -pilotes de concreto reforzado se reeornienda absorber estes esfuerzos con una longitud adieional de pilote, 1a eual se destruye despu~s del hineado; esta 10ngitud ser~ como m1nirno de 1 m. En casas en que sea neeesaria 1a determinaci6n de los esfuerzos debidos al hincado, se resol ver~ la ecuaci6n de onda (ref 3.3) can la eua1 5e representa la variaei6n de esfuerzos y deformaciones en e1 pilote debido al impacto del martinete. Este tipo de an~lisis queda fuera de los objetivos del presente manual.
100
3.3.2
Pilote~
3.3.2.1
d£
made~a
Uso de pilotes de madera
Los pilotes de madera son partieularmente adeeuados para trabajar como pilotes de fricei6n en arenas, limos y areillas. No se recomienda hi ncar pilotes de madera a trav~s de grava "densa o hasta la roc a ya que son vulnerables a danos en la eabeza y en la punta durante el hincado. Comunmente, los pilotes de madera se emplean para profundidades eomp~endidas entre 6 y 16"m, con di~metros de 20 a 40 cm, correspondientes a las dimensiones reales de los troncos de ~r bol disponibles. Tienen un peso relativamente liqero en comparaei6n con su resistencia, se manejan f~cilmente y su costa inicial es comparativarnente bajo en sitios donde abunda la made ra. Resulta diffeil empalmar tramos de pilotes de madera. Cuando se recortan por debajo del nivel fre~tieo 0 cuando estAn permanentemente sumergidos, los pilotes de madera tienen una duraei6n indefinida y no necesitan tratarse, eua"tquiera que sea la ealidad del aqua subterrAnea. Cuando no est~n constantemente sumergidos 0 cuando es t~n expuestos al ataque de inseetos barrenadores marinos 0 de termitas, se deben tratar para darles protecci6n y evitar Sll deterioro. En M~xico se emplean ahora muy poco los pilotes de madera, usAndose generalrnente en cimenta ciones de carActer temporal 0 que van a quedar perrnanentemente sumerqidas. 3.3.2.2
Diseno estruc\ural
Los pilotes de madera generalmente se emplean para cargas axiales y laterales comparativamen te bajas y euando las condiciones de cimentaci6n 1ndiquen que no se danar~n con el hincado.Las eargas de diseno pueden variar entre 10 y 50 ton. Los pilotes de madera deben estar bien atiesados arriba de su empotramiento en el terreno na tural 0 arriba del nivel del aqua. S1 se hincan a trav~s de aqua, la parte por eneima de la 5uperficie se puede rigidizar con atiesadores diagonales y las partes sumergidas disenarse como columnas libres. La siguiente ecuaci6n para determinar los esfuerzos de fibra f en pilotes de madera de di~e tro d y lonqitud i, actuando como columnas, as! como tamb1~n a flexi6n compresi6n, se bas en un esfuerzo permisible de trabajo de 70 k9/cm 2 para madera humedecida permanentemente (ref 3.16) .
y
t
a
(3.44 )
f = 70 (1 - 60d
Ningun pilote que tenga una longitud sin soporte mayor de SOd se debe usar como columna. De be considerarse una secei6n reducida en las f6rrnulas para tomar en cuenta el efeeto de desco~ posiei6n y abrasi6n. 3.3.3 3.3.3.1
Uso de pilotes de concreto preeolados y pre tens ados
Debido a su alta resistencia estructural y a la gran variedad de tamanos posibles, los pil~ tes de concreto precolados y pre tens ados poseen una amplia gama de valores de eapacidad de carga. Entre sus ventajas pueden mencionarse las siguientes: Son adeeuados para usarse como pilotes de fricei6n euando se hinean en arena, grava 0 arcilla Sopor tan grandes cargas euando se emplean como pilotes de punta Son adecuados para resistir fuerzas de tensi6n cuando as! se disenan Son adeeuados para hincarse en sue los que contienen boleos cuando se disenan para ello Se han usado en longitudes hasta de 20 m si son pilotes precolados sin empalmes, hasta de 40 m si son presforzados y sin empalmes, y hasta profundidades ilimitadas euando cuentan con dispositivos de empalme Se puede lograr resistencia a la corrosi6n si se construyen con eementos adecuados Son inmunes al ataque de insectos barrenadores marinos y de termitas Son resistentes al fuego cuando sobresalen del terreno natura"l. Las secciones transversales t!picas de estos pilotes son cuadradas, hexagonales, octagonales, ochavadas, triangulares y circulares pudiendo ser constantes a todo 10 largo del pilote 0 de seeei6n variable y generalmente tienen punta en su extremo inferior. Las dimensiones pueden variar entre 20 y 60 em medidos diaqonalmente, 0 alcanzar hasta 60 em de di~etro s1 son de seeei6n ci11ndriea. En este ultimo caso los pilotes pueden ser de secci6n hueca 0 presforzados si el diAmetro es
101
grande.
Los p110tes c11fndricos son sobre todo adecuados para res1st1r mementos flex1onantes.
Entre las desventajas de los pilotes precolados se tiene la necesidad de grandes superficies de colado para au fabricaci6n y un cierto t1empo de curado durante el a1macenaje, asf como de equipo pesado para su manejo e h1ncado. Adem~s, ya que es diffcil prefijar 1a longitud reque rida, se incurre en costos adicionales para cortar los pilotes demasiado largos 0 para comple tar aqu~llos que resulten muy cortos. A menos que est~n pretensados, son vulnerables al man~ jo, pero por otro lado los p1lotes pretensados son dif1ciles de empalmar. Al hincarlos se produce un desplazam1ento considerable del suelo. 3.3.3.2
Diseno estructural
Los pilotes se deben reforzar con acero para resistir los momentos flexionantes debidos al m~ nejo, a esfuerzos combinados axiales y de flexi6n inducidos por el hincado y por las cargas est~ticas y a los esfuerzos de tens16n ocasionados por el izado. Los efectos de momentos 0 de cargas laterales se deben considerar en el an!1isis estructura1 del pilote. Mayores deta lIes sabre estos factores se pueden encontrar en la ref 3.18 que contiene adem~s recomendacIo nes para el d1sena, fabricaci6n e tnstalaci6n de pilotes de concreto. Debe tenerse entre 1 y nalmente y alejadas de bas deben ser del N°~2 tros del estribo, 0 el
4% de acero, usanda varillas del N° 5 como mfnimo colocadas longitud! la cara cuando menos 40 mID m~s el grueso de los estribos. Los estri como m!nimo y separados no m~s de 16 d1~metros de varilla, 48 di~me lado 0 d13metro del pilote.
Detalles tfpicos de pi10tes de concreto precolados se muestran en 1a fig 3.11.
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20
~~as 0
Pat.o
~~
ftllfr!3 venlla$ OO!fQutn$t
L
4 oqUI
Pilotes cuodrados
5
~1tos
,
~II
Paso dt 50
0290
0.420
de 50
0.290
1N h
J AlltrtlOll'iO;
1"''''50 :
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Paso de 150
3'1uellas
~
I50L~~}_ 75
"-
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20
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ffIffi
Zunchodo
lo.em \lor. No.
Fig 3.11
5
4
0 - 75
~II .:q
~
~
44 75
Pilotes octagon ales ACOIOciotlfS
3
en
mm
Pilotes de concreto precolados (ref 3.16)
102
Para pilotes h1ncados, es coman en la pr~ctica adoptar un factor de seguridad suficiente con tra falla estructural y/o geot~cnica bajo las cargas de servicio, y selecc10nar el equ1po de hincado, amortiguador del martinete y sufridera del pilote, con base en la capacidad estructu ral del pilote, tomando en cuenta la posibilidad de que los esfuerzos de hincado puedan exceder en 150% los esfuerzos de trabajo. Para pilotes de concreto presforzados, se recomienda emplear la siguiente expresi6n para to mar en cuenta la reducci6n en la capacidad de carqa a la compresi6n debida a la ap11caci6ndel presfuerzo (ref 3.3):
AC~ f~
p
-
(3.45)
(1.1 -
donde: p
combinaci6n de cargas actuantes multiplicada por un factor de seguridad adecuado, ton ~rea total de la secci6n transversal del pilote, m2
factor de reducci6n deformaci6n unitaria del concreto en la falla, supuesta igual a 0.003 m6dulo de elasticidad del acero de presfuerzo, ton/m 2 esfuerzo despu~s de las p~rdidas en el acero de presfuerzo, ton/m 2 esfuerzo efectivo en el concreto debido al presfuerzo
p~rdidas, ton/m 2
f'C
despu~s
de las
resistencia especificada del concreto, ton/m 2 •
En la mayor!a de los casos P
pr~cticos
= Ac
($ f
c-
la f6rmula se reduce a: 0.6 f pe )
(3.40)
Debe tenerse en cuenta que ~sta es una formulaci6n de resistencia ultima de diseno y no un valor de esfuerzo de trabajo. Pito~~~
3.3.4 3.3.4.1
de
ace~o
de
~ecci6n
H
Usa de pilotes de acero de secci6n H
Se recomienda que el perfil estructural de los pilotes de acero de secci6n H se ajuste a los siguientes requisitos dimensionales (ref 3.3): La proyeeci6n del pat!n no debe exceder de 14 veces el espesor m!nimo del metal, ya sea en el pat!n 0 en el alma, y el ancho del pat!n no debe ser menor que el 80\ del peralte del perfil EI peralte nominal en la direcei6n del alma no debe ser menor de 20 em Los patines y el alma deben tener un espesor m!nimo nominal no menor de 1 em. Entre las ventajas de los pilotes H, se tienen las siguientes: Son adecuados para usarse como pilotes de;fricci6n, pilotes de punta y combinaciones por fricci6n y punta. Ya que generalmente desplazan un m!nimo de volumen de suelo se pueden hi ncar mas faeilmente a trav~s de dep6sitos granulares densos y de arcillas muy duras-. - Los problemas asoeiados- con bufamiento del -suelo a menudo se reducen con el uso de pilotes H Son adecuados para hinearse en suelos que contengan obstrucciones tales como boleos, siempre que su punta se proteja debidamente Se emplean generalmente para cualquier profundidad, ya que se empalman can relativa fa cilidad Tienen una alta capacidad de earga tanto axialmente como por flexi6n Pueden sopor tar manejo brusco, aunque los pilotes largos se deben proteger contra flexiones excesivas
103
La separaci6n entre pilotes se puede reduc1r debido a su la base y bajo· vo~umen desplazado.
~rea
relat1vamente pequena en
Como desventaja se tiene su vulnerabilidad a la corrosi6n cuando los pilotes est~n expuestos y el riesgo de danos 0 deflexiones cuando se atraviesan obstrucciones grandes. La experiencia indica que la corrosi6n no es un problema comun en p110tes de acero hincados en 5uelos naturales. deb ida probablemente a la falta de ox!geno en el terreno. Sin embargo. en rellenos artificiales y/o arriba del nivel fre&tico puede llegarse a presentar una corro si6n moderada. Cuando se confirmen estas condiciones, se deber~n proteger los pilotes, yasea con algun recubrimiento antes de hincarlos, ahog&ndolos en concreto colado en el lugar dentro de un ademe, can protecci6n cat6dica, 0 especificando el contenido de cobre en la alea ci6n del acero, etc. 3.3.4.2
Diseno estructural
La longitud sin soporte de 'pilotes H se debe disenar con las f6rmulas para columnas de perf!. les· de acero. Debide a la alta resistencia del acero, generalmente no se consideran las condiciones de mane jo en el diseno de p\lotes H. La experiencia indica que los esfuerzos m~ximos que se desarrollan en un pilote ocurren duran te el proceso de hincado, si el pilote se hinca hasta un cierto rechazo arbitrario. A menos que se cuente can experiencia local aceptable sabre las condiciones·de hincado de un cierto proyecto, los esfuerzos se pueden calcular con el an&lisis de la ecuaci6n de onda (ref 3.3). A falta de este an&lisis, la carga permisible aplicada al pilote deber& determinarse a partir de consideraciones geotecnicas, procurando evaluar el tipo de distribuci6n de esfuerzos que se desarrollar~ a 10 largo del pilote. La capacidad de carga de pilotes H puede vaciar entre 40 y 200 ton.
3.3.5
P~tote4
3.3.5.1
Uso
de tubo de
ace~o
de pilotes de tubo de acero
Los pilotes de tubo de acero se pueden hincar con la punta abierta 0 cerrada. Se pueden de jar hue cos 0 llenarlos can concreto y usarse como pilotes de fricci6n, de punta 0 empotrados en roca. Los pilotes a base de tubo con punta cerrada se forman adapt&ndoles una zapata de hincado p~ ra obturar el extremo inferior del pilote. Se emplean generalmente cuando los pilotes se pue den apoyar en roca a en un estrato resistente que soporte grandes cargas concentradas. Sonadecuados para trabajos de recimentaci6n don de el espacio para maniobras es limitado. ya que se pueden ir formando a base de tramos cortos. E1 tubo se llena generalmente de concreto des pu~s de hincado, en cuyo caso ambos materiales soportan la carga en combinaci6n. Los pilotes de tuba con punta abierta se usan igual que los de extremo cerrado, salvo que pue den alcanzarse profundidades grandes. Debido al ~rea relativamente pequena de su secci6n transversal, el hincado de los pilotes de tuba abierto causa menor desplazarniento del suelo, Menor compactaci6n y, en sue los cohesivos, menor bufamiento del terreno 0 levantamiento de los pilotes vecinos (10 que ocasionar!an los pilotes de tuba con punta cerrada), sobre todo cuando se extrae durante el hincado el material que penetra al interior del tuba. En casas en los que el terreno de cimentaci6n contiene boleos, roc a blanda U otro tipo de obstruccio nes arriba del estrato de apoyo, el pilote de tuba abierto permite a veces la remoci6n de oi chos materiales y garantiza que la carga se transmitir& directamente a1 estrato de apoyo 0 hasta empotrarse en la roca. Los pilotes de tubo abierto tambi~n se us an como pilotes de friccion. El tubo se puede hi ncar en trarnos cortos 5i el espacio es reducido. Si se extrae el suelo del interior del pilote, se puede llenar can concreto. Entre otras ventaj~s de los pilotes de tubo de~ acero se tiEnen las siguientes: Se pueden tener longitudes variables, hasta de 55 m, ya que los empalmes se haeen facil mente Los diametros pueden alcanzar hasta 60. em 0 m&s (casi 120 cm para plataforrnas marinas). 3.3.5.2
D~seno estr~ctural
Para el diseno estructural de pilote5 de tubo de acero se deben seguir las normas relativas a este ~ipo de materiales. Cuando se rellenan con concreto, ~ste debe tener un revenimiento m!nimo de 13 cm y se debe colocar a trav~s de un enbudo corto para que el concreto caiga h~ cia el centro del pilote permitiendo as! la expulsion del aire y eliminando la posibilidad 104
de que se formeo vac10s. Se ha encontrado que el concreto en condiciones confinadas desarro lla una mayor resistencia a la compresi6n que s1 no estuviera confinado. aunque este hecho no se toma en cuenta en el diseno. Deb1do a las propiedades del acero no es necesario considerar las condiciones de manejo en el diseno. En los pilotes de tuba de acero se pueden alcanzar capacidades de carga hasta de 200 ton. Cuando las condiciones del terreno de hiocado pueden causar corrosi6n en el acero, los pilo tes se pueden proteger con algGn recubrimiento ap11cado antes de su co1ocaci6n 0 especifican do un cierto contenido de cobre en la fabricaci6n del acero. -
3.3.6
Piiote~
3.3.6.1
y
pi!a~
colado~
en el
luga~
Uso de pilotes y pilas coladas en el lugar
Las pilotes colados in ~itu pueden tener diferentes formas y dimensiones. Cuando presentan un diametro de m~s de 60 em, se conocen como pi las cil!ndricas. Este tipa de cimentaci6n se fabrica haciendo una perforaci6n en el suelo y llenandola con concreto. Pueden 0 no cons truirsecon ademe. El ademe 0 cimbra ahogada est& formada, ya sea por un tuba metAlico 10 su ficientemente pesado como para poder hincarse sin mandril, 0 por un tuba metalico ligero hi~ cado con un mandril qhe se extrae despu~s del hincado. Ambos tipos se pueden reforzar con varillas si es necesario. do a su alta capacidad de carga.
5u uso se ha generalizado debi
Las ventajas de los pilotes colados en el lugar son las siguientes: Resultan adecuados como pilotes de alta capacidad por punta apoyados en roca y se han usado con exito en arcillas duras Se pueden usar con longitudes variables, en di~etros hasta de 2.5 m y para cargas ha~ ta de 2000 ton 5e requiere poco espacio de almacenarniento y no hace falta equipo especial de manejo; se eliminan los danos por manejo No se neces1ta recortar n1 prolongar el pilote para alcanzar la longitud necesaria 5e eliminan los danos al concreto durante el hincado, salvo los que puedan ser causados por el h1ncado de pilotes adyacentes. No se recomienda sin embargo usar este tipo de pilotes cuando se tengan que atravesar dep6si tos de materiales no cohesivos sueltos 0 cuando se presentan condiciones de agua artesiana;en tales casos puede ser impos1ble excavar con ~xito aunque se empleen lodos benton!ticos. 3.3.6.2
Diseno estructural
Para analizar estructuralmente la p1la bajo carga axial daciones para p1lotes.
0
lateral se deben seguir las recemen
Cuando el colado del concreto se hace con el m~tode t~emie (ref 3.19) el r-evenimiento es ge El proporcionamiento del concreto 10 deber& efectuar personal capacit~ neralmente de 18 em. do. 5e recomienda que la res1stenc1a del concreto est~ limitada a 350 kg/cm 2 • Dependiendo de las clrcunstancias en las que se realice la instalaci6n, puede ser aconsejable despreciar los 2.5 em exteriores del concreto en pilotes sin ademe, cuando se calcula el ~rea de la secei6n transversal que contribuye a la capacidad. 5i los pilotes se excavan con lodo bentonrtico, se deber~ determinar la calidad del fluido (densidad, viscosidad, etc.) y controlarla constantemente para asegurarse de su correcto com portamiento (ref 3.19). El porcentaje de acero de refuerzo y la longitud d~l tramo que debe reforzarse se deterrninan con base en las condiciones de carga. En algunos casos puede omitirse._el refuerzo de acero,_ rnientras que en otros ser~ menester colocarlo en toda la longitud del pozo. 51 se proyecta introducir acero de refuerzo en pi las construidas con ademe. se hasta el fondo de la excavaci6n. El refuerzo se
disenar~
aqu~l
debe llevar
segun dos criterios:
por requisitos estructurales en cuanto a flexi6n y acci6n columnar al estar sometido a la carqa de la superestructura 105
Per requisites impuestes per la necesidad de mantener la estabilidad del armada durante su colocaci6n y al colar el concreto. El acero de refuerzo tiene por supuesto que sat is facer las especificaciones bajo las que se construye la obra en 10 referente a calidad y limpieza. Se debe tener cui dade al disenar el acere de refuerzo para qarantizar que sea estable durante e1 manejo y colocaci6n. Algunos proyectistas emplean cinchos de acero colocados por debajo del zunchado en h~1ice para dar al armado una mejor estabilidad. Los cinches resultan mucho mas efic1entes cuando es pos1b1e soldarlos. Como se menc10n6 anteriormente, e1 problema m§s serio en el diseno del armado de refuerzo se presenta en el m~todo de ademe y cuando el refuerzo vaya a estar sometido a las fuerzas inducidas par el concreto sin fraguar. Un detalle cr!tico en el diseno del acero de refuerzo es que debe dejarse una separaci6n sufi ciente entre el armado y las paredes del barreno, as! como entre las varillas mismas, para perrnitir el paso libre del concreto colado. El recubrimiento m!nime podr~ ser de 4 cm, excee to en pilotes expuestos al aqua de mar u otros arnbientes muy aqresivos, donde ser~ de 7.5 cm como minima. No se puede disenar una cimentaci6n a base de pi1as 0 pilote5 colados en e1 lugar sin tamar en cuenta los procedimientos constructivos a segu1r. Adem~s, el disefio debe cansiderar la disponibilidad de equipo y materiales y la experiencia de los contratistas locales .
.
Mayores deta11es sobre el d1seno y cons truce iOn de pilas de cimentaci6n se pueden encontrar en la ref 3.20. En las ampliaciones de base de pilas en forma de campana (fig 3.12), los costados tendr~n una inclinaci6n no mayor a 30° con respecto a la vertical. El espesor del borde del extremo infe rior ser~ por 10 menos de 15 cm y el diAmetro del fondo no debe ex ceder tres veces e1 d1Ame tro del fuste de la pila. El di~metro de 1a cabeza debe ser par 10 menos 15 cm mayor que el di~metro del fuste. tura de la cabeza debe ser suf1c1ente para alojar el desarrollo del refuerzo vertical dente del fuste, y las barbas a pernos de anclaje de la columna.
La al proc~
Cuando los pllotes debeo soportar fuerzas laterales significativas, debera recurrirse a pilo tes inclinados, a en su defecta considerar d1chas fuerzas laterales en el diseno en la forma que se indica a cont1nuaci6n. En la mayor!a de los casos, a excepci6n de pilotes rfgidos cartos, la carga horizontal ~xima que se puede aplicar con sequridad a un pilote vertical esta limitada no por la capacidad de carga del suelo circ~ndante sino por la magnitud de la def1exi6n del pilote y de los mementos flexionantes resultantes sabre el pilote. El an~lisis del comportamiento de pilotes cargados horizantalmente puede basarse en el conceE to de reacci6n el~stica. Siguiendo este enfoque, se supone que el suelo alrededor de un pi late es equivalente a una serie de resortes horizon tales, cada uno de ellos representando eT comportamiento de una capa de suelo de espesor unitario (fiq 3.13). Cuando el pilote es em pujado contra el suelo al actuar las carqas horizontales, el suelo se deforma y genera unareacci6n el~stica que se supone id~ntica a la fuerza que ser1a producida por un resorte ideal sujeto a la misma deformaci6n. Con la h1pOtes1s adiciona1 de que el auelo es homog~neo, 0 de que todos los resortes del modelo son id~nticos, el comportamiento del suelo se puede determi nar s1 se canoce la constante equ1valente del resorte. A esta constante del resorte, definida a continuac16n, se Ie llama eoe6iciente de ~e4cci6n {K~I. 3.3.7.1
Coeficiente de reacci6n
Aunque su definici6n es simple, el coef1ciente de reacci6n Ks ha demostrado ser un par~etro muy dif1cil de evaluar. Esto se debe al hecho de que no se puede medir en pruebas de labora torio sino que m&s bien debe calcularse por retroalimentaci6n a partir de pruebas de campo escala-natural. Las inveseigaciones han mostrado que-var!a no 5610 con_el tipo de suelo y_ sus propiedades mecAnicas, sino tambi~n con el niv~l de esfuerzos y la geometr1a del pilote.
a
A falta de mejor informaci6n, el coeficiente de reacci6n puede estimarse con el m~todo pro puesto por Terzaghi (ref 3.21) qui en establece las siguientes f6rmulas y constantes de reYe rencia para calcularlo.
106
f---J--!--Anclos
"'.",,.,,.,...~~~~~=
de columnos, colocod05 con , plontillo siempre que sea necesario
Refu",o de 10 cabew
IL_--JIf--~Refuerzo de
10 pile
Prolonguese segun sea necesario
-+-Fusfe
AmplioCH:>n (compana)
L (:;::;;:;::;:;::;:;::;:;::;~ ~
Es tro to de a poyo
15eml :3 d mo~
Fig 3.12
Configuraci6n de una pila (ref 3.17)
Mt
El,
E I,
Fig 3.13
Modelo para representar un pilote cargado lateralmente (ref 3.17) 107
1)
En sue10s 6in cohesi6n.:. (3.47)
donde: coeficiente de reacci6n horizontal a la profundidad z, ton/m J z
profundidad, m
o
di~metro
del pilote, m
constante relacionada con la compacidad del suelo, cuyos valores cen en 1a tabla 3.8. TABLA 3.8
Va10res de nh para suelos sin cohesi6n
J nh' ton/m
Compacidad del suelo
Arriba del nivel fre~tico
Abajo del nivel fre~tico
Suelta
230
130
Compacta
680
450
1800
1100
Densa
2)
apar~
En suelos cohesivos: 67 c
u 1. 5 0
(3.48)
donde: Ks
coeficiente de reacci6n horizontal, ton/m 3
C
u
resistencia a1 corte no drenada del suelo, ton/m 1
o
diAmetro del pilote, en m.
Debido a1 efecto del nivel de esfuerzos y de la geometr!a del pilote en el valor de Ks as! como al car~cter emp!rico de estas expresiones, el coeficiente de reacc16n determinado de es te modo presenta un alto grade de incertidurnbre y debe usarse con criterio. 3.3.7.2
Determinaci6n de momentos y deflexiones
Par simplicidad, 5610 se considerar~ el caso apoyadas en la superficie del terreno.
m~s
coman de pilotes con trabes de liga r!gidas
La distribuci6n y magnitud de los momentos y def1exiones en un pilote sometido a fuerzas ho rizontales, es esencialmente funci6n de la rigidez relativa T del sistema pilote-suelo. Test~ dada por (ref 3.3):
=[ ~~ ] ,
1/5
T
(3.49)
donde: E
m6dulo de elasticidad del material del pilote, ton/m 2
I
momenta
de inercia de la secci6n transversal del pilote, m~ I 0 8
K
S
coeficiente de reacci6n, ton/m l
T
rigidez relativa, m.
A partir de los valores de T se pueden calcular los momentos quier profundidad, usando las siguientes f6rmulas:
~
y las deflexiones 6 p a cual
(3. SO)
(3.51)
donde:
MP
momenta a la profundidad z, ton-m
6p
deflexi6n a la profundidad z, m
Fm
factor de momenta a 1a profundidad z, dado por la fig 3.14
F6
factor de deflexi6n a la profundidad z, dado por la fig 3.14
P
carga horizontal, ton
T
rigidez realt1va, m
E
m6dulo de elastic1dad del material del pilote, ton/m 2
I
momento de 1nercia de la secci6n transversal del pilote, m~.
Las cons1deraciones anteriores son aplicables a p1lotes individuales. Se dispone de poca in formaci6n sabre e1 comportamiento de grupos de pilotes aunque se sabe que el efecto de grupo produce una reducci6n en el coef1ciente de reacci6n que es funci6n de la separaci6n entre p! lotes en la direcci6n de la carga, segun se muestra en 1a tabla 3.9. El espaciamiento entre pilotes perpendicular a la direcci6n de la carga no tiene influencia, siempre que sea mayor de 2.50. Para determinar en forma aproximada las fuerzas 1nternas que se generan en un pilote por efeE to de cargas laterales aplicadas en sus extremos, ser~ admisible considerar el pilote empotra do a una profundidad Ie debajo del nivel de contacto con el suelo y despreciar su interacci6n con el suelo en dicha longitud. El grade de restricci6n en el extrema superior del pilote se determinar~ a partir de la rigidez relativa pi1ote-cimentaci6n. La longitud Ie se
determinar~
como: (3.52)
donde T
est~
definida por la ec 3.49.
Un m~todo m~s refinado para realizar el an~lisis par cargas laterales se basa en la ecuaci6n diferencial general para pilotes cargados lateralmente, expresada como sigue:
....£J.
Es dx" + EI Y
o
(3.53)
donde: y
deforrnaci6n del suelo
x
profundidad a 10 largo del pilote
Es
m6dulo secante de reacci6n .del suelo, .definido a su vez por
I 09
-.Eo
(3.54)
y
en 1a que p es la presiOn de contacto entre el suelo y el pilote y depende de 1a interacci6n entre ambos.
Coeficiente de deflexlonJa para uno cargo loferal oplicodo,P
t-"N
"0 0
:!? "0
c
.2
e " 0-
'"
"0
,
Ii
~
<.>
a
"-
•
/ ./ ,
10
o
-0.2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Coeficiente de deflexion ,F8
0
t-"N
Coeficiente de momento, Fm
"0
a
c
e 0-
'"
~
,
<.>
a
"-
• -1.0
"-
"\
L, T
P
~
"0
......
para uno cargo loteral oplicodo,P
"0 "0
rr
"l
'\
~2
/. /,
L,
/
z
/
/
./
M,~Fm('T) 5y 10 -0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
O.z
Coeficiente de momento, Fm K s Coeficiente de reaccion E Modulo de elosticidod del material del pilote I Momento de inercia de 10 seccion transversal del pilote
Fig 3.14
Coef1cientes de deflexi6n y de momento para lotes sometidos a carga lateral (ref 3.3) 110
P~
TABLA 3.9
Coeficiente de reacci6n en grupos de pilotes, en fun ci6n del espaciamiento entre pilotes
Espaciamiento
Kgrupo
80
1. 00
60
0.70 Ks
40
0.40 Ks
3D
0.25 Ks
Ks
Un modelo que permite resolver num~ricamente con la ayuda de computadoras la ecuaci6n diferen cial 3.53 se ilustra ~n la fig 3.13. Las cargas se indican en el extrema superior del pilote, el cual presenta do~ cambios en la rigidez a flexi6n. Una serie de resortes no lineales re presenta las caracter!sticas fuerza-deformaci6n del suelo. Una curva t!pica p-y para un suelo a una profundidad determinada se muestra en la fig 3.15. Tales curvas pueden obtenerse a partir de datos de pruebas de laboratorio.
-P, Q.
o
OJ
/
"
~
..,OJ '0
u u
o cr
"
/
/
/1
I
I I
I I I
LjEs1=Yj"
I
/
/
/
-P,
A
c
/
I
I
/
I Y,
De flexion del pilote,Y
Fig 3.15
Curva t!pica p-y de un suelo a una didad x, (ref 3.17)
profu~
Un an~lisis refinado del efecto de las cargas laterales se requiere sobre todo en estructuras marinas como duques de alba 0 plataformas en las que se presentan cargas laterales import an tes, debidas a impactos de embarcaciones en movimiento, al efecto del oleaje y a la presi6n del viento sobre la superestructura. El m~todo no se aplica a cargas sostenidas ni a sismo. El ~todo diferencial antes mencionado requiere la compatibilidad entre el comportamiento de la superestructura, la cimentac16n ~ base de pilotes· y el suelo soportante. Esta compatibili dad se logra entre pilotes y superestructura manteniendo las condiciones de frontera aprop1adas para la ecuaci6n d1ferencial de cuarto orden que define el comportamiento del pilote (ec 3.53), y entre p1lotes y sue los por media de soluciones 1terativas de la ecuaci6n diferen cial. La soluci6n de la ec 3.53 conduce a la definici6n de las distintas caracter!sticas del pilote; las expresiones correspondientes se pueden consultar en la ref 3.17.
III
REFERENCIAS
3.1
Bea~ing capacity and hettiemel'll. 06 6oundation6, Proceedings of a Symposium held at Duke University on April 5-6, 1965, A.S. Ves1~, ed., Duke University, Dur~am, N.C., 1967
3.2
Oe6.tg" Manual: Soi! mechanicA, 6aunda..t.iono, and eaJt.th otJt.Uc.tulle6. NAVFAC OM- 7. Department of the Army, Naval Facilities Engineering Command, :iarch, Washington, D. C., 1971
3.3
Canadian Ooundati..on engi..neeJt.i..ng manual. PaJt.t 3: Veep 6oundati..on6, Canadian Geotechnical Society, Montreal, 1978
3.4
Meyerhof, G.G., PenetJt.ati..on leotA and
bea~ng
capacity 06 cohe6i..onle66 hoilh, Journal
of the Soil Mechanics and Foundations Division, Proceedings ASCE, Vol. 82, N° 8M!, Paper N° 866, New York, 1956 3.5
Vesit, A.S., l~lve6ti..9a.tion~ 06 bl!.aJt..i.ng capac..i.ty 06 p..i.ll!.~ in iland, Soil Mechanics Laboratory Publication N° 3, Duke University, College of Engineering, Durham, N.C., 1964
3.6
Meyerhof, G.G., BgalL..i.ng capacity and ill!..ttlement 06 p..i.le 60undatiottil, Journal of the Geotechnical Engineering Division, Proceedings ASCE, Vol. 102, N° GT3, New ¥ork, 1976
3.7
Vesit, A.S., Ol!.ilign 06 pile 60unda.tion4, National Cooperative Highway Research Program, Synthesis of Highway Practice N° 42, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., 1977
3.8
Simons, N.E. and Menzies, B.K., A ShOlLt worths, London, 1977
3.9
Manual dl!. di¢eno de obJta4 civilell,
cOUA~ein
60undation
Geotecn~d, 6a~cXculo
eng.inel!.ll~ng,
Newnes-Butter
8.2.4: Cimentac.ionell en llueloll,
Comisi6n Federal de Electricidad~ ';nstituto de Investigaciones EI~ctricas, M~xico, D. F., 1901
pJtac.tice, 2nd. edition,
3.10
Terzaghi, K. and Peck, R.B., Soil mechan..i.c6 .in J. Wiley and Sons, New York, 1967
3.11
Vesi~, A.S., Tl!.llt~ on .iniltlLUml!.nted p.ill!.4, Ogeechee RiveJL ilite, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Proceedings ASCE, Vol. 96, New York, 1970
3.12
Skempton, A.W., Yassin, A.A. and Gibson, R.E., Th~olL..i.e de la ooJtce poJttantl!. de6 pieux danil ll!. ilable, Annales de L'Institut Technique du Batirnent et des Travaux Publics, Paris, 1953
3.13
K~zdi, A., FiloiloO~a dl!. la~ c.imentacioneil pll06undail, Memorias de 1a Tercera Conferencia Nabor Carrillo, Sociedad Mexicana de Mec&nica de Suelos, Guanajuato, 1976
3.14
Broms, B., Latellal Jteililltanc.e 00 p..i.leil .in coheilive lloilil, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Proceedings ASCE, Vol. 90, N° SH2, New York, 1964
3.15
Broms, B., Latellal lLe~iiltance 00 p..i.leil .in coheilionlellll iloilil, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Proceedings ASCE, Vol. 90, N° SM3, New York, 1964
3.16
Founda~on engineeJt..i.ng, G.A. Leonards, ed., McGraw-Hill Book Company, Chapter 7: Pile Foundations, New York, 1962
3.17
Manual de di~eno de obJtail c..i.vilell. E~tJLUctUJLa4, 5allc[culo C.2.2: Viileno eilt~uctu~al de c.imentacioneil, Comisi6n Federal de Electricidad, Instituto de Investigaciones Electricas,
3.18
3.19
M~xico,
engine~..i.n9
D. F., 1981
ACI Committee 543, Recommendationil 601l dl!.il..i.gn, manu6actuJLe and ..i.n~ta~~ation 06 conc~ete pite~, ACI Journal, Proceedings Vol. 70, N° 8, USA, 1973 Cim~ento~ ~ociedad
pll06undo6 coladoil en ll..i.t..i.O, Memorias de 1a Reuni6n Conjunta ADSC-SMMS,
Mexicana de
Mec~nica
de Suelos,
M~xico,
D. F., 1976
3.20
ACI Committee 336, Sugge~ted deilign and con6tJtuction p~ocedu~e6 60JL p..i.elL 60undationil, ACI Journal, Proceedings Vol. 69, N° 8, USA, 1972
3.21
Terzaghi, K., Evaluation 06 N° 4·, London, 1955
coeooicient~
00
I 12
~ubgllade
~eaction>
G~otechnique,
Vol. 5,
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 8ea~ng
capacity 06
~oii~,
Army, USA, 1958
Engineer Manual EM 1110-2-1903, Corps of Engineers, U.S. '
Oe~i.911 06 p-if.e 4.tJlUctuJte4 a.nd Oounda..ti.onh,· Engineer Manual EM 1110-2-2~~6, Engineers, U.S. Army, USA, 1958
Corps of
Poulos, H.G. and Davis, E.H., Pi.le 6oundati.on4 analY4i.4 and de4i.gn, J. Wiley and Sons, Chapter 15, USA, 1980
113
•
Capitulo 4
4 Consfruccidn En este capitulo se
describir~n
los procedimientos CQllstructivos de pilas y pilotes de concre
to. Debe entenderse que la~ pilas, cuya dimensi6n transversal minima es de 0.6 rn t siempre se f~ brican a base de concreto colada en el Lugar usanda como cimbra el barreno previamente excava do en el subsuelo 0 en condiciones excepcionales un ademe rnet~lico. Para los pilotes se
entender~
que son fabricados en la 5uperficie y
despu~s
hincados en su lu
gar definitivo.
4.1
PILAS
La estratigraffa y condiciones del agua subterranea, as! como la profundidad, espesor y tipo de roca, suelo duro U otro material de apoyo para las pilas, influyen en el m~todo de cons trucci6n y en el diseno ya que la permeabilidad, el nivel fre~tico y las propiedades del sue 10 determinar~n la necesidad de usar ademe, lodos 0 bombeo y definir el m~todo para la cOloca cion del concreto. La disponibilidad de Areas de trabajo, el acceso al sitio y las instalaciones que haya que proteger contra asentamientos, derrumbes, ruido 0 contaminaci6n, influyen en la selecci6n del m~todo constructivo y por ende en el diseno. Las tolerancias permisibles que se especifiquen, influyen en la definici6n de los m€todos cons tructivos, el alcance de la inspecci6n y el control de la calidad. £1 comportamiento de una pila colada en el lugar estA !ntimamente ligado con su procedimiento constructivo. Para describir como se construye una pila es conveniente estar familiarizado con el equipo y herramientas utilizados, con la forma de hacer el barreno en el subsuelo (perforaci6n), cono cer como preparar y colocar dentro del barreno el acero de refuerzo, c6mo vaciar el concreto fresco y finalmente como verificar la calidad del producto terminado. En s!ntesis, el procedimiento constructivo implica: 1°
Formar por excavaci6n 0 perforaci6n un barreno cil!ndrico vertical en el subsuelo, que sea estable (par s1 mismo 0 con ayuda de lodos) hasta la profundidad que deba alcanzar de acuerdo can el estudio de cimentaci6n correspondiente y que tenga la secci6n trans versal de forma y dimensiones acordes con las cargas por transmitir al subsuelo y con la capacidad de carga de aiseno.
2°
Habilitar y armar la jaula de acero de ref~erzo necesario de acuerdo con las especifica ciones estructurales del proyecto coloc~ndolo en la forma mas sencilla posible dentro ~ del barreno previamente formado, cuidando que se centre y quede despegado de las par~ des para garantizar en cualquier punto el recubrimiento especificado.
3°
Colocar el concreto en el barreno, asegurando en todo momento su integridad y continui dad (sin segregaci6n).
4°
Verificar mediante muestreo directo (con broca de diamante) la calidad del concreto co lado, 0 bien mediante metodos indirectos a base de sonido, detectar la continuidad deI concreto.
I I 5
~
4.1.1 4.1.1.1
Equ..ipo Graas
Son mAquinas que sirven para el levantamiento y manejo de objetos pesados, contando para ella con un sistema de malacates que acciona a uno 0 varios cables montados sobre una pluma y cu yos extremos terminan en gancho. Para faci1itar su funci6n, la unidad motriz y los ctiferentes mecanismos de 1a maquina Ie pe£ miten girar airededor de un eje vertical y a la pluma moverse sobre un plano vertical. Pueder ser fijas (fig 4.1) 0 m6viles. Cuando la grGa es mavil, puede trasiadarse por s1 mis rna, sobre orugas 0 ruedas dispuestas para tal fin (figs 4.2 y 4.3) Las plumas de las grtias pueden ser r1gidas cuando estan formadas per estructuras modulares (de tubo 0 de angulo estructurall 0 bien telesc6picas cuanda estan formadas per elementos pris maticos que deslizan unos dentro de otros (fig 4.4). A las grGas m6viles con plumas telescopI cas se les denomina comunmente "patos". -
PQLEAS MALACATE
GANCHQ CASETA
NAAI Z
CONTRAPESQS /
PlUMA
QRUGAS BASE
Fig 4.1
Grua fija montada sabre un pedestal
Fig
4.2
Graa m6vil montada sobre arugas
PLUMA TELESCQPICA
Fig 4.3
Graa m6vil montada sobre a motogrGa
neum~ticos
Fig
4.4
Grua m6vil de pluma telesc6pica (pato) .
Las plumas r1gidas se integran por una base que se apoya mediante articulaci6n en el cuerpa de la gruai despu~s pueden calocarse m6dulos de 1.5 m (5 pies) a 6.1 m (20 pies) de largo y final mente una nariz en cuyo extrema superior se ubican las poleas por donde pasan los caoles proc~ dentes de los tambares de los malacates. Para la construcci6n de pilas se us an generalmente grGas moviles de pluma rfgida, bien sea pa ra montar sabre elIas equipos de perforaci6n de las caracter!sticas que rn~s adelante se des I I 6
criben,o bien para ejecutar con ellas las maniobras que incluyen manejo y colocaci6n de arma dos, de la tuber!a de colado, etc. (tabla 4.1) TABLA 4.1
GrQas de uso frecuente en
M~xico
a) Para montar perforadoras Capacidad ton
p
e s
Marca
Modelo
Link Belt
LS 108-8
45.0
38.4
Bucyrus Erie
61 8
66.5
67.3
Link Belt
LS 118
60.0
54.7
670 WCL
70.0
LS 318
80.0
P
•
H
Link Belt
0
ton
63.3
b) Para efectuar maniobras Capacidad ton
P e s ton
Marca
Modelo
Link Belt
LS 68
15.0
17.7
Bucyrus Erie
22 8
12.0
19.3
Link Belt
LS 78
17.5
21. 7
Link Belt
LS 98
27.0
27.7
0
Para el rnontaje de equipos de perforaci6n, usualmente se requieren grGas de 45 a 80 ton de capacidad nominal, con plumas r!gidas de 18.3 m (60 pies) de largo. Para las maniobras se emplean grGas de menor capacidad nominal, aunque superior a 15 ton. Las condiciones del terreno dictaminan la conveniencia de que est~n montadas sobre neum~ticos a sobre orugas. No es aconsejable el uso de "patos" para la construcci6n de pilas, por ser diffeil el montaje de perforadoras·y su ineficiente manejo de armados y tuber!as de colado. 4.1.1.2
Perforadoras
Son maquinas para hacer barrenos en el subsuelo, por medio de una barra en cuyo extrema infe rior se coloca una herramienta de avance tal como una broca, un bote cortador, un tr~pano, ete. La barra se hace girar en algunos mecanismos 0 bien se levanta y se deja caer r!tmicamente so bre e1 fondo de la perforaei6n en otros, 10 eua1 da lugar a que las perforadoras sean rota rias 0 de percusi6n, respeetivamente. Las perforadoras de percusi6n, a trav~s de algGn sistema que puede ser mec~nico, neum~tico 0 hidraulico transmiten una serie r!tmica de impactos al material por perforar por media de un elemento de corte 0 ataque. Su aplicaci6n principal es en rocas ya que en sue los se reduce su eficiencia. Para pequenos diametros, generalmente se utilizan maquinas que por efecto de una percusi6n continua transmitida a trav~s de una serie de barras forman el agujeroi existen tambi~n herramientas de mayor eficacia, canocidas como marti110s neumaticos que presentan 1a ventaja de praducir 1a percusi6n directamente en e1 fonda de 1a perforaci6n. Con estas equ! pas es posible lograr barrenos hastade10rden de 35 cm de diarnetro. Para diametros mayores se han empleado, como en el caso de 1a construcci6n de pozos de agua, equipos de percusion cuya operaci6n consiste en levan tar y dejar caer sistematicamente una he rramienta de golpeo llamada "pulseta", 1impiando despu~s el pozo con una "cuchara" y uti1izan do un pesado cince1 denominado "trepano" cuando se atraviesan materiales duros. Los sistemas rotatorios se emplean en la perforaci6n de barrenos con 0 sin obtenci6n de nu
117
cleos, en la investigaci6n geo16gica, minera, de mec~nica de suelos, en la perforaci6n en grandes di~metros para fines de construcci6n de cimentaciones y en las eonocidas perforaei~ nes de pozos de agua y petroleras. Estos equipos rotarios de perforaci6n basan su operaei6n en la transmisi6n de un par motriz a una barra (Kelly) en cuyo extreme inferior se eneuentra un dispositivo cortador que penetra en el terreno a base de rotaci6n. Para la construeci6n de pi las de eimentaci6n se emplean generalmente dos tipos de perforaeio nes con sistema rotatorio, segun que est~n sobre una grua (fig 4.5) 0 que se monten sobre un eami6n (fig 4.6). En estas maquinas la barra de perforaei6n denominada eomunmente "barre t6n", puede ser de una sola pieza 0 bien telese6piea de varias seeeiones.
BAAAETON
PEAFOAAOORA
BROCA ESPI RAl
Fig 4.5
Perforadora montada sobre grua
Fig 4.6
Perforadora montada sobre eami6n
La selecci6n de la perforadora m~s adeeuada para un proyecto dado, depende de las propiedades mec~nieas que presenten los materiales del lugar, as! como del di~metro y profundidad proyee tados para las pilas. En la tabla 4.2 se presenta una relaei6n de los equipos rotatorios de perforaei6n que m~s co munmente se emplean en Mexico para exeavar pilas. 4.1.1.3
Excavadoras de almeja
Tambien se pueden excavar pilas de seeei6n rectangular, oblonga 0 alguna eombinaci6n de estas seeeiones mediante almejas hidr&ulicas guiadas, integradas por dos quijadas m6viles que se accionan con cilindros hidraulicos (fig 4.7) adosadas en la parte inferior de un barret6n 0 Kelly r!gido,de una pieza 0 telesc6pico (fig 4.8). La presi6n hidrauliea del sistema se genera~ediante una unidad de potencia 'que al igual que el equipo de excavaci6n se monta sobre una grua m6vil de orugas con eapacidad mayor de 45 ton. 4 .1~-1. 4
Vibrohincadores
Los vibrohincadores (fig 4.9), tambien llamados martillos vibratorios, son maquinas disenadas para llevar a cabo el hincado 0 extraeci6n de tubos 0 perfiles de aeero en el subsuelo, mer ced a 1a acci6n din~iea de un generador de vibraeiones, m~s el peso propio del equipo cuando realizan hincados 0 1a capacidad de levante de una grua cuando son extracciones. El vibrohincador toma su energia de una unidad de poteneia formada por un motor de combusti6n interna generalmente diesel que aeciona un generador electrico 0 una bomba hidr~ulica segun que el g~nerador de vibraeiones, a base de contrapesos exc~ntricos de rotaci6n contraria, op~ re can motores electrieos 0 hidr~ulieos respecti.~amente. 118
TABLA 4.2
Marca
Modelo
Perforadoras de uso frecuente en
M~xico
Di.1.metro perforado
Tipo
Par kg-m
Profundidac m
m
Min
Mh
M~x
Calweld
200B
s/cami6n
0.30
1. 20
26.0
Watson
2000
s/cami6n
10788
0.30
1. 50
32.0
Watson
3000
s/cami6n
13825
0.30
1. 50
32.0
Watson
5000
s/cami6n
18400
0.30
2.00
35.0
Soilmec
RTA/S
s/cami6n
10500
0.30
1. 50
32.0
Soilp"ec
RT3/S
s/grua
21000
0.50
2.50
42.0
Sanwa
D40K
s/grua
1840
0.30
0.60
40.0
0.45
1. 50
32.0
.
s/grGa
12000
CBR120
s/grGa
12000
0.45
1. 50
32.0
Casagrande
CADRILL 12
s/grGa
12000
0.45
2.00
42.0
Casagrande
CAD RILL 21
s/grGa
21000
0.45
2.50
42.0
Casagrande Casagrande
.CBR120/38
KELLY
TUBER'A FLEXIBLE DEL SISTE"A HIORAULICO
UNlOAD DE POTENCIA QUlJAOAS
Fig 4.7
Fig 4.8
Almeja hidr§ulica para excavacio nes oblongas
I I 9
ALMEJA HIORAULICA
Almeja hidraulica guiada, montada sabre equipa de excavaci6n
PESCANTE UNA GAUA
DE
CONTRA.PESOS EXCENTRICOS
MOROAZAS
ADEME
Fig 4.9
Vibrohincador
Con un sistema de control remoto se arranca 0 para el generador de vibraciones y se accionan mordazas hidr~ulicas para sujetar los tubos 0 perfiles durante su hincado. Para trabajar, el vibrohincador se cuelga de una grua m6vil con plurna y capacidad adecuadas a las cargas que se van a mover. En la construcci6n de pilas, los martillos vibratorios se emplean para el hincado y extra£ ci6n de tubos ademe que sirven como protecci6n de las perforaciones. La operaci6n para el hincado de un tuba ademe se inicia cuando el vibrohincador se amordaza a1 borde superior de aqu~l; despu~s basta colocarlo verticalmente en el sitio indicado y de jarlo que penetre hasta su profundidad de proyeeto por medio de la aplicaci6n de vibraciones aprovechando adem~s el peso del martillo vibratorio y del rnismo tubo. Para la extracci6n se apliea hacia arriba el tiro de la grQa a la vez que se tiene en funcionamiento el martillo vibratorio. En la tabla 4.3 aparecen algunos de los modelos, mareas y caracteristieas de los vibrohinca dares mas conocidos en M~x1co. 4.1.1.5
Herramientas para pilas
Las principales herramientas que acopladas a los equipos de perforaci6n permiten formar los barrenos en el subsuelo r son las broeas, los botes y los tr~panos. Las perforadaras rotarias emplean braeas espirales, bates cortadores, botes ampliadores para 1a farmaci6n de eampanas en la base de la pila y tr~panos. a)
B~oca~ ~~p~~a!~~ (fig 4.10). Pueden ser eil!ndrieas a c6nicas y est~n formadas por una h€lice c010cada alrededor de una barra central; los elementos de corte est~n constitui dos par dientes 0 cuchillas de aeero de alta res1stencia calocados en su extrema 1nfe rior. Estas brocas tienen una caja en donde penetra la punta del barret6n 0 Kelly para 5U acoplamien-to, siendo fijadas por un perno 0 seguro.
Las espirales cilindrieas se emp1ean en sue los preferentemente cohesivos que se encuen tran arriba del nivel fre~tico, de manera que sea posible la extraeci6n del material perforado. Las broeas espirales conieas en cambio, son atiles cuando se intenta perforar en suelos con presencia de boleos 0 bien como guia en terrenos duros. b)
Bot~~
co~tadoke~
(fig 4.11).
Son eilindros de aeero con una tapa articulada en la base.
120
En esta tapa se localizan los elementos de corte adem~s de unas trampas que permiten la entrada del material cortado pero que impiden su salida. Se emplean tanto en suelos co hesivos como en.los no eohesivos aun bajo el nivel fre~tico. Los botes corona son cilindros abiertos que tienen en su borde inferior dientes de aeero de alta resisteneia 0 insertos de carburo de tungsteno. Se emplean en sue los duros 0 en roeas suaves, extrayendo el material cortado con un dispositivo c6nico situado en el in terior del bote (fig 4.11). c)
Bo~~~ ampliado~£~ (fig 4.12). Llamados tambi~n bates campana, son cilindros de aeero similares a los botes cortadores, pero que tienen un dispositivo formado por uno 0 dos alerones cortadores que van sobresaliendo del bote a medida que van cortando el material en el fondo de la perforaci6n, formando as! la llamada "campana" 0 ampliaei6n de la ba se de la pila.
TABLA 4.3
Marc.J.
4.1.2
Modelo
Peso kg
M~xico
:1omento excentrico kg-m
Frecuencia maxima
rpm
ICE
116
1542
7.0
1600
ICE
216
2050
11. 5
1600
ICE
416
5400
20.7
1600 1500
ICE
815
6670
46.1
ICE
1412
11800
115.2
TOMEN VIBRO
V!'I2-40OA
3522
TOMEN VIBRO
VN2-S00
5100
TOHEN VIBRO
Vr14-10000
8450
VH2-25000A
7590
TO~·IEN
d)
•
Vibrohincadores conocidos en
VIBRO
-
1250 1300 1800 1100
200.0
620 1762
MULLER
MS-5 HV
800
5.8
:1ULLER
MS-20 H
2700
20.0
1762
MULLER
MS-50 H
6500
50.0
1653
MULLER
MS-60 E
7200
71. 0
1500
MULLER
MS-60 E TWIN
20000
142.0
·1500
PTC
10A2
2350
-
1140
PTC
20A2
3700
-
1100
PTC
20H4
4500
PTC
40A2
7400
-
1045
PTC
40HA
10500
-
1450
1450
T~~pa~o~. Son herramientas de acero de gran peso que trabajan a percusi6n dej~ndolas caer libremente desde cierta altura. Se utilizan para romper rocas a boleos encontra dos en la perforaci6n 0 para empotrar IdS pilas en las formaciones rocosas; existen va rios tipos y tamanos que se emplean de acuerdo a los problemas expec!ficos de cada easo. Pe46o~aci6n
Se deberan seleccionar aqu! los m~todos constructivos que garanticen la localizaci6n precisa de la perforaci6n para 1a pila, su verticalidad, que el suelo adyaeente a 1a excavaci6n no se altere mayormente y que se obtenga un agujero limpio, que tenga y conserve las dimensiones de proyecto en toda su profundidad. Se debe evitar.en 10 posible la sobreexcavaci6n del terreno. Tan importante es la selecci6n atinada del equipo de perforaci6n que tenga la eapacidad sufi 12 r
ciente para la obra en
cuesti~,
como la
~~lecci6n
apropiada de la herramienta de ataque.
CONICAS
CAJA
SEGURO
HELICE BARRA CENTRAL
OIENTES
TREPANO
CILINDRICAS
==""'4' I
~~ . ;;-<-111
Fig 4.10
Broeas espirales
Es normal que quede un poco de material suelto en el fondo del barreno, pero debe procurarse que sea el mfnimo, empleando herramientas de limpieza, apropiadas. U~a buena construcci6n de pi las normalmente implica excavar el barre no en el menor tiempo po sible y colocar en seguida el concreto. Tiempos de construcci6n excesi~s pueden dar lugaral re1ajamiento de esfuerzos en el sitio, 10 cual permitir~ cierto desplazamiento del suel0 hacia el pozo abierto, con la consiguiente dism~nuci6n de la resistencia al corte y mal com portamiento posterior de 1a pila.
La perforac16n es la etapa inicial en la construcci6n de las pilas y consiste en formar un agujero en el subsuelo, dande posteriormente se deposita el material que formar~ a la pila en sf, sea ~ste concreto reforzado, concreto simple, concreto cicl6peo, etc. Sus dimensiones de penden de los requerimientos del proyecto y su secci6n transversal comunmente cilfndrica pu~ de tener ampliaci6n en forma de campana en su base (fig 4.13). Con los equipos de excavaci6n mediante almejas hidr~ulicas guiadas, es posible construir pi las de secci6n transversal rectangular u oblonga de acuerdo al tipo de almeja usada 0 biensecciones compuestas (fig 4.14).
122
VISTA
LATERAL
FONDD
aOTE
Fig 4.11
CORON A
Bates cartadores
ALERONES
CERRADO
ABIERTO
Fig 4.12
Bates arnpliadares 123
PILA RECTA
,
"
PIU CON CAMPANA
;';0: .•...;:..... .• .. ~"
.;
. ~).
•.
:;;~ .~~
.:
.
"
: I.'
......
Fig 4.13
Tipos de pilas
+'"--2.50 m ----..+
, 0.60rn
!
SECCION
CIRCULAR
SEC CION
SECCIONES
Fig 4.14
RECTANGULAR
COMBINAOAS PARA
,
.......................... 0.60m (jf.~~mmml:ll::l::mw , SECCION OBLONGA
PILAS
Secciones transversales de pilas 124
Un aspecto de gran relevancia se refiere a la estabilidad que presentan las paredes de la per foraci6n durante su ejecuci6n, debiendo decidir por ella 51 deben 0 no ser protegidas para evitar derrurnbes a cerramientos. Para tal decisi6n, es necesario conocer las caracter!sticas f!sicas y propiedades mecanicas del suelo por atravesar, as! como la influencia del agua frea tica, en caso de que exista, ya que la estabilidad depende esencialmente de la cornbinaci6n de estos factores. En la fig.
4.15 se muestra el arbol de decisiones que toma en cuenta 10 anterior.
NO
GSon
NO
GHay
51
NO
GSon
r----<~inestables los~o----<~agua freatica?':>--~(inestables lo~----~
sue los?
sue los?
I
I
,..----------«----_ _--,
Solo perforar
Usar ademe metalico para emboqui=lIar -
Fig 4.15
Usar ademe me tali co 0 lodo en toda 1a -perforac16n
Procurar un tirante suficiente de aqua o lodo
Arbol de decisiones
Existen suelos que son estables aun en pres2ncia de aqua freatica, otros en los que el agua puede acasionar erosion y derrumbes y finalmente otros mas que son inestables en 51, aunque no exista aqua freatica. Durante la excavaci6n del pozo debe verificarse con frecuencia la verticalidad de las paredes. Se pueden efectuar comprobaciones rapidas, calocando un nivel de carpintero sabre la barra Kelly. Cuando la herramienta de avance encuentra obstrucciones tales como boleos, cimientos antiguos 0 rellenos de desecho, tiende a desviarse de la vertical inclinando el barrena. Si la perfaracion esta apoyada sobre terrena blando, los asentarnientos diferenciales que experi mente pueden provacar que la barra quede desalineada. La fuerza y/o par adicional necesario cuando se atraviesan suelas muy compactos tambien puede alterar la alineaci6n del barreno. En suelos ·firmes y duras can pequenas a nulas filtraciones de agua, no sera necesaria el ade me a menos.que sea como medida de seguridad para 1a inspecci6n del barreno. Cuando se trate de evitar asentamientos de la superficie vecina al barreno, debera usarse el ademe. Cuando se especifique ernpotramiento en raca, tal penetraci6n debe alcanzarse con rnetodos pro bados, como el trepano. No es aconsejable el usa de expl~sivos cuanda estos puedan causar danas al propio subsuelb 0 a la vecindad de-la obra. 4.1.2.1
Sin protecci6n
La perforaci6n sin protecci6n es aplicable a suelos firmes a compactos, cohesivos, sabre 0 bajo el nivel freatico que no presenten derrumbes 0 sacavaciones al ser cartados por las he rramientas de las perforaciones. Tal es el caso de arcillas y limos arcillosos, firmes 0 duros, 0 bien limos arenosas compac tos y tobas que pueden mantener estables.sus paredes en cortes verticales aun en presencia de
125
agua, siempre que el flujo no sea excesivamente grande. Para perforar estos materiales basta seleccionar el equipo y herramientas estructurales ade cuadas con base enla resistencia detectada en el subsuelo, realizar 1a perforaci6n hasta alean zar la profundidad de diseno y si el proyecto espec!fico 10 requiere, proceder a la amplia ci6n de la base, la cual se puede realizar manualmente si las condiciones de seguridad lo-per miten 0 bien mediante herramienta acampanadora adecuada para el caso (fig 4.12). 4.1.2.2
Ademada
La protecci6n de la perforaci6n puede ser requerida por la inestabilidad propia del material o por la presencia del agua fre~tica. Tal pratecci6n, que puede incluir adem~s de las pare des el fondo de la perforaci6n, puede lograrse mediante el usa de ademes met~licos segun se describe a continuaci6n 0 can lodos de perforaci6n como se indicar~ en el siguiente apartado. Los ademes met~licos son tubos de di~metro acorde al de la perforaci6n requerida para la p~ lao El espesor de la pared del tuba es funci6n de los esfuerzos a que estar~ sometido duran te su hincado y extracci6n y su longitud depende de los probl~mas de inestabilidad particul~ res de cada caso. Pueden hincarse a una prq!undidad somera para proteger el inicio de la perforaci6n de la pi1a (emboquillado), como en el caso de un estrato superficial de arena limpia con 0 sin nivel freatico, apayarse sabre el suelo estable, 0 bien hincarse en toda la longitud de la pila, par ejemplo, si el manto de la arena mencionado es cuando menos igual a la profundidad de aque1la (fig 4.16). El hincado del tubo ademe puede efectuarse mediante e1 empleo de un martillo gol peador a un vibrohincador bien sea en una sola operaci6n 0 en varias, haciendo varios ciclosde perforaciones cortas alternadas con la co1ocaci6n de tramos de ademe soldados a tope hasta 10grar la 10ngitud requerida; 1a extracci6n del material del interior del tubo se puede reali zar con alguna herramienta apropiada para el tipo y condiciones del suelo, por ejemplo un bote cortador. Los ademes metalicos empleados en la perforacion de pilas pueden ser recuperables, cuando se extraen al finalizar el colado de la pila, 0 bien pueden perderse cuando se integran a elIas. 4.1. 2.3
Can lodo
Se denomina lodo de perforaci6n a una mezcla de aqua con arcilla coloidal, generalmente bento nita, empleada como auxiliar en la ejecuci6n de barrenos (ver anexo 4.A). Cuando se desarrollaron los sistemas de exploraci6n petrolera mediante m~quinas rotarias, fue introducida la tecnica del lodo de perforaci6n por las ventajas que presenta sabre el aqua que anteriormente se venia usando. Posteriormente se ampli6 el campo de accion del lodo ha cia los pozos de agua, la exploraci6n geologica y de suelos y la construcci6n de pilas. Durante el proceso de perforacion, el lodo se emplea para: Estabilizar las paredes, formando una pel!cula plastica e impermeable producida por la depositacion de las partfculas s6lidas del lodo al filtrarse este a trav~s de las pare des de la perforacion. Esta ~el!cula llamada tambi~n enjarre 0 costra (cake), permite que se desarrollen las presiones hidrostaticas del propio lodo contra las paredes de la perforacion, bus cando as! su estabilizaci6n. A la vex impide la perdida excesiva del agua del mismo lodo y por supuesto el paso del aqua hacia el interior del barreno, 10 cual es una de las causas de inestabilidad en las oaredes Remover y transportar recortes del suelo, ya que ai entrar en operaci6n el equipo de perforaci6n, se producen recortes del material excavado que son removidos del fondo y transportados hasta la superficie merced a la circulaci6n del lodo. La capacidad para mantener en suspension las part!culas de suelo recortadas, depende entre otras cosas de la velocidad con la que fluya ascendentemente el lodo dentro de la perforaci6n Enfriar y lubricar la herramienta rotatoria ~de corte, evitando el peligro que presenta 1a generaci6n de calor por la friccion continua. Por otra parte permite la lubricacion de las barras de perforaci6n contra las paredes del barreno Contrarrestar subpresiones, que se presentan por gases, artesianismo, etc.; para ella es comun la adicion de materiales inertes pesados como la barita. La estabilizaci6n de perforaciones para pilas usando lodo benton!tico, se aplica a sue los inestables que presenten problemas de derrurnbes ya sea por presencia del aqua fre~tica 0 por sus desfavorables propiedades mecanicas. Adicionalmente el lodo permite soportar en suspension part!culas s61idas evitando con ello sedimentaciones indeseables, durante la fase de colado.
126
HIHCAOO PARCIAL
.... "NF .~.
.
~.'~'
... ,; ....• ~
'
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f
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-
LIMO FIRME
HINCAOO
TOTAL
·N.F.
.~. . . . .
'0"
a
0
., '0
'0"
.a
·0
'0'
<>
Fig 4:16
..
·0
o'
• . ARENA SUELTA' • . •
o·
·0·
tJ.<:? 0 0 o ....
'! ....
O·
Ademes de tubo de acero
EI lodo estabilizador debe sustituir progresivamente el material extra!do de la perforaci6n, teniendo especial cuidado de mantener el nivel de aqu~l muy cercano al brocal, para garanti zar que aplique la m~xima carga hidrost~tica sobre las paredes. En algunos casos de gran inestabilidad, se _aco~_twnbra ademar la parte superior .de la p!2rfora ci6n dejando que el lodo bentonftico Ilene el resto. EI an~lisis de estab~l~dad, para una perforaci6n inundada can lodo benton!tico, debe comparar por un lado la presi6n hidrost~tica producida por el lodo en st, contra la presi6n externa debida al agua existente en el subsue 10, mas la presi6n activa del suelo. En el anexo 4.8 se ine1uyen algunas f6rrnulas para an~ lizar este aspecto. Cuando el analisis econ6mieo 10 indica es posible reutilizar el lodo de perforaci6n, para 10 eual se requiere de ciertas 1nstalaciones que permitan regenerar sus propiedades. Un lodo puede perder sus propiedades espec!ficas para perforaci6n cuando se contamina por 127
captac16n de s6l1dos 1ndeseables, ya sean arcillas que provoquen un incremento en la viscosi dad 0 arenas de las formaciones atravesadas que causen problemas de sedimentaci6n no controla da. Cuando se contam1na con arcilla, 1a regeneraci6n del lodo se realiza agregando agua para d1 luir la mezcla; en ocasiones se emplean ad1tivos que la mejoran, sin embargo, siendo la urena el contaminante m~s comdn, se han desarrollado algunas tecnicas para separarla del lodo, en tre las cuales destacan las siguientes: Emp1eo de tanques de sedimentaci6n, que pueden ser port~t1les 0 bien formados en el 51 tio, hacia los cuales se envfa el lodo, dej~ndolo en reposo un perfodo de tiempo suficiente para que ocurra la separaci6n por simple sedimentaci6n Uso de mallas vibratorias de diferentes aberturas co10cadas en serie (una sabre otra) 0 en paralelo (una a continuacion de otra) a las que un motor transmite vibraciones de rna nera que se facilite el paso del lodo a trav~s de elIas iniciando su recorrido obviamen te por la de mayor di~metro. EI lodo filtrado se recupera en tanques donde par sedimen taci6n termina su tratamiento para ser utilizado nuevamente Aplicaci6n de hidrociclones para la separaci6n de arenas, cuya funci6n es separar 1a fracci6n fina de s611dos que no fue posible retener en las mullas. En la fig 4.17 se presenta esquem&ticamente un h1drocicl6n en operaci6n.
SALIDA DEL LODO
ENTRADA DEL LODO __
I. Fig 4.17 4.1.3
Ace~o
de
DESCARGA DE ARENA
Hidrocicl6n
~e6ue~zo
El acero de refuerzo debe habilitarse (cortado, dobladol, armarse y colocarse apeg~ndose a las instrucciones senaladas en los planas. A continuaci6n se describen aspectos de importan cia en 1a colocaci6n del acero de refuerzo. 4.1.3.1
Traslapes
Para el corte y armado del acero de refuerzQ debe planearse su "secuencia de utilizaci6n" con el-objeto de que adem~s de procurar que los empalmes 0 traslapes no queden en la misma secci6n transversal, de acuerdo a los reglamentos respectivos, se logre un aproveehamiento m~s racional del mismo. La -fig 4.18 ilustra varillas de longitud eomercial de 12 m en un ar mado de 16 m de largo. Cuando un elemento estructural requiere varillas de mayor longitud que las que normalmente se fabrican, se reeurre a traslaparlas 0 empalmarlas para alcanzar 1a longitud requerida en los pIanos del proyecto. Para varillas del No. 8 y menores, se recomiendan usar traslapes de longitud equivalente a 40 di§metros de la varilla, aunque nunea menores de 30 em (12").
[ 2 B
16.0 m
12 Om
,
I.
45m
9.0 m
~
3.0 m 12.0 m
I 112 . Om
Fig 4.18
Para las varillas del No. 10 do de las mismas. La fig 4.19
~uestra
I
,
10.0 m
6.5 m
ILOm
4.5
It!
Secuencia de utilizaci6n de varillas de 12 m de longitud y 1/2" ~ en un armado de 16 m de longitud 0
mayo res no se aconseja el traslape y debe recurrirse al solda
detalles de dichos traslapes y soldaduras.
lXXXXXX~
~ I ILONGITUO DE TRASLAPE
SOLOADURA
-l--
~
I
60'
y--y
J.:mm T
1/2 ~
'-
t PLACA
Fig 4.19
DE
RESPALDQ
..l
13
mm
Detalle de traslape y soldadura de varillas
Cuando en una secci6n transversal concurran m~s del 50% de los traslapes, la longitud de es tos deber~ ser un 20% mayor; los estribos en dtcha zona de traslapes deber~n tener el esp~ ciamiento minimo posible. Para refuerzo en espiral, el traslape deber~ ser equivalente a 1.5 vueltas. 4.1.3.2
Ganchos y dobleces
Cuando por el espacio disponible no es posible dar la longitud necesaria para desarrollar el esfuerzo de adherencia entre el concreto y el acero, se recurre a la t€cnica de efectuar do bleces en el extremo de varilla, a fin de formar ganchos 0 bien, escuadras. Estos doblec~s deben tener una geometr!a deterrninada, que depende del di~metro de la varilla, de la resis tencia tanto del concreto como del acero y de la ubicaci6n de la varilla respecto al espesor del elernento estructural. En la fig 4.20 se dan las dimensiones y geometr!as de dichos dobl~ 129
ces.
GANCHOS A 90°
GAHCHOS A 180 0
I ==l===r=~,~.:::::::.-.-:.-:.:.-:."
,"
a
I
7··::::::.·.::;
0 ,
I
6."
, .... __ ...
,
I
I
h
~ MINlWO 6em
Medidas dh' a, j y h, recomendadas para farmar ganchos.
Varilla No.
a (em)
dl>,
a (em)
aprox
10
10
5
9
"
13
12
6
10
"
14
15
13
8
10
4
"
19
21
15
10
12
5
"
23
27
18
13
13
2.5 3
6d b
9
6
8db
27
32
20
15
15
7
"
32
37
25
18
18
"
37
42
33
25
23
38
29
26
8 9 10 12
10db
42
49
" "
47
59
50
39
32
58
71
60
50
40
= longitud necesaria para tarmar el gancho.
Fig 4.20
4.1.3.3
(em)
j
Ganchos a 180 0 h (em) j (em)
11
2
a
Ganchos a 90°
Geornetrfa y dimensiones de ganchos y dobleces
Recubrimientos y espaciamientos
Se denomina recubrimiento al espesor de concreto remanente entre la cara exterior del elemen to estructural de concreto y la cara exterior del deero de refuerzo mas cercano, pudiendo ser un estribo 0 una varilla longitudinal (fig 4.21). Dicho recubrimiento tiene por objeto prate ger al deero de refuerzo de los agentes adversos, atmosf~ricos 0 qu!micos del ambiente en elque va a estar trabajando el elemento de concreto, ya que algunos producen corrosi6n, ponien do en peligro la seguridad del elemento y por ende la integridad de la estructura. . -
Se aconsejan los siguientes recubrimientos m!nimos: Hedio Ambiente Elemento
Inocuo
Agresivo
Pilote
5 em (2" )
7.5 em (3" )
7.5 em (3" )
10 em (4" )
Pila
.. La distancia libre entre varillas paralelas no deber~
[30
ser menor que el di~metro nominal de
la varilla, 0 una y media veces el tamaRa que sea mayor.
m~ximo
de agregado y nunca menor de 2.5 cm (1"), 10
cuando se us en paquetes de varillas, e3tos deber~n tener 4 varillas como m~ximo y las mismas deber~n terminarse a intervalos de 40 ~, salvo que sean necesarios en toda 1a longitud. Para fines de espaciamiento, un paquete debe tratarse como una unidad. Para refuerzo en espiral, el espaciamiento centro a centro no debe ser mayor que un sex to del del nucleo de concreto. La separaci6n libre entre las espirales no debe ser mayor de 7.5 cm (3") ni menor de 3.5 cm (1 3/8") 0 1.5 veces el tamano m~ximo del agregado. di~metro
Para estribos circulares 0 rectangu1ares, la separaci6n entre los mismos no debe ser mayor que 16 veces e1 di~metro de la varilla longitudinal 0 48 veces el di~metro del estribo 0 la dimen3i6n menor del elemento.
ACERO
." .•. ~
....
CONCRETO
"
.. .;
.•.
··;'l~~.f!i . ~~ .
.
:, ....•.
r
Fig 4.21 4.1.3.4
= RECUBRIMI[NTO
Reeubrimiento del acero de refuerzo
Manejo y colocaci6n
Cuando por las necesidades de la obra, de acuerdo al proeedimiento constructivo, el acero de refuerzo deba armarse en un sitio para posteriormente coloearlo en una eimbra 0 dentro de una perforaci6n para pila, ademas del aeero especificado para cumplir con los requisitos estructu rales, debe colocarse refuerzo adicional a manera de formar armaduras que permitan el manejodel acero de refuerzo, ya armado, sin que se presenten deformaciones, movimientos 0 desplaza mientos del lugar que oeupara dicho refuerzo en el ~uturo elemento de concreto. La forma de "armar" el dcero de refuerzo para permitir su manejo, dependera de la long-itud y peso del mis mo, as! como del equipo disponible para su manejo. Cuando el metodo constructivo empleado establezca la extracci6n del ademe, se debe tener cui dado para evitar que el refuerzo se altere 0 quede en contacto con el suelo durante tal ex tracci6n. 4.1.4
Conc./teto
Ademas de los requisitos de calidad que deben cumplir los materiales que intervienen en 1a fa bricac~5n del concreto, deben tomarse en cuenta los siguientes aspectos, para asegurar la calidad de la construcci6n de pilas. Tamano del agregado. Es importante que el concreto pase libremente entre los intersti cios del acero de refuerzo para que logre ocupar todo el volumen excavado para la pila, por 10 que se recomienda que el tamano m~ximo de los agregados no sea mayor de 2/3 par tes de la abertura minima entre el acero de refuerzo 0 del espesor del recubrimiento,10 que sea mas pequeno Revenimiento. Para lograr resultados 6ptimos en el colado, es fundamental el buen pro porcionamiento de la mezcla de concreto. ~ Se recomienda un revenirniento de 15 a 20 cm adem~s del empleo de aditivos con el fin de retardar el fraguado durante el colado y mejorar las caracter!sticas de trabajabilidad. Es importante asegurar un colado continuo para evitar juntas frias Aditivos. No se aconseja el uso de acelerante de fraguadoi los retardantes pueden ser utiles en ciertos casos y los f1uidificantes tambi€n. 4.1.4.1
Colocado en seco
Antes de proceder al colado del concreto es fundamental efectuar una 1impia cuidadosa del fonda, eliminando los azolves 0 recortes sedimentados en el fondo de la perforaci6n, mediante herramientas apro~iadas. 131
Existen varios m~todos para la colocaci6n en seco del concreto, que en comGn buscan evitar su segregaci6n. Cuando la perforaci6n est~ totalmente libre de aqua y su secci6n transversal 10 permite, el colado se puede realizar por medio de recipientes especiales 0 "bachas" que des cargan por el fondo, las cuales se movilizan con ayuda de malacates 0 bien con grGas. En 1a fig 4.22, se observa un esquema del funcionamiento de una "bacha"
BACHA
Fig 4.22
Funcionamiento de una bacha
Tambi~n se pueden utilizar tuberfas de conos, segmentadas, llamadas comGnmente "trompas de elefante" (fig 4.23),0 bien bomb as para concreto.
TOLVA
,\.
\
TROMPA DE ELEFANTE
Fig 4.23
Trompa de elefante
Cuando las d1mensiones transversales son mayores de 2.4 m es posible emplear canaletas en es piral. Se debe calcular el volumen te6rico de concreto necesario para llenar el agujero para la pila y compararlo con el volumen real colocado. El concreto deber~ colocarse, de ser posible, en una sola operac16n continua. 4.1.4.2
Colocado bajo aqua 0 lodo
Cuando el concreto debe colocarse bajo el agua 0 bajo lodo benton!tico, se acostumbra emplear una 0 varias tuber!as estancas (tremie) de acuerdo con las dimensiones de la pila, cuyo diametro interno sea por 10 menos sels veces mayor que el tamano m~ximo del agregado grueso del concre to. Para su manejo puede estar integrada por varios trarnos de 3 m de lonqitud como maximo, facilmente desmontables, por 10 que se recornienda que tengan cuerdas de list6n 0 trapezoida les. Es imperativo que la tuber!a sea perfectamente lisa por dentro y aconsejable que tambi~n 10 sea por fuera (fig 4.24a), 10 primero para facilitar el flujo continuo y uniforme-d~ rante e1 colada y 10 segundo para evitar atoramientos de la tuber!a con el armado. Arriba de 1a tuber!a se acopla una tolva para reciblr el concreto, de preferencia de forma c6nica y 132
con un ~ngulo comprendido entre 60° y 80 0
(fig 4.24b).
CUERO'" 60 0 '$
Q(
S BOo
6mm'$e'$8Il'lm ZOc'" ~d'$ 2~cm
TUBO TREWIE
.1
Fig 4.24
bl
Tuber!a tremie para colados bajo agua
0
lodo
Durante la movilizaci6n y transporte de los tubos, es recomendable engrasar cuerdas con anillos especiales roscados.
Y proteger sus
Los di~metros usuales para estas tuberfas varian entre 20 y 25 cm (8" a 10") y sus espesores de pared entre 6 y B mm. Para realizar con rapidez las maniobras de acoplamiento y desacoplamiento de la tuber1a, es conveniente con tar con un dispositivo especial para apoyarla y sUjetarla, como el que se mues tra en la fig 4.25.
TUBO TREWIE
PLACA
NOVIL UNION
SOPORTES DE YARILLA
PLACA FIJA TUBO TREWIE
Fig 4.25
DispositivQ para sostener la tuber1a tremie 133
El procedimiento de colado mediante tuber fa tremie siempre busca colocar el concreto a partir~~ del fondo de la perforaci6n dejando permanentemente embebido el extremo inferior de la misma' as!, al avanzar el colado tiene lugar un desplazamiento continuo del lodo (0 agua) mantenien' do una sala superficie de cantacto (la del primer volumen de concreto colocado) . J
La gran diferencia en densidades entre el concreto fluido (2.4 ton/rn 3 ) y el lodo (1.04 ton/m3) ayuda a que dicho desplazamiento se efectue eficazmente; es conveniente seguir las siguientes recomendaciones para lograr buenos resultados. Revisar la tuber1a antes de que sea colocada dentro de las perforaciones. asegur~ndose del buen estado y engrasado de las cuerdas y comprobando que no tenga desajustes entre las unio nes de sus tramos que puedan provacar la entrada del lodo (a agua) en su interior (en colaaos bajo aqua esta recomendaci6n es extremadamente importante. aconsej~ndose en ciertos casos usar cinta adhesiva quirurgica 0 equivalente sobre las juntas de la tuberfa para evitar fil traciones) . Una vez instalada la tuber!a dentro de la perforaci6n y antes de empezar el colado, es necesa rio colocarle en su extremo superior un tap6n deslizante {diablo} como se observa en la fig 4.26 que puede ser una c~mara de bal6n inflada, una esfera de polipropileno. un atado de bol sas vacfas de cemento 0 bentonita, etc., el cual tiene camo funci6n primordial evitar la segregaci6n del concr~to al iniciar el colado, ya que despu~s el mismo concreto en el interior de la tuber1a se encarga de amortiguar la ca1da evitando este efecto.
TOLVA
TAPON DESLlZANTE (DIABLO)
TUBO TREMIE
Fig 4.26
Colocaci6n de tap6n deslizante 0 diablo en la tuber!a tremie
Al iniciar el colado, el extrema inferior de la tuber!a debe estar ligeramente arriba del fondo de la perforaci6n (no m~s de un di~metro de la tuoerfa) para que permita la salida del tap6n y del primer volumen de concreto; despu~s de ello y durante todo el colado, el extremo inferior de la tuberfa debe permanecer siempre embebido en el concreto fresco, para 10 cual es indispensable llevar un registro continuo de los niveles reales del concreto alcanzados durante su colocacion para que en el momento que se juzgue conveniente se puedan retirar tra mos de la tuber1a sin el riesgo de que ~sta quede fuera del concreto. La operaci6n del colado debe ser realizada en forma continua, para evitar el peligro de que durante los lapsos de espera, el concreto inicie su fraguado y se provoquen taponamientos.
134
Este m~todo de colada con tuber!a tremie seeo.
tambi~n
puede utili7.arse para coloear el concreto en
Existen tendeneias de parte de los eonstructores de cimentaeiones para usar equipo de bombeo para concreto en el colado de pilas. En tal caso es importante asegurar una granulometr!a de agregados que evite la segregaei6n. Es conveniente, hacer notar que esce metoda presenta adem~s ciertos problemas, como por eje~ pIa la dificultad de colocar el tap6n antes de iniciar el colada, que puede resolverse median te el implemento que se observa en la fig 4.27. 5i la linea de conducci6n de concreto des dela bomba hasta la pila es grande, es probable que ocurran taponamientos en la misma, los cua les se pueden agudizar debido a la necesidad de mantener embebido en el concreto el extremode salida. Par 10 anterior, el empleo de concreto bombeado directamente hasta el fondo de las perforacio nes estabilizadas con lodo 0 agua debe hacerse con ciertas reservas, siendo preferible en c~ so de ser usado, combinarlo con tuber1a convencional tremie. UPON ORIFICIQ PARA LA
. ..... .. . :.' ... ... : :.. : ........ .... ". . '.
SALIDA OEL AIRE
'
:
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~
~
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.
,
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ENTRADA DEL CONCRETO
Fig 4.27
Dispositivo para la colocaci6n del tap6n deslizante para colados par bombeo de concreto
VelL.i.6.i.cac.i.61t de ca!..i.dad
4.1.5 4.1.5.1 a)
DIABLO
Metodos directos
Uno de los m~todos directos de verificaci6n de la calidad de las pilas con siste en la ejecuci6n de perforaci ones con obtenci6n continua de nucleos de concreto-a todo 10 largo de elIas, empleando m~quinas rotarias y barriles muestreadores con broca de diamante. £1 empleo de este sistema presenta la ventaja de que f!sicamente se puede deducir de la observaci6n de los nQcleos la presencia 0 ausencia de anomal!as en el co~ creta provocadas por contaminaei6n, disgregaci6n 0 deslave del concreto. Asimismo, es posible de tee tar la calidad en el contaeto de la pila can el terreno natural. Mue6tlLeo.
Adicionalmente a 10 anterior se puede verificar la resistencia real del concreto median te ensayes de compresi6n en las muestras cil!ndricas obtenidas. En la fig. 4.28 se pr~ senta un ejemplo de registro de perforaci6n para la inspecci6n de una pila. £1 empleo de este metoda implica algunos inconvenientes entre los que destacan los siguientes: £1 costa es elevado, ya que las broeas de diamante son caras Imposibilidad de detectar anomal!as en toda la secci6n transversal de la pila, ya que generalmente las perforaciones se realizan al centro de la misma y dado 10 reducido de su di&metro deja la incertidumbre del estado que guarda la pila cerca de su peri feria La resistencia obtenida de los nucleos de concreto tiende a estar por debajo de la obte nida de cilindros durante el colado, por 10 que el juicio sobre la calidad de la pila debe considerar esta limitaci6n 135
El tiempo de ejecuci6n de la perforaci6n resulta bastante grande en comparaci6n con otros ml!todos. b)
C~~~u~to de tetev~h~6~. Este ml!todo consiste en el empleo de pequenas c~maras de tele visi6n que son introducidas en perforaciones previas realizadas en las pi las y que per miten la observaci6n directa de las paredes y de fondo de las mismas. Tiene la desven taja de que 6nicamente se pueden detectar fallas muy marcadas como 10 son grandes huecos dejando dudas en cuanto a contaminaci6n 0 disgregaci6n del concreto no muy severas pero si importantes para el comportamiento de la pila.
En la fig 4.29 se presenta un esquema de la operaci6n de este
..!SO
W'[LOCIOAl:
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'O'l'Il l "lllll#l.
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AOTACIOtl
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Fig 4.28
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Sl". 'OLO
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m~todo.
~
...
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::...:-:\. . . ~
Ejempl0 de un registro de perforaci6n para verificar la calidad de una pila
CONTROL DE MANOO
CAMARA ~~~~~ MAGNETOSCOPIO
Fig 4.29
Esquema de un circuito de televisi6n para verificaci6n de pilas
) 36
4.1.5.2
M~todos
indirectos
Actualmente se han desarrollado algunos m~todos indirectos para la detecci6n de anoma11as 0 fallas durante la construcci6n de pilas, que pueden resultar m~s baratos que los directos. Una limitante general que presentan estes m~todos es la falta de informaci6n sabre la resis tencia del concreto. Entre elIas podemos mencionar los siguientes: a)
Se basa en la propagaci6n y reflexi6n de una onda en un medio heterog~ neo. EI sistema consiste en la emisi6n de una vibraci6n generada en la cabeza de la pi la y la captaci6n de ella con un receptor colocado en la parte superior de la misma. Por medio de un osciloscopio se registra el tiempo que transcurre en el momento de la emisi6n de la onda y su recepci6n a fin de determinar la distancia recorrida conociendo su velocidad de propagaci6n (fig 4.30). Metodo d'lt l.CC.
EM'SOR
"1ITT-If-..-'I'i-RiiE"cEPT0R
.
.~~,
OSCILOSCOP,O
\~, ~ ' ,:
.
PILA
Fig. 4.30
Esquema del metodo del eco para verificaci6n de pilas
La ubicaci6n h de la primera anomal1a esta dada por la siguiente expresi6n: h
=
1/2 VT
(4.1)
donde: V
velocidad de propagaci6n de la onda
T
t1empo de recorrido de la onda
Este m~todo tiene la ventaja de que las determinaciones son ejecutadas r~pidamente y no requiere instalaciones rrevias. Se ·recomienda para pilas hasta de 15 m de profundidad. Presenta la desventaja de que 51 la primera anomal1a detectada es de c1erta importancia, d1ficulta la determinaci6n de otras a mayor profundidad 0 las hace parecer como fallas menores. b)
"CJt.066 Hot'lll . Al igual que el m~todo anterior, consiste en la emisi6n de una vibraci6n pero en vez de ser producida en la cabez~_de la pila, se genera dentro de un tubo lleno de agua que se coloca fijo en el armado de la pila previamente al colado (fig 4.31a). La captacion de esa onda se realiza por medio de un receptor colocado al mismo nivel del emisor perc en otro tubo despu~s de haber atravesado el cuerpo de la pi lao La operaci6n se repite a 10 largo de la pila, obteniendose una gr~fica en la cualse presenta el tiempo de propagaci6n de las ondas captadas. En la fig 4.31b se aprecia una grafica que presenta un defecto de la pila.
.Metodo
Cada anomal1a detectada se caracteriza par una disminuci6n ooda captada y un incremento en el tiempo de recorrido.
137
dr~stica
de la amplitud de
MALACATE
•rlll--.,Ih
-_ EMISOR
•
.
MEOIDOR ELECTRICO
REGISTRAOOR
Prof!m) Tlempo
1--.;.'_ _--..1
(I' .)
Amplitud de onda
RECEPTOR
0-'
---,- -----
.
~
-
- -F-" .- --- -'-- _.
ANOMALIA
bJ -10
Fig 4.31
0 "10 Ull
Ejemplo de un registro de verificacion de calidad de una pila por el m~todo "Cross Hole"
Como se anot6 anterior~ente para la ejecuci6n de este m~todo de verificaci6n se requie re que previamente sean colocados tubos met~licos a todo 10 largo de la pi1a. De la cantidad de estos depender~ la precisi6n de la verificaci6n. En 1a fig 4.32 se obser van algunos acomodos de tuber!a para 1a ejecuci6n de pruebas. Este
m~todo
presenta las siguientes ventajas:
Buena localizaci6n de anomal!as tanto en profundidad como en la secci6n de las pilas siempre que el numero de tubas para la ejecuci6n de las determinaciones sea suficiente Interpretaci6n en forma inmediata Registro continuo de toda 1a longitud de la pila. Algunas desventajas que se presentan son la imposibilidad de detectar la calidad del contacto entre 1a pila y el terreno natural. La mAxima distancia recomendable entre tubos es del orden de 1.5 m.
1.0
~
,,, 1.301'11
, <1.01'1
Fig 4.32
Ubicaci6n de tubos para verificaci6n de calidad de pilas de acuerdo a su di~metro
138
Ve-ti6.i.cac'(6n de p.i.ta.~ poJt med'(o de. 1La.!f0~ gamma.. Este m~todo estii bas ado en el fen6meno de absorci6n de un haz de rayos gamma por -el material que atraviesa (fig 4.33).
c)
Si N representa el nGmero de fotones gamma detectados de espesor x y densidad y, se tiene:
despu~s
de atravesar un material
No e- kyx
N
(4.2)
donde: representa el numero de fotones emitidos por una unidad de tiempo y es funci6n de la actividad de 1a fuente radiactiva. k
coeficiente que depende de la energfa de radiaci6n us ada y de la natura leza del material auscultado.
El sistema de verificaci6n es similar a1 descrito para las ondas s6nicas teniendo 1a Ii mitante que la distancia m~xima entre emisor y receptor debe ser de 0.80 m.
WALACATE
REGISTftAOOft
Prot.lm) t>. FUENTE 4 RADIACTIVA '
'f-,---,,,-,--,--, DETECTOR
., •
tOO
Fig 4.33
4.2
•• 0
ANotIAliA
i';"
..... ,.,.... IClO
400
100
100
Ejemp10 de un registro de verificaci6n de calidad de una pila por medio de rayos gamma
PILOTES DE CONCRETO PRECOLADOS
Los pilotes de concreto prec01ados se deben disenar y fabricar para soportar los esfuerzos de manejo e hincado ademas de las cargas transmitidas por 1a estructura.
4.2.1
Equ..i.po
4.2.1.1
Gruas. Ver 4.1.1.1
4.2.-1. 2
Perforadoras. Ver 4.1.1. 2
4.2.1.3
Vibrohincadores. Ver 4.1.1.4
4.2.1.4
Marti1los
Son equipos que generan impactos en serie para e1 hincado de pi1otes, tablaestacas, tubos, etc.
139
Conceptualmente, los martillos piloteadores originales fueron masas de carda libre que se co locaban nuevamente en posici6n previa al descenso mediante sistemas manuales 0 mec~nicos. Con el desarrollo de la tecnolog!a se utiliz6 vapor de aqua 0 aire comprimido para levan tar la masa que cae; mejoras posteriores d1eron lugar al uso del vapor y aire comprimido para acele rar la ca1da de la masa durante su descenso logr~ndose una lTIai'0r energia en el 1mpacto. Recientemente se han desarrollado martillos de combusti6n interna que emplean diesel como para levan tar la masa golpeadora al mismo tiempo que se aprovecha su explosi6n pa ra incrementar el impacto del hincado. En la actualidad estos ultimos son m~s comunmente usa dos por su f~cil operaci6n y existe en el mercado una gran variedad de modelos y capacidades~ ener9~tico
El cicIo de operaci6n de los martillos diesel se inicia con la carda libre de un pist6n gUi~ do dentro de un cilindro que al comprimir el aire en el interior de 1a c~mara de combusti6n produce el encendido y exp10si6n sGbita del diesel previamente inyectado. La explosi6n y el impacto de la masa que golpea provocan la penetraci6n del pilote en el terreno y la expansi6n de los gases quemados impulsa al pist6n hacia arriba y as! sucesivamente. Algunos martillos est&n dotados de una c&mara de combusti6n adicional en la parte superior en donde 1a exp10si6n del combustible acelera la masa de golpeo en 1a carrera hacia abajo. En 1a fig 4.34 se observan los principales componentes de un marti110 piloteador diesel. ;,
RES8ALAOERA
PISTON
u-_-",A""A",""AU1"--'>.Il!"",.",snON
YUNQUE
PILOTE----IPIII
Fig 4.34
Martillo diesel
Para el hincado eficiente de pilotes deben seleccionarse martillos can energia y peso del pis t6n acordes con las dimensiones, pesos y capacidad de carga esperada en aquGllos, adecuados a un problema dado. Generalmente se busca que el peso del pist6n m6vil no sea menor de 0.3 a 0.5 veces al peso del pilote. Si el pist6n pesa menos que dicho valor, el pilote corre el riesgo de no alcanzar la capaci dad de carga que Ie fue asignada, pudi~ndose danar adem&s la cabeza por exceS1VO nGrnero de golpes en e1 in ten to va no de llevar el pilote a su posici6n correcta. Por el contrario, si 140
el p1st6n es demas1ado pesado en relaci6n al pilote, ~ste puede sufrir danos en toda su Ion gitud (la regulaci6n de la energ!a puede resolver este problema). En la tabla 4.4 aparecen algunas de las marcas y modelos de martillos diesel para el hincado de pilotes.
m~s
usuales en
M~xico
TABLA 4.4
Marca
Modelo
Martillos piloteadores diesel usuales en M~xico
Peso del pist6n
kg
Energ1a por goltJe
kg-m
Peso m~ximo del pilote
kg
Relaci6n .1 Peso del de pesos martillo Pist6n/Pilote kg
OELMAG
05
500
1,250
1500
0.30
1240
OELMAG
012
1250
3125
C400lt
0.31
2750
OELl1AG
022-13
2200
6700-3350
6000
0.37
5160
OELl1AG
1),30-13
3000
9100-4450
8000
0,38
5960
DELMAG
036-13
3600
11500-5750
10000
0.36
8050
DELMAG
046-13
4600
14.600-7300
15000
0.31
9050
22320-11160
25000
0.25
12800
OELMAG
062-12
6200
KOBE
K13
KOBE
K25
1300 2500
KOBE
K35
3500
105.00
KOBE
K45
4500
13500
-
MITSUBISHI
MH15
1500
3900
3800
0.39
3800
MITSUBISHI
MH25
2500
6500
6300
0.40
6000
MITSUBISHI
MH35
9100
8800
0.40
8400
MITSUBISHI
MH45
3500 4500
11700
11300
0.44
11100
4.2.1.5
3700 7500
2900 5200 7500 10500
Herramientas para pilotes
Se definir~n como herramientas a aquellos implementos auxiliares empleados para el manejo e hincado de pilotes. Resbaladeras. Son estructuras que se integran a las plumas de las gruas y que sirven para que des lice tanto el martillo piloteador como el dispositive de disparo; pueden se~ fijas, oscilantes y suspendidas por cable. En la fig 4.35 se observan estos tipos de resbaladeras. Gorros de protecci6n. Para proteger la cabeza de los pilates durante su hincada se emplean dispositivos que amortiguan y distribuyen la energ!a de los impactos de martillo sobre la ca beza, evitando as! danos mayores. Los gorros est~n integrados por una estructura rnono11tica de acero en forma de caja. En la parte superior se Ie coloca una "sufridera" que puede ser a base de madera, micarta, material plastico a trozos de cable de acero y sobre ella una placa met~lica. En la caja inferior que es la parte de contacto entre martillo y pilote va colocado un colch6n de madera. En la fig 4.36 se aprecian algunos arreglos de gorras de protecci6n. La sufridera sirve para: Absorber la fuerza del impacto en pilates fragiles Proteger los pilotes en terrenos duros Distribuir y transmitir uniformemente las fuerzas en 10 posible hacia el gorro y hacia los pilotes Ampliar el tiempa de impacto par almacenamiento de energ1a en la 5ufridera Alargar la vida util del gorro. 141
..
~
'0 " " : : . " . .·:0 :.:... . '.'.: .....· .... c;>,.".:~~;:......
ill
RESBALAOERA
FIJA
b) RESBALAOERA
OSCILAN T E
., c)
RESBALA.OERA SUSPENOIOA
POR
Fig 4.35
4.2.2
Pe~6o~aci6n
CABLE
Tipos de resbaladeras
guia
En ocasiones, se efect6an perforaciones previas al hincado de los pilotes cuyo objeto es ser vir de gufa 0 facilitar el hincado para alcanzar los estratos resistentes 0 tambi~n evitar movimientos excesivos en la masa de suelo adyacente. 4.2.2.1
Sin protecci6n, extrayendo el material (ver 4.1.2.1)
4.2.2.2
Con lodo (ver 4.1.2.3)
142
PLACA DE I.. PACTO ---,..f
Ei§~~r--SUFRJDERA
GaRRO COLCHON DE MADERA
~~~:f~,..SUFRIDERA ~
DE CABLES DE ACERO
~_r
PI LOT E ---fItt1H-f
,MPACTo----I;;;~t=j
YUNQUE
-;-<11
GORRO
I
PILOTE ------1&1ti~
DISTANCIA RECOMENOABLE ENTRE El YUNQUE Y EL GORRO
Fig 4.36 4.2.2.3
Gorros de protecci6n
Remoldeando (sin extraer) el material
Para atravesar materiales arcillosos blandos, sensitivos y con alto contenido de agua, es practica comun realizar las perforaciones sin ex traer el material, remoldeandolo en~rgicaffie~ te mediante rotaci6n dentro del agujero, utilizando una una broca espiral.
Se deben establecer ciertos requisitos mfnimos as! como procedimientos basicos de construe cion para poder satisfacer los requisitos de diseno referentes a calidad, resistencia y dura bilidad del conCreto bajo cualquier condici6n, ya sea que se fabrique en planta 0 en el sitlo de la obra. 4.2.3.1
Preparaci6n de r.:amas de colado
Son plataforrnas de concreto de 5 a 10 err. de espesor coladas-sobre una base de material compac tado, que sirven para el apoyo y fijaci6n de los moldes para fabricaci6n de pilotes; para esto Gltimo, tienen integrados algunos elementos de madera 0 metal que ayudan a la fijaci6n de las cimbras. 4.2.3.2
Moldes
Son los utensilios que reciben el concreto y generalmente se forman a base de tableros modula res de madera, triplay, lamina 0 sus combinaciones, que permiten darle al pilote la secci6n requerida. Deben estar disenados para soportar las presiones del concreto durante su coloc~ 143
ci6n y vibrado y ser suficientemente r!gidos para conservar su forma sin a1teraciones. Los mo1des de colado deben estar hechos de materiales durables tales como metal, concreto. Se recomienda una cimentaci6n de concreto bajo la cama de colada.
pl~stico 0
Todos los bordes de pilotes cuadrados deben achaflanarse. Los moldes 0 cimbras m~s comunes por su facilidad de manejo tanto en su instalaci6n como en el colada son los que se emplean para pilotes de secci6n cuadrada y es usual el realizar el cicIo de fabricaci6n de manera tal que sea posible usar los mismos pilotes ya coladas en una primera fase como cimbra de los siguientes (fig 4.37). De igual forma se pueden usar los Ie chos de pilotes ya constru!dos como camas de colada de los siguientes.
3 3
4
3
4
3
3
4
It.
LECHa
20. LECHa ., I". LECHa
. -
Fig 4.37
'I ......
_~
Secuencia de colado de pilotes de secci6n cuadrada
Otras secciones usuales para la fabricaci6n de pilotes son la hexagonal, 1a octagonal, la ochavada y ocasionalmente la circular. Antes de proceder al colada es recomendable colocar un recubrimiento en 1a superficie de con tacto de la cimbra para facilitar su despegue, el cual puede ser a base de grasa, aceite qu~ mado, parafina con diesel, polietileno, etc. 4.2.3.3
Acero de refuerzo
(ver 4.1.3)
£1 acero de refuerzo se debe colocar con precisi6n y protegerse adecuadamente contra la oxida cion y otro tipo de corrosi6n antes de colar el concreto. Todo el acero de refuerzo deber~ estar libre de costras de 6xido, suciedad, grasa, aceite u otros lubricantes 0 substancias que pudieran limitar su adherencia con el concreto. 4.2.3.4
Concreto
Para pilotes de concreto en contacto can agua dulce a aire se puede usar cemento del tipo I, II, III 0 IV, mientras que para ambiente marino se recomienda el tipo II a cementa puzol~nico. No es aconsejable usar cementa can aire incluido para pilotes colados en el lugar. El agua para curado, para lavar agregados y para mezclar el concreto debe estar libre de acei tes, materiales org~nicos y otras substancias que puedan ser perjudicia1es al concreto 0 al acero, y contener concentraciones muy bajas de cloruros «1000 ppm) y de sulfatos «1000 ppm) en el caso de concreto reforzado. En ningGn caso el agua debe tener impurezas en cantidad tal que ocasione cambios en el tiempo de fraguado del cementa portland de m~s de 25%, 0 una reducci6n de la resistencia a la compre si6n del mortero a los 1~ dras de m~s de 10%, en comparaci6n con los resultados obtenidos con aqua destilada. Se recomienda el empleo de aditivos inclusores de aire en pilotes sometidos a ambientes mari nos. Se recomienda que el contenido de aire en el concreto sea de 4 a 8%, dependiendo del ta mano del agregado grueso. Para fines de durabilidad, los pilotes de concreto deben tener cuando menos 336 kg de cemento por metro cubico de concreto. En medias agresivos como en el mar, se recomienda cuando menos 391 kg aunque en ocasiones se prefieren 420 kg. El volumen optimo de agua de mezclado es en realidad la menor cantidad que pueda producir una mezcla plastica y alcanzar la trabajabilidad deseada para la colocaci6n mAs eficiente del con
[44
creto.
La durabilidad del producto terminado disminuye al aumentar la relaci6n agua-cemento.
Es aconsejable limitar el revenimiento de una mezcla de concreto a un m!nimo compatible con los requerimientos y metodos de colocaci6n, de a a 7.5 em para pilotes precolados. Se debera efectuar cuando menos una serie de pruebas de compresi6n en cilindros por cada 15m 3 de concreto colocado y no menos de dos especfmenes individuales. Los espec!menes cilindricos deberan curarse bajo las mismas condiciones que los pilotes de concreto. Toco e1 concreto debera n.ezclarse hasta obtener una distribuei6n uniforme de los materiales y se debe ~escargar en su tot~lidad antes de volver a llenar la mezcladora. La compaetaci6n del concreto deber~ hacerse con vibradores de alta freeueneia. Los moldes de ben ser 10 suficientemente r!gidos para resistir el desplazamiento 0 los danos deb:dos a la vibraci5n. E1 concreto debera mantenerse arriba de lDcC y cn estado hdmedo cuando menos durante 7 dras despues de su colocacion 0 hasta alcanzar la resistencia de proyeeto. Los maldes debe ran r~ tirarse una vez que el concreto tenga La resistencia suficiente. para evitar deformaciones.Colocacion de concreto. Se puede realizar empleando bombas directas de las ollas, mediante canalones, con carret~llas, bachas, etc. Se recomiendan resistencias del concreto para pilotes de 300 kg/em~ si su hincado se realiza en sue los blandos a medias y de 350 kg/cm' si se trata de sue los de medias a duros. 4.2.3.5
Juntas
En algunas oeasiones e:; neeesario hincar varios tramos de pilotes para 10 cual se han disena do varios tipos de juntas de uni6n que van desde la soldadura a tope de dos placas previamen te fijadas a los tramos del pilote hasta mecanismos mas ~ofisticados. En las figs 4.38 y 4.39 s€ presentan a1sunas juntas. 4.2.3.6
Manejo y almacenamiento temporal
Para el despegue, transporte y almacenajc de los pilotes han sido prGpa~ados ciertos puntos a 10 largo de los w.ismos, estructural~ellt~ apropiados para esas maniobras, de manera de redu cir al m.l.nimo el peligro de fracturas. Los puntos de izaje estan constituic1.os por "orejas"de varilla, cable 0€ acero 0 placa que se fijan previamente al acero de refuerzo y que quedan ahogad~s en el concreto (fig 4.40) Para pilotes cortos que se pueden manejar media~te un solo punto de izaje, ~ste debe estar co locado a 0.293 L de 13 cabezd, siendo L la longitud del pilote. Para dos y tres apoyos su ubicacion se marea en la fig 4.41. Se recomienda el empleo de balancines can dos lotes (fig 4.42).
0
mas puntos de izaje para el transporte de
p~
Los pilotes se deber~n manejar y almacenar en forma tal que no se danen. La resistencia del concreto en el momento e~ que despegue de la cama de colado debe ser cuando menos de 245 kg/cm 2 • H-i.Hc..ado
4.2.4 4.2.4.1
Secueneia
Despues del despegue y transporte de los pilotes de las camas de colado al lugar de hincado es conveniente: Colocar marc as a una separaci6n maxima d~ 1.0 rna to do 10 largo del pilote con el fin de determinar con facilidad el numero de golpes necesarios para cada metro de hincado Izar el pilote manejandolo con un estrobo apoyado en el punto correcto de acuerdo a las recomendaciones hechas en el cap.l.tulo correspondiente Colocarlo en el punta correcto de su ubicaci6n 0 en la perforaci6n previa, si existe, de acuerdo a los pIanos constructivos Orientar las caras del pilote si es requerido Acoplar la cabeza del pilote al gorro del martillo piloteador Colocar en posici6n perfectamente vertical 0 en el angulo requerido, Sl se trata de p~ lotes inclinados, tanto el pilote como la resbaladera del martillo corriglendo la pos~ cion de la grua hasta lograrlo .
145
Usualmente para lograr la verticalidad del pilote se emplean dos plomadas de referencia colocadas en un ~ngulo de 90 0 teniendo como v~rtice el pilote como se puede observar en la fig 4.43 Accionar el disparador del martillo con 10 cual se inicia propiamente el hincado del p~ lote.
JUNTA DE TORHILLOS
Fig 4.38
JUNTA SOLOAOA
Tipos de juntas
- .'.
JUNTA A BASE JUNTA OE
DE
BAYONETA
Fig 4.39
Tipos de juntas 146
GRAPAS
, ,I
I
OREJA DE CABl E DE ACERO
)
1
I I
)
OREJA DE VARILLA
ANCLA CON
Fig 4.40
CUEROA
Diferentes soluciones para los puntas de izaje
La instalaci6n de pilates de concreto debe efectuarse de tal manera que se garant~ce 1a iote gridad estructural del pilote y se alcance 1a integraci6n deseada con el suelo, en forma taT que el pilote pueda adecuadamente cumplir con su cometido. Los martillos de hincado pesados con baja velocidad de irnpacto, son
m~s
efectivos que los mar
tillos ligeros con alta velocidad. Para mayor eficiencia y para evitar danos a1 pilote el peso del martillo debe ser comparable a1 peso del pilote como ya se indic6 antes y 1a altura de carda debe mantenerse uaja (del o£ den de 0.75 a 1.0 m). En el martillo de acci6n sencilla, el peso del pist6n debe ser preferentemente de la mitad del peso del pilote. Los martillos de ca1da libre y los de diesel son los m~s comunmente usados para hincar pilo tes de concreto precolados 0 presforzados. No se recomienda el empleo de martillos vibrato rios debido a los altos esfuerzos de tensi6n que transmiten. La selecci6n del tipo m~s ade cuado de martillo es de suma importancia. La 10calizaci6n se define generalmente cuando el pilote se coloca en su posici6n de hincado. El tratar de corregir la posici6n una vez iniciado el hincado a ~enudo da lugar a flexi6n e~ cesiva y a danos en el pilote. Es casi imposible corregir la verticalidad una vez comenzado el hincado, sin que se generen esfuerzos flexionantes. El alineamiento se puede controlar observando sr el pilote esta realmente vertical al iniciar el hincado.
Plteue.I1c..i6n de d,u1o.s
a.t pilot.e
dulta.nte ..$u hi..ncl1.do
Algunas reg las generales para el hincado correcto de pilotes de nuaci6n:
conc~eto
se resumen a conti
1°
Usar un material de amortiguamiento adecuado entre el gorro de acero del martillo y la cabeza del pilote. Se puede usar madera blanda.
2°
Para reducir los esfuerzos de hincado, usar un pist6n pesado con baja velocidad de 1m 147
pacto (carrera ligero con una proporcionales 3·
Reducir la velocidad del pist6n a la carrera al principio del hincado cuando se enc _" ue tren sue los de baja resistencia.
4·
Asegurarse de que el gorro del marti110 se ajuste ligeramente alrededor de 1a cabeza del pilote para que el pilote pueda girar.
~. "t
--f.o.Z07L+
-1 0 . Z07 lot-
""
----L-----.;
r-I
I
f------L + 0 . Z07L
t-
+0.20710+
MANEJO DE PILOTES CON BALANCIN ESTIBAMIEHTO
Fig 4.41
Puntas de izaje, maneja y estibamiento de pilotes
1"
.
l:;,'~ I
El hincado de pilotes de concreto precolados 0 presforzados debe hacerse con sumo cu~dado pa ra minimizar los esfuerzos de tensi6n desfavorables que se generan cuando 1a resistencia a1hincado es baj a. Generalmente se presentan dos problemas. Se pueden formar grietas horizontales de tensi6n regulares durante las etapas de hincado, cuando 1a resistencia a la penetraei6n es baja La punta 0 la cabeza del pilote se pueden aplastar en compresi6n 51 el hincado es roo Es esencial que la cabeza del pilote sea perpendicular al eje del pilote a fin de evitar distribuci6n no un1forme de las fuerzas de impacto. Si es de esperarse un hincado diffeil, resulta conveniente proteger la cabeza del pilote medio de una placa de acero anclada al acero de refuerzo del pilote. Si las condiciones 148
hincado son favorables s610 serA necesario achaflanar los bordes y esquinas de la cabeza del pilote; en este caso es importante asegurarse de que no sobresalga de la cabeza el acero de refuerzo 0 los tendones de presfuerzo.
BALANCIN
DE VIGUETA "H
M
BALANCIN TUBULAR
Fig 4.42
Balancines
En la mayorla de los casos la punta del pilote s610 debera achaflanarse en sus bordes y esqui nas. Si el pilote debe atravesar sue los duros 0 apoyarse por punta en la roca, se recomienda instalar una punta especial de acero en su extremo. Al cmpalmar los pilotes, se debera verificar la junta a medida que avanza el hincado. 4.2.4.2
~rticalidad
del pilote a 10 largo de cada
Controles
Durante el proceso de hincado de los pilotes es indispensable llevar un registro en donde se anote el nGmero de golpes del martillo necesario para hi ncar un tramo de pilote, sobre todo en los ultimos metros, con el fin de poder determinar la energ!a de rechazo especificada para pilotes de punta y conocer la variaci6n de la adherencia en los pilotes de fricci6n. En la fig 4.44 se presenta un registro de hincado de pilotes.
149
4.3
PlLOTES DE CONCRETO PRESFORZAOOS
.-
Son elementos estructurales en los que se busca ligereza, aprovechando para ella las ventajas del presfuerzo. As! con menor cantidad de acero de refuerza y hacienda trabajar con mayor eficiencia a1 concreto se pueden tamar los esfuerzos que se presentan en el pilote, principal mente durante su maneJO.
-
PLOMAOAS
PI LOT E
PLANT A Fig 4.43
Posicionamiento vertical de un pilote con ayuda de plomadas
REPORTE DE HINCADO DE PILOTES '£CMA Oil: """.lao Ol "'LOTI: lif.. Ot HIMCADO DI: '".01'(
.IIoun....
.... Ot "LOTII: u:aulrf I" .. A"'O COTA alL lif. T••"TulI"'1LotI.'TUG or. I'c.'O... CIO.
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I
I
I I I
,
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Ya. t •.
1I£'OIlTO,
Fig
4.4~
Registro de
~incado
150
de pilotes
_
General:nente su secci6n transversal tiene forma de "H" y se les utiliza tes de fricci6n. ~~
b~sicamente
Como pilo -
Para su fabricaci6n, este tipo de pilote requiere de preparativos especiales en sus moldes, camas, equipos para maniobras, etc., 10 cual constituye una diferencia notable can respecto a los pilotes de concreto precolados can refuerzo normal. Para su fabricaci6n en serie, los moldes deben ser rnet~licos, ya que el usa de madera resulta rfa practicamente incosteable debido a los pocos usos que se le darfa~ tanto por la forma de"H" del pilote mismo, como por la necesidad de "curar" los pilotes para darle mayores usos al sistema de fabricaci6n. Las camas con longitudes hasta de 100 a 200 m debe ran ser asimismo metalicas y estar ancladas de manera confiable y permanente al piso, ya que esto asegura una posici6n unica e invariable de las mismas, 10 que perrnite fijar los puntos de tensado a ambos lados de la ca~a (fig 4.45al
:----------<---------1
\\
I~
A
J. =-LONGITUD DE LA CAMA (lOOO 200ml
.) PLANTA
el y ez = ESTRUCTURAS PARA ANCLAJE
Y
TEN SADO DE LOS CABLES
C".::::~ ~~~~-,-,-,
:' """ ", _ " , J" '-
.
...
ESTRUCTURA
1
FIJA AL PISO
P= ANCHO DEL PATIN Ip ALTURA DE LA CAMA DE COLADa D.SAO.6m
,:':~ . ~.E,c,~N.C,"E~o;;;·;:~:l;«\~~··g::<:·:··::;"
r-
p
-------i
b) CORTE A-A'
Fig 4.45
Carna para tensado y colado de pilotes presforzados
La altura de la "cama" 0 pano inferior del pilote debe seleccionarse para que permita al tra bajador ejecutar el armada y colada del pilote en condiciones c6modas (fig 4.45b) . La estructura de la cama debe fijarse al piso de concreto. La parte superior del molde se fija mediante seguros colocados a cada 2 m aproximadarnente en el sentido longitudinal (fig 4.46). Es usual como presfuerzo utilizar cable de 5 rom de como para el transversal.
di~metro
tanto para el armado longitudinal
Al primero se Ie aplican cargas del orden de 1.5 ton can un gato hidraulico de pist6n hueco I 5I
y una vez aleanz~das ~stas, se fija el cable a las estructuras coloeadas para el caso en los extremos de la cama de colado;~ mediante eunas dentadas especiales .
CANALES OE 4 ~
•••
Fig 4.46
Sujeci6n del molde en la parte superior
c
El concreto utilizado tiene una resistencia f del orden de 250 kg/em; con tamano m&ximo de agregado (TM.o\) de 3/4" y revenimiento de 12 em. Debido a 10 esbelto de la secci6n, es conve niente no utilizar un agregado con TM.'\ > 3/4"; asimisr.'!o, el usa de un concreto con reven..!:. mien to mayor de 12 cm provocarra que durante el vibrado la leehada del concreto se saliese a1 exterior del molde. En caso de utilizar un revenimiento menor de 12 cm se cifieultar!a su vi brado, 10 que provoear!a bolsas de aire en su seeci6n transversal. El vibrado se efectGa con vibradores de contacto colocados sobre plataformas rodantes para co rrerlas sobre los molees conforme avanza el colada. Una vez realizado el colado, se procede a "curar" los pilotes con vapor, operaci6n que dura aproximadamente 7 horas, procedi~ndose posteriormente a retirar los tramos de pilotes para su almacenamiento en naves especiales. Debido a su esbeltez y ligereza, es conveniente no entongarlos en camas con alturas mayores a 5 0 6 elementos ya que se pueden provocar fisuras y despostillamientos en los patines.
4.4
PILOTES DE ACERO
Estos pueden ser de perfil estructural H te abierto.
0
I,o bien tubulares de extremo inferior
generalme~
El peralte de los perfiles estructurales m~s usuales para este tipo de trabaja fluctua entre los 15 y 30 em, en dependencia directa con las condiciones de diseno. En los tubulares los di~metros pueden ser hasta de 60 em y en casos exeepcionales hasta de 120 cm dependiendo de la magnitud de las cargas por transmitir al subsuelo, y de la disponibilidad de material y equipos de hincado. Para e1 hincado de los perfiles estructurales no se necesitan grandes preparativos como en el caso de los pi10tes de concreto, ya que unicalilente es necesario "hacerle" punta a la primera seccion y en case de que su longitud no sea suficiente, anadirle nuevos tramos sold~ndolos en Z (fig 4.47). Los pilotes tubulares de fondo abierto se utili zan cuando se desea reducir a1 m!nimo los des p1azamientos del subsuelo curante el hincado 0 cuando las vibraciones deben hacerse ~!nimas~ La limpieza interna puede realizarse mediar.te aire, agua 0 herramientas especiales. Se usan cuando las profundidades de apoyo resultan inaccesibles a los pilates de extrema ce rrado.
152
SOLOADURA
I
TRAMO
Fig 4.47
TRAMO
1
2
Soldadura de un pilote formado por un perfil estructural
Se han alcanzado as! profundidades hasta de 100 m, algunas veces hincando un pilote de menor dentro de otro de mayor di~metro, previamente colocado.
di~metro
Este tipo de pilotes que no requiere perforaci6n previa para su hincado, ha proaado ser apli cable a la cimentaci6n de las plataformas marinas donde existen grandes cargas concentradas~ Asimismo, se les ha utilizado para el apoyo de puentes y muelles en espigon. Los pilotes met~licos, sean de perfil estructural a de tuba pueden sufrir deterioros par c~ rrosi6n. El tipo de suelo, el agua, la presencia a ausencia de ox1geno, etc., :,ueden ocasio nar diferencias de potencial entre el metal de pilote ocasion~ndose corrientes electricas que causan corrosion en el extrema que funciona como ~nodo. Los ?rofesionales encargados del problema de corrosion pueden en su caso, disenar las protec ciones convenientes al metal para alargar su vida ~til y can ella la de la cimer.taei6n en sr.
ANEXQ
4.~
LaDaS DE PERFORACrON
Generalmente se forman can agua dulce y areilla benton!tiea s6diea, aunque reeientemente se han desarrollado fluidos de perforaci6n en los que se ha scstituido el agua par aeeite y la areilla benton1tica par polimeros. Por su bajo costa y facil preparaci6n, el lodo de perforaci6n mas comunmente usado en Mexico, incluye agua dulce can menos del 1% de eloruro de sodio y menos de 120 ppm de sales de calcio en suspensi6n, mezelada can bentonita s6diea 0 c~lcica. Cuando el agua de mezclado es salada, como oeurre en las costas, se puede utilizar arcilla "atapulgita" que tiene la propiedad de hidratarse en aguas de alta eoneentraei6n salina. 4.A.l PR0PIEDADES Para conoeer y ealifiear 1a ealidad de un lodo de perforaci6n se aeostumbra determinar sus propiedades f1sieas m~s relevantes como: DENSIDAD.(fig 4.A.11
Tambien llamada peso espec!fico, para 10 cual se emplea una balanza de lodos
REC1PtENTE TAPA CON ORIFICIO
CALIBRAOO
/
CONTRA PESO OESLIZANTE
BRAZO DE LA BALAN Z A
/----
.-,~~~~ BASE
NIVEL DE GOTA
Fig
4. A.l Ba lanza de lodos I 53
En el proceso de 1a prueba, 3e 11ena con lodo el recipiente de la balanza, permiti~ndole que al poner la tapa una porci6n del· mis~o escurra por un orificio colocado ex profeso, a fin de garantizar con esto un volumen constante. 5e li~pia el lodo excedente y con el contrapeso se nivela la balanza, obteni~ndo$e por lectura directa en la e::;cala, la densidad del lodo, en g/cm l 0 en ton/m 1 • La densidad de un lodo benton1tico com6n, yarra entre 1.02 y 1.04 g/cm). VI5C05IDAD MAR5H.- Es el tiempo en segundos, que transcurre durante el escurrimiento de 946 cm l (un cuarto de ga16nJ de lodo, a trav~s de un orificio ealibrado ubicado en ei extrema in ferior de un cono Marsh (fig 4.A.2l.
WALLA OE 1/16" DE 4BERTURA
+-Ul •• -. I
T 3 04 • •
1T
TUBO OE 'mm OE OIAMETRO INTERIOR
fig 4.A.2
Cono Marsh
FOLa el ensaye se llena can lodo el can a Harsh, ~a5ta su borde superior (donde esta La malia de 1/16" de abertura que retiene a las part!eulas gruesas) requirH!ndose casi 1500 em' y ca oando can un dedo el orifieio ca1ibrado inferior (de 5 mm de di~metro interior). Al remover ~1 derio, el lodo empieza a lienar un reci~iente de 946 em! y empieza e1 conteo, continuandolo hasta que se llega a tal volumen. Varias mediciones permiten verifiear y afinar resultados. El agua limpia a 22°C + 1.SoC tarda 26 seg + 0.5 seq; en el lodo benton1tieo puede variar en tre 3S y 60 segundos, prefiri~ndose los valores bajos par su mayor manejabilidad. VI5C05IDAD PLASTICA.- 5e determina con un viscosfmetro rotacional (fig 4.A.3) eapaz de hacer girar a un eilindro externo a 3, 5, 100, 200, 300 y 600 rpm, el cual, merced a la viscosidad del lodo en que est~ sumergido, hace girar a otro cilindro interno, coaxial con el anterior pero conectado a un resorte ealibrado. Usualmente varIa entre 10 1 25 centipoises: valores mayores dificultan el manejo del lodo y valores menores no garantizan su eficiente funciona miento. Con este aparato tambi~n pueden determinarse 1a vi5cosidad aparente, el punto de ce dencia, la resistencia del gel y la tixotropla. RENDIMIENTO.- Se acostumbra llamar rendirniento de una bentonita a la cantidad en m3 de lodo benton1tico con 15 centi~oises de viscosidad que se puede e1aborar con una tonelada de bento nita seca. Es muy importante que al elaborar el lodo, la ~ezcla se real ice por algun m~todo que permita la mayor dispersion posible de las ~art!culas de bentonita evita~do la formacion de grumos y facilitando asI su completa hidrataci6n, la cual requiere tiempo. FILTRACION.- Permite determinar 1a permeable (enjarre 0 costra) en las emplea el filtro prensa (fig 4.A.4) cidad, capaz de recibir una presion el agua filtrada expulsada a trav~s
capacidad que tiene un lodo para formar una pelfcula i~ paredes de las perforaciones. Para ejeeutar la orueba se constituido por un reci?iente met~lieo de 500 ern) de eap~ de gas (airel a 7 kg/cm 2 y recoger en la parte inferior de un pa~el fi1tro y un orificio, despu~s de 30 minutos.
Al final del ens aye se mide el volumen de a~ua riltrada en em] y se mide el espesor de La cos tra que qued6 peg ada en el papel filtro. Un buen lodo tiene menos de 20 cm~ de agua filtra -
154
da, y una costra no mayor de 0.5 cm. ,-
SELECTOR DE VELOCIQAO
~
C_A_R_A_TU_L_A
RESORTE CALl6RAOO
CIUNORO GIRATOfUO EXTERIOR
)~ 'IT
MOTOR
CILINORO GIRATORIO EXTERIOR
RECIPIENTE
ill
BASE
C'LINDRQ INTERIOR
'---
Fig 4.A. \ Viscosimetro rotacional
TAPA SUPERIOR ENTRADA DE AIRE
ENTRADA DE AlRE 0 COz A PRESION
Ia
bl
III EMPAQUE
i!1 ,I I
'!!
RECIPIENTE
II
I
SALlOA OE AGUA RECtPIENTE
c-
i PRO BETA.
lJ:
PAPEL FILTRO
/
YALLA EMF'AQUE
f-
'------;,
;-
TAPA INFERIOR SALIDA DE AGUA
fi;
4.A.~
filtro prensa
CONTENIDO DE ARENA.- Influye drasticamente en las operaciones de perforaci6n, ~rovocando d~ nos en los equipos, herramientas y tuber!as. Ademas a mayor contenido de a:-e:-,a, se increme!!. ta el agua de filtrado y el es~esor CC la castra.
I 55
Para su determinaci6n se pasa una cierta cantidad de lodo por la malla ~o 200 f la arena rete nida se expresa en porcentaje rcsgecto al volumen del lodo. Gencralmcnte dicho porcent3)C O£ be ser mellor de 3. POTENCIAL HIDROGENO (pl-l).Representa el qrado de acidez 0 alcalinidad, y se dctermina a pal: tir del color que adquiere el papel indicador al entrar en contacto con el lodo. Existen tam blen aparatos electr6niccs expeciales para medir el pH. £1 valor usual para conservar la vi~ cosidad del lodo, est5 entre 7 y 10. 4 .A. 2
OOSIFICACION
Para determinar can precision la cantidad de bentonita seca que debe mezclarsc con aqua, para producir un lodo cuyos valores de propiedades queden dentro de los ranges antes mencionados. es necesario realizar pruebas previas con dife~entcs cencentraciones y dejandolas suficiente tiempo (24 horas) para que alcancen su completa hidrataci6n. Con agua dulce, se puecten emplear porcentajes en peso de 5 3 10\ en rclaci6n al aqua. Los sistemas de mezclado esUin lodo.
inte~rados
por una
0
r~c.::ircular
varias bor,tbas que permiten
Algunos realizan la mezcla con aspas girando dentro de recipientcs, sianco csto teo
~enos
el
eflcien
Existen tambien mezcladores de chiflon, empleados cuando se requicren pequenos volumenes de lodo. Es comun emplear entre 3 y 10 minutos de mezclado para lograr una buena hidrataci6n inieiaL. Para lograr un aprovechamiento maximo de la bentonita se acostumbra en algunos casos dejarla en reposo ce 8 a 24 horas; sin embargo el costo extra que implican las instalaciones adicion~ les debe compararse con el ahorro de bentonita. Por otro lado, hay cierto tipo de sue los qra nulares en los que es conveniente dejar que la bentonita termine de hidratarse dentro de La perforaci6n para lograr ~ayor obturaci6n de posibles fuqas. ANEXO 4. B
FORN(j LAS PA:l.A I\.NAL I
Z~\R LA ESTAB I L I DAD DE ZA.'lJ 1\5 Y PERFORl\CIONES ;"OEI'I1\O;,S CON LODO
Al construir ~)ilas y muros ademe colados in situ, con ayuda del efecto e3tabilizador del Lodo ben ton! t ico, es necesa r io an,) l i za r previamente. con ayuca de f6rmulas adecuadas, La fact ibi 1 i dad de que rcalmente se produzca dicho efecco. Las f6rmulas de 3n&1isis que aqu! se presentan han sido desarrollaaas en base a la teorla de Rankine para el caso de empujes activos en suelos, comparando por un lade el empuje activo del suelo (EA) m~s el hidrost&tico del agua frea-tica (EHl contra el empuje hidro3t5tico del lodo bentonltico (ELI. Dado que en todo momento se debe cumplir que: (4. B. 11
para asegurar la estabilidad de la zanja, podrla entonces definirse un factor de seguridad. (FS) co~o la relaci6n:
FS
=
(
EA + £H
Aplicando estas ideas a zanjas excavadas en suelos friccionantes, cohesivos y cohesivo-fric cionantc3 se obtienen las expresiones:
156
S u e 1
Factor de seguridad
s
0
Friccionantes
FS
=
Cohesivos
FS
=
Cohesivo-friccionantes
FS
=
0'
Yt
KayP} + Yw
(4. B. 3 I
m'
0'
"It
yF, + Yw m2
-
(4. B. 4 I
4c/H
Yt 0' + Yw m2 - 4c/ (H/N¢ I
KayFI
(4. B. 51
donde: peso
volum~trico
del lodo (F IL' I
peso
volum~trico
del suelo excavado
Yw
peso
volum~trico
del aqua
c
cohesion del suelo excavado
H
~Jrofundidad
Y~
Y
"
n
(FIL')
(F/L' ) (F /L' I
de 1. excavaci6n
(LI
relacion entre e1 tirante de Ipdo dentro de 1a excavaci6n y 1a
pr~
fundidad de esta In
relacion entre e1 tirante de aqua respecto a1 fondo de 1a excavaci6n y 1a profundidad de ~sta
Ka
coeficiente de empuje activo, segun Rankine 2
0
+ ~/2), siendo ¢
N¢
tan (45
Fi
{l -
2
'('
peso volumetrico sumergido
m
(1 -
'l'/y)}
J
(l/N~)
fricci6n interna del suelo (oJ)
= angulo de
siendo
del suelo excavado
(F/L 3 )
Para e1 casa particular de un suelo friccionante dance tanto el nivel ciel lodo cor..o el nivel freatico se encuentran en la boca de la perforaeicn (rn = n = 1, F I = y' j).), el factor de segu ridad serra: FS
=
KaY'
+
(4. n. 61 Yw
y segGn se ve no depende de la profundidad de la zanja. De las experieneias anteriores es posible caleular el peso volumetrieo que debe tener el lodo para mantener estable la zanja, can un cierto factor de seguridad, obteniendose as!:
S u e 1
0
s
Peso volumetrieo del lodo FS
Friccionantes
y~
= ;;z-
Cohesivos
Yt
=0'
Cohesivo-friecionantes
y~
= ;;T
FS
FS
(KaYFI + Ywm2 (yF, + Yw m'
-
)
(4.8.71
4c/HI
(4. B. 8 I
O
I 57
(4. B. 9 I
I
En 10 relativo a perforaciones, las expresiones son diferentes, ya que tienen que tamar en cuenta la redistribuci6n de esfuerzos y el efecto anular que se provoca. Para el factor de seguridad se ha propuesto:
s
u e 1
Factor de seguridad
0
Friccionante
FS =
Cohesivo
FS =
(y~n
2yF 2
-
Np
(l
•-
m (1
yH
-
y~nH
-
ywm)N¢
(y9,0
c Np H
(y
-
donde:
F,
-
Y'!Y I)
c
I 5 8
Y~nl
-
, (4. H. 10 I
ywm)N~
(4.e.1lIj
BIBLIOGRAf'IA CONSULTADT\. ACI ,',laHUal ADSC N04mas
u6
Conc.lt.e..te. PllacLice,
y Eape.ci6icacione.6 paka ia Illdu6.tkia de
CANADIAN FOUNDATION Society, 1978
DELMAG,
Part 2, ACI Publications, Pita~
1968 de Cime'ILaci61l,
ENGINEERING MANUAL, Part 3: Deep Foundations, Canadian Geotechnical
i'ite Olt.-t.virtg wi..th O.ieae! Hamme,'t,~, Delmag Report, Author:
GonzAlez,
a.c.,
1980
Robles, F.F.V., Casillas
F.
Kummel
G.deL., J.yDfaz de Cassfo, R., M~xico, 1981
A,~pecLo~
FUl1damell.tatea de! COHclle.to Re6ollzado, Editorial Limusa,
Lea Pi~l.tX. FOlt.e6, fHnistere des Transports, Direction Generale des Transports Interieurs, Recueil de regles de l'art, Direction des routes et de 1a circulation routiere, LCPC, 1978 Nc .... man, M. P. E., S.tal1da,tJ CatlLt le vek Re.ta illi"1 Peurifoy R.L.,
M~.tl)do,~,
l:1atl,~.
McGraw-Hi 11 Book Company,
Ptalleam.iell.to !J Equi.po de CCHJ.tkucci6l!,
1976
Editorial Diana,
1973
Reese, L.C. and \oJri g11t, S.J., O"i.fied Sl:a'i.t VeH£jtl "lid COH.~L.tllC.ti.UH Gl{.ideiille~ .~lallua.l', Volume 1: Construction of Drilled Shafts and Design for Axial Loading, u.s. De~artment of Transportation, Federal Highway Administration Offices of Research and Development, Implementation Division, Was:'ington, D.C., July 1977
Cimietltos /J1lC'6Ulldo,s cl.lado6 ell sitio, Hemorias de 1a Reuni6n Conjunta ADSC-SHMS, Sociedad Nexicana de Mec<'inica de Sueto3, f.1~xico, D. r. 1976
I 59
Capitulo 5
5 Prue~as de carga
5.1
INTRODUCCION
La necesidad de realizar pruebas de carga de pilotes y pilas ~e justified debido a que el an~ 1i5is de 1a capacidad de carga de estos elementos est~ sujeto a incertidumbres tanto de las teorfas del comportamiento del sistema pilote-suelo a pila-suelo, as! como a 1a dificultad de definir confiablemente, mediante trabajo experimental, el comportamiento mec~nico de los sue los de un sitio. Lo anterior lleva a recomendar que las pruebas debao realizarse para deter minar a escala natural el comportamiento cimentacio,,-suelo y siempre que econ6micamente seafactible, sabiendo que normalmente generan ahorros en los costas de una cimentaci6n. Las pruebas de carga pueden realizarse en pilotes 0 pilas convencionales y en elementos ins trumentados; en el primer caso, los objetivos que se persiguen son: Oeter~inar
la capacidad de carga vertical de pilas 0 pilotes apoyados en estratos fir
mes Definir confiablemente la longitud necesaria de los pilotes de fricci6n Definir 1a capacidad de carga lateral Ensayar e1 tipo de pilote, las tecnicas y equipo de hincado y verificar si es necesario realiz~r perforaci ones previas Ensayar e1 procedimiento constructivo can el que se proyecta fabricar las pilas Cuando se justified uti1izar pi10tes obtiene permite:
0
pi las instrumentacos, la informaci6n adicional que se
Conocer la magnitud de los esfuerzos durante al manejo e hincado del pilote Evaluar el efecto del hineado de los otros pilotes Conoeer la transferencia de earga al suelo durante 1a prueba y su variacion con a1 tiem po
Estudiar e1 efecto de gr.upo Estudiar e1 fenomeno de fricci6n negativa Para a1canzar los objetivos mencionados, una prueba de carga debe disenarse simulando las con diciones carga-tiempo bajo las cua1es trabajar~ e1 pilote 0 pila (fig 5.11 para e1 aiseno es necesario contar con 1a informaci6n geot€cnica y e1 disena pre1iminar de 1a cimentaci6n. Las etapas de se1eccion, diseno y ejecuci6n de la prueba de carga se presentan esquem~ticamente en la fig 5.2. Cabe destacar que en cada problema espec£fico 1a eieccion del tipo de prueba dependera ~e los siguientes aspectos: Grado en que se reproducen las condiciones de trabajc de 1a estructura Coste Tiempo de ejecucion Simplicidad en su ejecuci6n
I 6I
Compresi6n Carga vertical Extracci6n EstAtica de pi las
y pilotes Pruebas de carga
Carga lateral
Carga combinada (vertical y lateral) Din~mica
de
Carga vertical
pilotes Fig 5.1
Pruebas de carga de pilotes y pilas
INFORMACION PREVIA NECESARIA
I
DEFINICION DE LOS OBJETIVOS I DE LA PRUEBA I
1 2
SELECCION DEL TIPOIS) PRUEBAIS) DE CARGA
I
I
I
DE
r - - - - - - - - - - - - - -----1
1
Sistema de reacci6n I Equipo de aplicaci6n I ___ ~ de la carga : 1L Dispositivos de medicion Il I
I
DISE~O DE LA(S) PRUEBAIS) DE CARGA
1
FABRICACION E HINCADO DEL PILOTE(S) o FABRICACION DE LAIS) PILAIS) PROTOTIPO
1
CONSTRUCCION y A~~DO DEL SISTE~~ DE REACCION
I
1
-----------------1
[INSTALACION DE LA PRUEBA
I EJECU0ION
1 DE LA PRUEBA
I : Equipo de aplicaci6n I de la carga I 'Dispositivos de medici6n JI 1
-- --t
I
1
I INTERPRETACION I
1
I INFOR,\IE I
9 Fig 5.2
Etapas de una prueba de carga
162
5.2
REGISTROS DE CONSTRUCCION REQUERIDOS PARA LAS PRUEBAS
£1 control en la fabricaci6n de los elementos de cimentaci6n profunda influye en la capacidad de carga que pueden alcanzar; par ella la informacion de una prueba de carga necesariamente debe incluir antecedentes relativos al control de la construcci6n e hincado de los oilotes 0 del proceso de fabricaci6n de la pila. Los datos as! obtenidos, permitir~n una int~rpreta ci6n correcta de 1a prueba, as! como definir las normas de calidad de la construcci6n necesa rias para el funcionamiento adecuado de la subestructura durante su vida util.
Durante la construcci6n del pilote se debe comprobar que se cumplan las especificaciones del proyecto referentes a la geometrfa, diseno estructural y condiciones de a1macenarr.iento y mane jo del elemento; para ello deber~n verificarse: la secci6n y longitud del pilote, los valo res de resistencia de los materiales, el di~metro, disposici6n, espaciamiento y recubrimiento del acero de refuerzo, el tiempo de curado, la ubicacion de los apoyos durante el almacena miento del elemento y los puntos de izaje para el manejo. Antes del hincado, deber~ medirse e1 perrmetro del pilote en varias secciones y se comprobar~ que 1a curvatura del eje longitudinal no sea excesiva. Esto ultimo puede hacerse con el pro cedimiento mostrado en la fig 5.3, que consiste en colocar al pilote sobre dos soportes y me dir la distancia horizohta1 d del eje con respecto a un alambre tensado de acero, que se apo ye a1 centro de las caras extremas; en esta operaci6n se medir~n las desviaciones m~ximas en varios puntos, indic~ndose su orientaci6n (derecha 0 izquierdal, y en dos direcciones perpen diculares entre sf. En caso de existir juntas, debe verificarse siempre que el Sngulo que formen con respecto al eje longitudinal sea de 90°. Por ultimo, debe recordarse que el pilote 0 pila de prueba tendr~ un diseno estructural dife rente a los del resto de la subestructura, ya que estar~ sometido a una carga de 2 a 3 veces la de trabajo.
PLANTA
ELEVACION
• 02 L
I
'l7)
0.6 L
I
0.2 L
L
Fig 5.3 5.2.2
Re9~6~~o
de
h~ncado
Determinaci6n de la curvatura del eje del pilote
del
p~[o~e
El hincado de un pilote puede considerarse como una prueba de penetraci6n que permite evaluar la eficiencia del equipo empleado, verificar la estratigraf!a de diseno y definir un criteria de aceptacion de los pilotes de punta, para el numero de golpes final y la profundidad de de~ 91ante; para ella es necesario llevar un registro cuidadoso de estos aspectos. 163
5.2.2.1
Resistencia a 1a penetraci6n
La verificaci6n de 1a estratigraf1a de diseno puede hacerse directamente cuando el hincado se hace en una perforaci6n previa; en caso contrario, los estratos que atraviesa el pilote pue den identificarse indirectamente registrando e1 nGmero de golpes necesario para que penetre una cierta longitud, que va de 0.2 m a un metro, segGn se trate de sue10s firmes 0 blandos, respectivamente. La present3ci6n gr~fica de esta informaci6n se ejemplifica en la fig 5.4.
N2 de oolptl /0.2 m d' p,n,tracion 200
'"
Fig 5.2.2.2
S.~
100
ooj
Nll"e oolpe. totol 0
-~
final de 10 punto
2000 4000 Q)()Q
zooo
4000
1000
toOO
«:lOO
10000
10000
Profund.dod d. 10 punto bajo .1 "i .... l d.1 terreno (m)
Representaci6n gr5fica de la resistencia a la penetraci6n
Posici6n final del pilote
Durante e1 hincado del pilote se generan expansiones del sue10 circundante, que obligan a rea lizar nivelaciones del terreno original y de la cabeza del pilote despues del hincado; por ello la posici6n precisa del pilote debe referirse a dicha nivelaci6n. En el caso de pilotes apoyados en sue los firmes, es importante definir la resistencia a 1a pe netraci6n del estrato de apoyo mediante el numero minimo de golpes para penetrar cierta 10ngI tud (rechazo) a fin de evitar el sobrehincado que podr!a danar el pilote. Para ella se graf1 ca d1rectamente la recuperac16n el~st1ca y el asentam1ento neto del p110te en el tramo f1nal del hincado; el dispositivo de medici6n se muestra en la fig 5.5, que consiste de un sistema de referencia horizontal en el que se desliza manualmente un lapiz a cada golpe, para dibujar las de formaciones en un papel resistente adherido al pilote. Esto se hace en 3 a 5 series de 10 golpes para definir as! la penetracion final en mm/golpe (rechazo) con el promedio obteni do
(fig 5.6).
En el caso de sue los blandos la recuperaci6n carece de una interpretacion confiable.
el~stica
164
al final del hincado no se mide, ya que
Mortillo
I--
Pilote
Cinto odhesivo
HH----'Papel -:'-' . ',:
.
Fig 5.5
Medici6n
Fig 5.6
Regist~o t~amo
di~ecta
brillonte resistente
. '-..:'
'
','
de la
~ecu?e~aci6n
elastica
de la ~ecupe~aci6n elastica en el final del hincado
La fabricaci6n de una pila de prueba permite evaluar la aplicabilidad y la eficiencia del me todo const~uctivo y verificar el perfil estratigr~fico de diseno, mediante la clasificacion del material extra!do de la perforaci6n, as! como las caracter!sticas geometricas y mecanicas de la pila; esto se logra llevando un registro de las tecnicas y del equi?o usado en cada una de las etapas de construcci6n (fig 5.7) I para adem~s definir posteriorrnente las es?ecifi caciones constructivas y el criterio de supervisi6n. 5.3
PRUEBAS DE CARGA ESTATICA
Con estas pruebas se trata de definir el comportamiento del sistema pilote-suelo 0 pila-sue 10, cuando se Ie somete a una secuencia de cargas verticales que simulen las que transmitira la estructura. Se han pro?uesto numerosos ~rocedimientos ae ?rueba que esencialmente coinci den con alguno de los cuatro mencionados en la fig 5.8; algunas instituciones tambien admi ten pruebas que combinen dos de estos procedimientos, as! como la a?licaci6n repetida de ci clos de carga y descarga.
165
En el anexo 5.A se presentan las caracter!sticas que debe tener un in forme de una carga est~tica de un pilote.
Fig 5.7
Prueba can ve10ciciad de asen tamiento minima al termino de cadd incremento de carga
Fig 5.8 Ckite~io
!?rueba can incrementos de car']a en tiempo constante
de carga estci cOffi?resi6n Criteria de desDlazamiento:5 contro1ados
5.3.1
de
[tapas durante 1a construcci6n de una pila
Criterio de carga controlada
I Pruebas tica en
~rueba
F:1
Prueba controlando asenta mientos Prueba con velocidad de pe netraci6n constante -
Ti?os de pruebas de carga
de C4kg4 COlttkolada
Este ti?o de prueba es el rncis extensamente aplicado; permite definir la carga Gltima que so porta un pilote aplicdndo la carga en incrementos y siguiendo alguno de los dos siguientes criterios: Aplicar incrementos iguales de carga cuando la Jtapidez de aJeHtamiento medida en la beza del pilote se reduzea a un valor jJI.tn.(mo Aplicar incrementos iguales de carga en -i.HcJtemeHto6 de t-i.empo c.OH6taHte6 5.3.1.1
Cd
Rapidez de asentamiento mfnimo
Los incrementos de car1a se aplican cuando la rapidez de asentamiento generada por el incr~ mento previo de carga se i1aya reducido a un valor minimo pre-estableeido, usualmente de 0.25 mm/hr (ref 5.1l; en cuanto a la magnitud de los incrementos de carga, se acostumbra que sean del 25% de 1a capacidad de carga de diseno Od (factor de seguridad de 3).
166
Durante la realizaci6n de la prueba, en cada incremento de carga se debe comprobar que la ra pidez de asentamiento se ha reducido al valor m!nimo pre-establecido, que como se muestra en la fig 5.9 , corresponde a un tramo de la gr~fica de control paralelo a la l!nea de referen cia. -
Incremento de corQo siQuiente
. __ .
~~f-'
~~.O.25
1
1
~·~hr 1' _ _
.I I
( hr )
,
::
I hr
,
'
:
, I
,
--------.j,
;.,
Tiempo
-L
0.25 mm
T
AMntomi ento (mm)
Fig 5.0
Control de la prueba
La carga m&xima a la que se lleva la prueba es de por 10 menos dos veces la carga de diseno Qd' que se mantiene por 2 horas para despues proceder a la etapa de descarga en decrementos que pueden ser del orden de 0.25 Qml x a cada 20 minutos (fig 5.10); la recuperaci6n del ase~ tamiento se mide a los 5, 15 Y 3~ min despu~s de haber retirado totalmente la carga, 0 si es posible, durante mas tiempo.
Cargo (ton 1
'--...
--.--. 1
0.25
1-'
Omox
Asentomiento
(mml
ad = Cargo
Fig 5.10
de diseiio
Etapa de descarga
La informaci6n obtenida en la etapa de carga de una prueba se muestra esquem&ticamente en la fig 5.11. 5.3.1.2
Incrementos de tiempo constantes
En esta prueba los incrementos iguales de carga se aplican a intervalos de tiempo constantes, usualmente de 15 min (ref 5.2); la magnitud convencional de los mismos es de 5% de la capacf dad de carga ultima del pilote.
167
Cargo (ton)
8 a 12 incrementos de cargo iguoles
~QI Cargo (ton)
Tiempo (hr)
~Q I ~----------
Asentamiento (mm)
Asentamiento (mm )
Fig 5.11
Resultados de la prueba
Este criterio se aplica s610 cuando el procedimiento anterior de rapidez de asentamiento mIni rna requiere un tiempo de prueba tan grande que resulte inadmisible; par ello algunas organiza ciones (ref 5.1) proponen un tiempo Ifmite de 2 heras entre incrementos de carga. La informa ci6n que se obtiene con esta prueba es similar a la de 1a fig 5.11, salvo en que los incremen tos de tiempo son constantes; la descarga se hace como en 5.3.1.1. 5.3.1.3
Con dos ciclos de carga y descarga
un procedimiento comun para en sayar pilotes consiste en aplicar dos cic10s de carga y descaE ga como se muestra en la fig 5.12. En el primer cicIo se ap1ica 1a carga vigilando que 1a rapidez de asentamiento sea mfnima (inciso 5.3.1.1); una vez que se ha alcanzado la carga to tal, de 1 a 2 0d' se descarga. En el tramo de recarga se aplica la carga en incrementos de tiempo constantes (inciso 5.3.1.2); una vez que se alcance la carga que se habfa ap1icado ( 1 a 2 Qd)' se continua con incrementos de carga de 0.1 0d' siguiendo e1 criterio de que la rapidez de asentamiento sea mInima, hasta que se defina la carga m~xima que puede soportar el pilote. La carga maxima ap~icada (Qm~x) se mantiene por 10 menos durante dos horas y despu~s se descarga en decrementos de 0.25 0(jax con intervalos de 20 minutos; 1a recuperaci6n del asentamiento se mide a los 5, 15 Y 3' min despu~s de haber retirado tota1mente la carga, 0 si es posible, por un tiempo mayor. 5.3.1.4
Can carga clclica
Con esta prueba se determina la carga de fluencia de un pilote (ver inciso 5.3.5.2) bajo ci clos repetidos de earga y desearga, que varian entre un valor minimo y un m~ximo, que usual mente es del doble del primero. Cada uno de los niveles de carga se mantiene durante un tIem po suficiente para que e1 pilote deje de asentarse 0 recuperarse: para e110 se requiere un in tervalo de 10 a 40 minutos (fig 5.13), que debe conservarse para todos los eic10s de prueba.Los va10res de la carga y el asentamiento respectivo se registran a cada 2 minutos.
E1 procedimiento anterior se repite can interva10s de carga cada vez mayores, que pueden ser de 2/16 a 1/16; 4/16 a 2/16; 6/16 a 3/16; 8/16 a 4/16; etc., de 1a carga ultima (ref 5.2). Para cada uno de los rangos iniciales de carga se haeen 10 cic1os, despu~s se incrementan a 15, y en la earga ultima como nivel m~ximo se haeen 20 eielos; la seeueneia se ilustra en la fig 5.14. Los resultados de prueba se resumen como se muestra en la fig 5.15. Para 1a ejecuci6n de esta prueba se requiere un sistema hidr~ulico que permita apliear los niveles de earga r~pidamente yean precisi6n, adem~s de mantener constante la carga aplieada. 5.3.2
CIt.it"e.It.to de.
de.6peazam.te.H.to~
cOHLlI.olado6
168
'--,
Cargo (ton)
.........:.--...--..,.
I
--. --........::: "I ~,,< Tramo de recorgo con 4 incrementos de cargo a coda 20 min
. -"" Incrementos de 0,1 Q d
Asentamiento (mm) Qd
= Cargo de diseiio
Qmax = Cargo maximo apticado
Fig 5.12
Cargo
Prueba can dos ciclos de carga-descarga
(Ion)
I cicio Nivel maximo r I
Nivel m{nlmo _ __..__II __ . _ .
I
_._J.L..
--!:
I I
Tiempo (min)
de 10 a 40, minutos
L..~~...J\
,
,,
I
_ _-,--_,Zonos sin deformocion
Asentomiento
(mm)
Fig 5.1J
Control de un ciclo 169
o.~
Q UII
Cargo (ton) 10 ciclos de caroo
I Quit 16 I~
15 cicio I
20
20 ciclos
Asentamiento (mm)
Fig 5.14
Secuencia de una prueba con carga cfclica
Las pruebas de carga de desplazarnientos controlados se desarrollaron para disminuir e1 tiempo necesario para definir la capacidad de carga de pilas 0 pilotesi e1 procedimiento de prueba se ajusta a cualquiera de los dos criterios siguientes: Variar la carga aplicada COtlt~oea~do que los dbQ.ntamientob inducidos en e1 pilote sean constantes Variar la carga aplicada I?ara que e1 pilote adquiera una lLapidez de penet1t.aci611. con6ta.n .te.
Las limitaciones mas importantes para aplicar esta
t~cnica
son:
No se puede distinguir e1 asentamiento inmediato para una carga aplicada Es indispensable un sistema hidr~ulico que permita variar los niveles de carga.
Para ejemplificar la relaci6n que existe entre los resultados de una prueba de carga control~ da y una con desplazamientos controlados, se puede senalar que la capacidad de carga determi nada con el criterio de incrementos de tiempo constantes (inciso 5.3.1.2) es aproximadamente el 90% de la correspondiente al de rapidez de penetraci6n constante. 5.3.2.1
Con control de asentamientos
Consiste en aplicar la carga necesaria para producir en el pilote incrementos de asentamien tos de 0.010, siendo 0 el di~metro del ~rea equivalente (ver tabla 5.1), hasta alcanzar unasentamiento total de 0.100. La magnitud de la carga necesaria para producir los incrementos de asentamiento constantes es variable en el tiempo; par ella el criteria de prueba cansiste en inducirlos cuando la variaci6n de carga necesaria para mantener el asentamiento anterior sea menor que el 0.1 % de la carga total Qi aplicada por hora (0.001 Qi/hr) hasta ese momento (fig 5.161. . 170
Nu"mero d. ciCloS
1
2
3
4
(escolo 10 9 )
5 6 78910
15
0 2
20 40
10 20
ton 10 n
4
60
30
Ion
80
40
ton
E E 0
Inter .... olos de corQo
~
0
6
v ~
~
8
0
E
10
~ E
12
0
>
100
-
50
Ion
120
-
60
10 n
140 -
70
Ion
14
c
0
16
'" ~
18
~
0
20
~ ~
~
22
;l c
24
E 0
26
~
.
C ~
Corgo
Fig 5.15
TABLA 5.1
Secci6n Circular
d. fluencio esfimodo
Resultados de una prueba con carga c1clica
Factores para definir el diametro equivalente
Dimensi6n sianificativa
k
o
Di~metro
equiv~
1.13
Triangular
Octagonal
di~metro
lente
1. 00
Cuadrada
equil~tera
100 Ion
0.55
Lado
k
factor de ajuste
o
k
x. (dimensi6n si9. nificativa)
..
2.48
Los resultados de prueba se muestran en la fig 5.17 la descarga se hace en decrementos iguales de 0.25 de la carga m~xima aplicada a cada 20 min, leyendo la recuperaci6n del asentamiento a los 5, 15 Y 30 min de haber retirado totalrnente la carga, 0 si es posible, durante m~s tiempo.
I 7 I
COfi;]O
(fan l
0;
I hr
Siguiente incremento Tiempo
(hr)
0.010
Asentomiento (mm)
Fig 5.16
Cargo
Control de la prueba
(Ion)
Cargo (100)
Tiempo (hr)
1
0 . 010
[0 incrementos iguales Asentomiento (mm)
Asenfomiento (mm)
Fig 5.17
Resultados de carga de una prueba de asentamien tos controlados
172
5.3.2.2
Can rapidez de penetraci6n constante
La carga aplicada se va aumentando para hacer que el pilote penetre can una rapidez constante, de 0.25 a 1.25 mm/min en sue los cohesivos y de 0.75 a 2.5 mm/min en granulares; cuando la pe netraci6n total es de 15% del di~metro del pilote, 0 se llega a la capacidad del sistema decarga, se procede a la descarga (ver inciso 5.3.2.1). El control de la prueba se hace toman do lecturas de carga y asentamiento a cada dos minutos como minima (fiS 5.13), reduciendo eT intervalo de lectura en caso de variaciones importantes en 1a carga.
Caroa (ton)
Lecturas
o
Tiempo (min)
, "-
~
.......
0, --l
I min
I--
'-~-, -ide O. 25 '..;;;r '-
'-
a 2.5 mm
'-
Asenfomiento (mm)
Fig 5.18
Control de la prueba
Los resultados de prueba se ejemplifican en la fig 5. In~~aeaci6tl pa~a
5.3.3
una
p4ueba de cakga
1~
e~tdtica
La instalaci6n para una prueba de carga debe disenarse de acuerdo al tipo de prueba que se pretende realizar, para alcanzar de manera senc~lla y segura los n~ve1es de carga y deforma cion previstos, con un grado de precisi6n admisible; asimismo, su d~seno debe perm~t~r 11evar un control confiab1e del desarrollo de la prueba y el registro de la informacion suficiente para la interpretaci6n ~osterior. Para realizar la prueba se requiere de los equipos y dispositivos de la fig 5.2G. 5.3.3.1
Sistema de reaccion
El sistema de reacci6n consiste esencialmente de un puente formado por dos 0 varias vigas, que pueden recibir lastre 0 tener sus extremos anclados, con el cual se da el apoyo necesario al equipo de carga; este sistema debe ser estable y segura en todo momento, cuidando que las car gas que transmite al suelo no influyan en el ~?mportamiento del pilote de prueba. Los sistemas de reaccion mas empleados son: La plataforma con lastre Los pilotes de anclaje ~as viguetas de anclaje. Todos ellos se muestran y describen esquematicamente en la fig 5.21. A continuacion se comentan brevemente los aspectos importantes 1izaci6n de alguno de estes sistemas.
173
~ue
deben cuidarse para 1a uti
Cargo
(ton)
Tiempo (min)
Cargo (ton)
~--------
Aaentomienta
Fig 5.19
(mm)
Asentomiento (mm)
Resultados de carga de una prueba can rapidez de penetraci6n constante
Sistema de reacci6n Elementos de 1a insta1aci6n
Equipo de aplicaci6n de carga Dispositivos de medici6n
Fig 5.20 a)
Elementos de 1a insta1aci6n
PlaCaoo-'tf;l.:t COl! f.a-6-t,'te.. Esta soluci6n de reacci6n debe operarse can precauci6n, por e1 peligro de volteo que se presenta cuando fal1a e1 pilote 0 cuando e1 lastre es insufi ciente y tiende a levantarse; las mediciones de deformaci6n deben hacerse a distancia para evitar que los operadores se introduzcsn bajo la plataforma lastrada.
Al inicio de la prueba, los apoyos transmiten al suelo el peso total del lastre; los es fuerzos as! inducidos disminuyen con forme se incrementa 1a carga soportada par el pilo te, por 10 cual, si se consigue que el lastre tenga un peso ligeramente mayor a 1a car ga total que soportara el pilote, la influencia de los apoyos no ser~ significativa en 1a capacidad ultima. b)
P.ztote.-6 de ttnc.taje.. Para absorber la reacci6n se pueden seguir dos criterios: utili zar pi10tes inclinados 0 verticales; la primera soluci6n es mas recomendable porque se reduce 1a interacci6n entre los pilotes de reacci6n y el de prueba.
174
515 lEMA
DESCRIPCION
hbillnes,
II
Lastr!!
'-,-
~
Plataforma
P1at~forma
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1a st"e
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vigas de 'cero que saportan el laHre.Ou Instalac16nranle
St a poya en dO S sopo~ to, lateralcs, I'lue son eleml!ntos seguridad durdntl! I. Ilrueba.
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b. 1 J Pl10tes de ancldje yertlC4les
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Ptlotes ... entcales unl dos par ... lgas de reac~ :,,: clGn hortzontales y que soport.n 1a carga tra- I~ .', ;,:: baJdndo a tens16n.
Vigas de
reacc~6n
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Sistcna£ de reaccion
Comunmente SI! usan de 2 a 4 p 1lotes de anclaJe dependtendo de
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1a m4gnitud de 1a carg4 par apl tseparac 160 ca r; eo todo caso, recomendable al pIlote de prueba , \0 0 y I. mt n Im4 admlslble " H 50. Se debe c.leu1.r 1a fleth. de 1. vt9' de re.cet6n fl.ra nlyeles de carq • preytstos,par. comprobar que lA carrera del 9ato e~ ~uflclente.
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Pl1(ltes de 4nclaJe.
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y stguridad
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par. prevenlr que platt· forma adquier. poSicl6n Ineslable. lastre puede se .. : pilates, ptezas de acero, b 10-
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Se deben toloca .. apoyos lateraVigas de ruccl6n '"'---,
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Plataforma compuesta •J
COM[HTAAIOS
DIAGRAMA DE I "HALAC ION
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SrSTEHA
COMNTAR IDS
DIAGRAMA D£ INSTAlACION
O£SCRIPCIOH
.,
b.2) Pllotes de
anclaje 1nc11nados
Pilotes Inc11nadOS que se unen por vlgas de reaccl6n horizontales y soportan 1a carga trabajando a
Se requiere eSludiar los ufuerzos transmil;dos al s\lelo por los p1\o teS de anclaje para Uda caso par:'" tleuhr.
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fle~0-lens16n.
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Vigil de reacc16n
c
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c) VlguHas de anc laje
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Vlquetas ~I~ que se hlncan por pares y simelrtcamente a los lados del pilote, y Se unen a la v1qa de reaccI6n por medlo de una estructura de perfiles lamtnados.
Pern12.~~
r(";."'ll -
~ Fig.
5.21
~ 11\0
rm
1m 1[771
y
Sistemas de reacci6n (continuaci6n)
las vlquetls son de 6 a 7 m de longltud y SII nGmero varf. de 4 il 24 para Cilrgas entre 100 y 600 ton en 1. elperlencla obte nlda (ref 4). -
Sin embargo, el sistema con pilotes verticales es ventajoso econ6micamente porque se pueden aprovechar como anclaje los pilotes que formar~n parte de la cimentaci6n; en es te caso debe cuidarse que est~n alineados para que no existan excentricidades en la car ga, adem~s de rehincarlos para evitar una reducci6n de su capacidad por punta. La distancia minima entre los pilotes de anclaje inclinados y el de prueba se determina r~ a partir de un estudio de cada caso particular. Si se usan pilotes verticales, la separacion m~s recomendable entre centros es de 10 di~metros (ref 5.3), aunque alqunas instituciones la admiten de 5 (ref 5.1) que permite reducir el costo de las vigas. Conviene destacar que can este criterio de reacci6n 1a interacci6n entre los pilotes es m~s significativa can forme se a1canzan nive1es altos de 1a carga. c)
Vigu~~a6 de anclaje. Este sistema se desarro116 recientemente (ref 5.4); sus ventajas son su bajo costo y tiempo reducido de insta1aci6n. Sin embargo, se ha uti1izado poco y par ella subsisten incertidumbres sabre 1a interacci6n entre las viguetas de anclaje y el pilote de prueba.
5.3.3.2
Equipo de aplicacion de 1a carga
.
La carga se puede ap1icar al pilote de prueba de dos maneras diferentes: Con ta&t~e cuyo peso se incrementa gradua1mente durante la prueba; en este caso las vi gas de reaccion sirven s01amente para recibir e1 lastre y transmitirlo al pilote. Los apoyos 1aterales se us an para prevenir la carda del lastre par l~ falla del pilote, por 10 que deben disenarse de manera tal que no sobrepasen 1a capacidad de carga del suelo cuando reciban la carga total de prueba Con un 6.£&t~ma It'<'dltciu£.ico d~ p~~6i6lt que se coloca entre las vigas de reacci6n y el te, en cuyo caso la reacci6n proviene de lastre a de piezas ancladas.
pil~
El primer procedimiento es m~s lento y poco recomendable debido a que durante las maniobras de colocaci6n del lastre (carga) se puede golpear a los dispositivos de medici6n y desajustar los 0 inutilizarlos por completo. Par su parte, el sistema hidraulico (fig 5.22) permite con trolar f&cilmente y con precisi6n los niveles de carga previstos si se consideran los siguien tes aspectos: El sistema hidraulico de carga debe con tar con un mecanisme que regule el movimiento del pist6n, para mantener una carga constante con forme se asiente el pilote 0 para per mitir una rapidez de deformaci6n uniEorme, dependiendo del tipo de prueba que se realI cej en la ref 5.5 aparece la descripci6n de un mecanismo eleetro-hidraulieo Cuando el sistema de carga se integre par dos 0 ~as gatos, estes deben estar interconec tados La longitud del (de los) pist6n(es) debe ser mayor que los asentamientos que sufrir5 el pilote 0 pila Sobre el pist6n debe mantenerse un apoyo esf~rieo, que facilita 1a alineaci6n y elimina la transmision de momentos al pilote 0 pila La carga se transmite al pilote con una placa horizontal de aeero adherida con mortero a la cabeza del elemento. 5.3.3.3
Dispositivos de medici6n
Las variables que deben medirse durante una prueba de capacidad de carga son: Para pruebas con pilotes 0 pilas convencionales, los asentamientos que sufre 1a parte superior, las cargas aplicadas y los tiempos en que ocurren Para pilotes 0 pi1as instrumentados internamente, se determina ademas 1a carga que transmitan a distintas profundidades. Esto ultimo se hace cuando sea importante conocer la relaci6n entre las resistencias de punta y fricci6n 0 la evoluci6n con el tiempo de la transferencia de carga al suelo. Los dispositivos que se utilizan para determinar las variables mancionadas se detallan a con tinuaci6n. a)
De ta ca~ga. La magnitud de la carga aplicada se puede evaluar con uno de los dos apa rates siguientes: con el man6metro (previamcnte calibrado) del sistema hidraulico a con una celda electr6nica de cargai la instalaci6n de ambos se presenta en la fig 5.23 Y a continuaci6n se comentan sus limitaciones:
177
EQUIPO
DIAGW".... DE IHSTAlACIOH
COHEHTARIDS
,.
~At1eSldoru
r
Pl.,. d.
I '"'Y'j:>I:I~\Vlge ~
Apoyo ~Sfirlco----.-1"I'-~ Slsteme hldr!ullco
'ot,
Fig.
hld"oll
5.22
i
d~
r~eccl6n
C;lda d~ Clrga
lS\","""""
Equipo de aplicaci6n de la carga
shteme htdr!ul1co debe ltner la u. pac ldad de urge y 11 longltud de ph t6" requerldos durante 11 prueba. [s neceurlo un lIIecanhmo que regu": e1 IIIOvlmlento del pht6n pan lllintener una carga constante confonnl! se deforme el pflote 0 para permlt1r una rapfdel de de for· /Ilacl6n unHonne, dependlendo del tlpo de prucba Que se realice. [J
OISPOSITIVQ
DESCRIPCION
DIAGRAM" DE INSULACION At;uadores
I
\
-rLa celd. es el man~etro (prevhmente Clit brldo) que midI! h prul6n del .celle en el slHem. hi dr.iullco de cargl,
Gato
h1dr~ul1co---
COMEtH AR lOS
.,VIg. de rucc;6n
.,.
~
I
Placa Ide apoyo ./
I) Han6r:letro del slslern.l hlddiullco
PRECISION
I
f'--.!-"
- Apoyo uftrlco
En h ullbr.ct6n debe usarse g.to pari urgllr .. h Nquln.l versal y no.1 revh. Ad~..ts. ullbncl6n debe hacerse pari tlntu poslciones del plst6n.
'"
lw
H.lnltrletro
el un' hdh -
,
I:
T Atlesadores"
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....
'I
r
Placa de
2) (tlda de clrg.
(,!lda formada por un ellindra de acero lnstru-
tI1cntado con defonnlmetros electrlcos [HllA.i1'l gl1gul.
Apoya
/
VI 9. de relaee i6n
~
I
""'ffi:19,
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I
Celda de carga
"fi,I'O'
Gato hldraul\co
I I
de 0.\1 a 0.3': de su capac !dad
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\
Kan6mclro
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-L+LPig.
I
ill ,
~ISPosiC,i6n
I.,
~l'lli.ll
d,
go1gtl
5.23 nispositivQs dp. medici6n de la carga
£1 apoyo de 1a ctld. con el glto debe ser esflrlco. para ev1tar ]a transmls16n de II'(IlTIentos.
Estos aparatos usua\mentt se nectan a una fuenle de to 'oJ.
c~
El empleo del man6me.tlLo que mide la presi6n del aceite en el sistema hidr.1ulico de car g3 no es recomendable, porque se ha visto que puede 11egar a tener errores hasta de120% (ref 5.6). La causa principal de estos errores es la fricci6n que se desarrolla entre el pist6n y las paredes del cilindro del gato, que adicionalmente depende de la posi ci6n del pist6n, de su verticalidad, y de si durante la carga el pist6n tiende a saTir o a entrar en el dep6sito. Por 10 anterior, el man6metro puede ser confiab1e como uni co aparato de medici6n solamente si se cumplen los siguientes requisitos: Que el sistema hidr.1ulico est~ en perfectas condiciones Que la ca1ibraci6n se realice correctamente, 10 que se logra cuando el gato se usa para aplicar 1a carga a la m.1quina universal en diferentes posiciones del pist6n (err6neame~ te se puede aplicar la carga a1 gato) Que los apoyos del gato perroitan que e1 pist6n se mantenga vertical durante 1a prueba. La ceida e..f.ect.1L6uica de carga consiste usualmente de un cilindro de acero, instrumenta do con deform!metros e1ectricos (~t.lLa~'t gage6)i permite obtener mayor precisi6n, perorequiere de experiencia y operaci6n cuidadosa por 10 delicado del equipo de lectura y de la celda misma. Estos dispositivos deben estar protegidos mec.1nica y electr6nicamen te de los cambios de temperatura y humedad. b)
De i06 a6entamiento6. Los asentamientos que sufre el pilote de prueba se deben medir con un sistema pre~iso y confiable; generalmente se utili zan m~cr6metros entre el p~lo te y un marco de referencia fijo. Adem.1s, es necesario usar un segundo s1stema de mec1 ci6n, que aunque sea de menor precisi6n, permita tener una referencia adicional y contro lar visualmente la prueba. Este segundo sistema de medici6n puede ser una escala gr~ duada adherida al pilote, que se observa con un nivel topogr.1fico 0 can un cable tensa do como referencia (fig 5.24). En todos los casos, debe preverse la posibilidad de ajustar los ceIL06 de los aparatos sin afectar 1a continuidad de las lecturas. A conti nuaci6n se describe la instalaci6n de cad a sistema, haciendo enfasis en sus detalles fundamentales: Los m.(.C1i.6m"_.t!'~o6 de car&tula son medidores mec~nicos de deformaci6n; se sostienen can vi guetas que sirven de referencia, apoyando su vastago de medici6n en placas fijas alrede dor de la cabeza del pilote; las viguetas se colocan horizontalmente sobre apoyos aleja dos del pilote, para evitar que sean afectadas por los movimientos superficiales del suelo inducidos durante la prueba. Es conveniente usar cuatro micr6metros diametralmen te opuestos y equidistantes al eje del pilote; este arreglo permitir.1 detectar una in clinaci6n eventual del pilote durante su penetraci6n. La precisi6n de lectura debe ser de ~ 0.1 rom y la longitud del vastago de 5 cm par 10 menos. Estos dispositivos de medici6n deben mantenerse en la sombra para proteger1os de los cambios de temperatura; por su parte, las viguetas de referencia deben ademas forrarse con un aislante termico de fibra de vidrio 0 poliestireno y papel aluminio. Asimismo, la superficie de las placas de apoyo debe estar pulida, para que el vastago del micr6 metro pueda deslizar libremente en el caso de que ocurran giros de 1a cabeza del pilo teo El Il.£vel .topog/ufoico permite observar una escala graduada en rom adherida a la cabeza del pilote; durante las mediciones, el nivel se situa a una distancia de la prueba de par 10 menos 50 di~metros (fig 5.24-2) (ref 5.6). Cuando se usa esta t~cnica de medici6n es necesario con tar con un banco de nive1aci6n para controlar el pun to de referencia emp1eadoi la precision que se alcanza es de + 1 mm. Como segundo sistema de medici6n de asentamientos, tambien se utiliza un c.«b~e. .te.H6Udc horizontalmente, que sirve de referencia a una escala fija al pilote; las lecturas se hacen a simple vista (fig 5.24-3l. La escala se adhiere a un espejo para disminuir los errores de paralajei par su parte, los apoyos del cable se localizan a una distancia de 10 diametros del pilote. Este dispositivo tiene las ventajas de ser el m.1s sencillo de instalar y su facilidad de lectura. La pre3isi6n que puede obtenerse es de ~ 2 rom.
c)
De (06 a6e.l1t«miIl.H.c0-6 de pila durante la prueba, punta y friccion en los se interpreta con ayuda mien to del elemento.
ia pmlta. Nidiendo los asentamientos de la punta del pilote 0 es posible separar, en forma aproximada, las resistencias de distintos niveles de carga aplicada; la informacion obtenida de una curva esfuerzo-deformaci6n representativa del comport~
La referencia de nivel de la punta consiste de un tuba de acero que se aloja en un con ducto longitudinal, coincidente can el eje del pilote 0 pila, y que se apoya en el fo~ do del concucto, cercano a la punta del elemento. La medicion se efectua can un micro metro apoyado sabre el tube de acere y sestenido con el marco de referencia fijo de los micr6met~os de 1a prueba (fig 5.25). La precision del micr6metre debe ser de ~ 0.01 ffiffi.
180
DISPQSITIVD
Hlcr6metros
INSTAlACION
PRECISION
OIAGIW'A DE INSTAlACIOtl
los mlcr6lrll!:tros Sl!: IllOnun I!:n vlgul!:tu dl!: rtfl!:rl!:ncta, con sus vh t.qos dt Ired IcllIn .poy.dos I!:I\ placas flju ., ollotl!:.
""?~ i~ ! '\
Vlgut't. de referent
'" 0.10
IIlIll
Plae.
~
,$, ESC~ ~ivelaCi6n 1)
tllvtl topoqr,sfl;o
Se adhlere al pilote una esca 1. gr.du.da en millmetros, que se obSl!:rva con un nlvel topogrHlco.
Gato--~_-'llJ
I
> I 'An~ulo
~
de .oporte
j
Jl Cable tensado (rentl!: a una escala
SI!: adhtl!:re.l pt lote un eSfll!:Jo que lleva UM escala graduada en millmetro~; 1. rl!ferenct. 1'10rtlontal es un cablt delgado a tensi6n entrt dos pn5tes .slejados del pl· lote.
Fig.
5.24 OispositivoS de medici6n de los
1
~
COHEHTARIOS
St rl!:cOorlllend. utl11zar cu.lro mlerootelros 0 tres como IIfnlmo; I!:l rango de IIIl!:d;cl6n dl!: los llIicr6metros dtbt !otr de 5 CJII pOr \0 mtnos. los trrores provocados pOr ttitlptralur' son s'gnHlcathos.
las medlcionts dtben hacersl!: con 'yud. dl!: un punto de rt(trenci. controlado clln un banco de nlvelaci6n. £1 aparato topogrUlco debe colocarse tquidist.nte dl!:! pilotl!: y del pun to de referencia. la Incltnac\6n del pilote provoc. errorts de lectura.
Se recomiend. loe.sl iur los dos poHes para tenur el cabl! a una distancta de 10 di&metros del pilote. EI espejo reduce 1. lIIagni tud del error de r.ralaje.
asentaF.liento~
Con;'lO
I
l!Zi~+za
Soporle del micr6mefro
-~f~~~~~=::---Microm e fro
Vigo de referenclo
Ploco .'i
Tubo de Cleero pa ra medici on
Fig 5.25
Piela de ocero para tronsmitir la cargo
.'i
1If-+
Condueto longitudinal
----I-HI
Dispositivo
?ar~
medir los asentamientos de la punta
Cuando se usa este dispositivo, la carga se transmite can una pieza de acero, con la misma forma de la seccion transversal del pilote, provista de ranuras que permitan eJ paso del soporte del micrometro y hacer las lect~ras a distancia. El conducto longit~ dinal puede hacerse colocando un tubo de pl§stico durante la fabricacion del pilote 0 pila. La '/entaja principal de este dispositivo es su facilidad de instalaci6n, que fa vorece su utilizacion en la mayorfa de las pruebas convencionales. dl
e.a
Oe d.i..~ tll.ibuc.i..61! de e.~ :)u.e.'l.Zo~. Se [luede requerir la determinaci6n de los esfuerzos a 10 largo del pilote en el caso de cimentaciones de estructuras importantes 0 cuando el numero de pilotes es muy grande. Estas mediciones se efectuan con celdas de carga axia! colocadas a distintas profundidadesi en todos los casos, las celdas deben cumplir con 10 siguiente: No debe afectar el comporta~iento Mec§nico del pilote 0 pila; es decir, las caracterfs ticas de esfuerzo y deformaci6n del elemento de prueba deben ser simi lares a las de un pilote 0 pila no instrumentado Debe medir las cargas con una precisi6n del 2% de la carga ultima calculada El funcionamiento, la precisi6n y el cella de la celda no deben afectarse can los esfuer zos inducidos durante el manejo y 1a hinca del pilote a la fabricaci6n de la pila E1 ce~o de 1a celda debe mantenerse estable can el tiempoi esto es particu1armente im portante para efectuar Mediciones a largo plazo La capacidad de carga de la celda debe ser similar a1 nivel maximo de carga previsto, para obte~er la mayor precisi6n posible. Los dispositivos m~s usua1es se rnuestran esquematicarnente en 1a fig 5.26. A continua ci6n se describe brevemente su fU!1cior.al':'liento y se comentan sus caracterfsticas y venta jas mas importantes.
182
DISPOSITIVO
DESCRIPCION
OIACRAHA DE
CDHEHTARIOS
IHSTAl~CIOH
Aire a pres Ion
Tube ~ara t nyecc i~n
,
1) Celda hldr!ullca
TubO de
Celda (orr.uda por dos U minas delqadas de acerosoldadas perlr.:elral.'t.ente; el espacio entre lu l.i minH e'it.i Ileno de acel te, que tran'imlte 'iU pre ~16n a un di
a1tvi().~
Ofafrac;N._ luto de \ l"nAd"
,,_. _I:.. LJ~ ~~
,.~
Generalmente se utl1fu en pnu; es de bajo costo y SU UAO pemanece mls t1empo estable.
Capa de Heite
tnt~rfue.
I II I I rI I I I CORTE
a-a
2) Celda electr6ntca
La celda cOflslste de un ctllndro cor to de acero can placas soldadu en sus eJ(tremos; el clllr~· dro se InHrumenta can defonnr,~etros electrtcos l~tJI,tl" '1n!lC-IJ.
Tuba de acero siry' costura (,,'0 ~f)
L
8
\
·PlaCo.
-EB--- -$[)lsP0siciOn de los It.,,ti'l
Pig.
Usua!mente se Instala en pllotes; debe cantu can un recubrlmlento protector, que adem.l'i de continuldad al pilote. Permt te detennlflar los esfuerlOS In· jue tdos durante 1'1 manejo I' hinCado.
9
5.26 Oispositivos para determinar la distrihuci6n dE" esfuerzos
La c~tda f1~d~aue~ca de carga 0 gato plano estS for~ada por l~minas delgadas de acero soldadas perimetralmente; su interior est~ lleno de aceite que transmite su presi6n a un diafragma de interfase; la presi6n del aceite se genera por la carga soportada por las l~minas (fig 5.26-1). Para determinar la carga aplicada, se inyecta aire al dia fragma; cuando se iguala la presi6n en sus dos caras se advierte salida de aire por-el tubo de alivio; en ese momento se mide la presi6n con un man6metro. Esta celda general mente se utiliza @n pilas; se coloca antes del colado del elemento, dejando en su posici6n los ductos longitudinales para la inyecci6n del aire. Las ventajas principales de la celda hidr&ulica son su bajo costo y la mayor estabili dad de su cekO con el tiempo. La c.eida etectk6H-t.ca de carga usualmente se instala en piletes; censiste de un cilindro corto de acero con placas soldadas en sus extremos, las cuales tienen soldados tramos de varillas de anclaje para integrar la celda al cuerpo del pilote, que actGa como un tramo de ~l. EI cilindro se instrumenta con deformfmetros el~ctricos (~.t~a.iH ga.gu), de preferencia antes de la fabricaci6n del pilote. El di~metro y espesor del tube se eligen de acuerdo a la capacidad de carga que soportar~ la celda, teniendo en cuenta que los esfuerzos de hincado son mayores a los de trabajo. En 1a fig 5.26-2 se muestra una soluci6n para estas celdas, 1a cual ha demostrado ser confiable (ref 5.~); n6tese que la protecci6n de 1a celda y la continuidad del pilote se han logrado can un recubrimiento de asfalte. La calibraci6n de las celdas debe rea lizarse incluyendo el recubrimiento protector. La ventaja mas imrortante de la celda electr6nica es que permite determinar los esfuer zos inducidos durante el manejo e hincado del pilote.
La presentaci6n de los datos obtenidos durante el hincado del pilote 0 la fabricaci6n de la pila y la ejecuci6n de la prueba de earga debe faeilitar su correcta interpretaei6n; para ello, conviene usar grafieas donde se represente la siguiente informaci6n b~sica: Penetraci6n V~ numero de golpes Recuperaci6n elastica Carga V~ asentamiento Carga y asentareiento V~ tiempo Carga V) asentamiento de fluencia NGmero de ciclos V6 asentamiento 5.3.4.1
Grafica de la penetraci6n
~)
nGmero de golpes
En esta grafica se presenta La variacion con la profundidad del nGmero de golpes para ?rodu cir de 0.2 a 1.0 m de penetraci6n (ver inciso 5.2.2.1)del pilote, as! como el nG~ero de ryoL?es total acumuLado para cada profundidad. Esta figura se complementa con la estratlgraffa deter minada con un sondeo cercano, ademas de los comentarios necesarios ?ara indicar cualquier in terrupcion durante el hincado. Un ejemplo de esta grafica se presenta en la fig 5.27. 5.3.4.2
Grafica de la recuperaci6n elastica
Esta figura consiste en la reproducci6n de la grafica de recuperacion elastica obtenido en el campo durante el ulti~o tramo de hincado (ver inciso 5.2.2.21, en la que se agrega una tabla con los valores pro~edio de la reeuperacion elastica y la penetraei6n (en mm/golpel medida de la grafiea, para cada una de las series de 10 gol~es efectuada. Como informaci6n adicional, conviene incluir la localizacion y nivel de desplante del pilote, ademas de 1a marca, tipo y condiciones de operaci6n del martillo. En la fig 5.28 se presenta un ejemplo del registro con los datos necesarios. 5.3.4.3
Grafica carga
v~
asentamiento
En las pruebas con carga controlada se grafica el asentamiento maximo que ocurra a la primera hora de haber aplicado cada nivel de carga (ref 5.1); en las de asentamiento controlado se ha ce 10 rec!proco. En el caso de pruebas con dos ciclos de carga y descarga, deben dibujarse ambos; cuando se trate de una prueba cfclica, se grafica el asentamiento correspondiente a la carga maxima del primer cicIo de eaaa intervale de carga aplicado (ver fig 5.13). En todos los casos se dibuja tambien La etara de descarga. La grafica carga V~ asentamiento conviene dibujarla a una escala en que la recta representati va de la compresi6n elastica de una columna de las mismas caracter!sticas del pilote 0 pila,-
184
6 e , forme 10° con la horizontal (fig 5.2']); 6 e
se calcula con la siguicnte exprcsi6n:
PL AE
15.
i)
donde: 0e
compresi6n
el~stica,
en rom
P
carga aplicada, en ton
L
longitud del pilote
A
area de la secci6n transversal, en cm 2
E
modulo de elasticidad representativo del material de fabricacion del pilote 0 pila, en kg/cm 2
0
pila, en m
No. de golpes /0.2 m de penetrod6n
200
No. de
o
100
~olpes
totol
2000 4:XJO 6OJO 8000 10000 Alturo de corda del mortillo:
-.
0.4 m
-------I51l-----
"..i'~ limo
orenoso
r-=-=---uniOn del siguienle tramo de pilote
H------'-L---~> Arena \~ limosa
\--__L== Interrupcion
COlococ;on de moterial de proteccion nuevo. Union del siguiente traffiO de pilote
Arcillo arenoso
o
'.~
(14 horas)
Interrupcion (30 min)
.,
~:.
>4~ Areno ::~.
Jimosa
L1evado 01 rechazo , con medicion de 10 recuperacion elastica
3 200
300
100
Profundidod de 10 punta bojo el nivel del terreno (m 1
Nivel final ,de 10 punto
Fig 5.27
2000 4000 6000 8000 10000
Representaci6n grafica de La resistencia a la penetraci6n
185
OBRA,
PILOTE No.3
LOCALIZACION: Porte centrol d. 10 ntrucfuro PROFUNOIOAO DE LA PUNTA; 26.3 m PESO DE LA MASA:
3
ton
ALTURA DE CAIDA; 0.5 m
+ 26.2 m
Promedio por series de
RECUPERACION ELASTICA (mm 190\><)
11.0
11.0
11.0
11.5
11.0
1.9
2.0
2.1
1.9
2.0
PENETRACION (mm /oolpe) LUGAR;
FECHA;
Fig 5.28 5.3.4.4
Gr~fica
10 golpes
Registro de recuperaci6n
_
el~stica
carga y asentamiento V6 tiempo
En estas grAficas se rnuestra 1a variaci6n con el tiempo de 1a carga y el asentamiento durante 1a prueba; se dibujan en el eje horizontal los valores del tiempo, usanda una escala que pe! mita representarlo con duraci6n de 1a prueba en 10 em; para las otras variables se utiliza 1a escala determinada en el inciso anterior. La presentaci6n final de las dos gr~ficas, jU~ to con 1a de carga v~ asentamiento, tendrA 1a di~posici6n mostrada en 1a fig 5.30.
5.3.4.5
Grafica carga V6 asentamiento de fluencia
Esta grafica puede incluirse mentos de tiempo constantesi en los altimos 3 min de cada min), como se ejemplifica en
en los resultados de las pruebas de carga controlada con incre se dibuja con los valores de los asentamientos que se presentan incremento de carga (considerando incrementos de tiempo de 15 la fig 5.31.
I 8 6
Cor~a (ton)
100
l0l"~_""""
200
300
400
oe
__
20 E E 0
<:w E
. " £c
°e
30
.,
w
se cotculo con·
L
8.0m
E
10000
IT; : 141 000
Kg/ em 2
40 A:: 2025 cm 2
50
60
70
PILOTE
Prefabricodo de Concreto
Seccion 45x45 em, lonoitud 8.0 m FEOiA DE HINCADO • FECHA DE PRUEBA. PERFIL ESTRATIGRAFICO:
0
- 1.5 m arcilla de oojo compresibilidad
1.5 - 11.0 m (Jrova fina
limoso
11.0 - 13.5 m arena media limosa
Fig 5.29 5.3.4.6
Gr~fica
carga v¢ asentamiento
Grafica nGmero de ciclos V6 asentarniento
En las pruebas con carga ciclica, esta 9r~fica debe presentarse en Lugar de las descritas en el inciso 5.3.4.4. Se dibuja con los valores del asentamiento en 1a carga m~xima de cada cicIo en el eje vertical y el logaritmo del nfrmero de ciclos correspondiente en el eje hari zontal; un ejemplo de esta grafica se muestra en 1a fig 5.15.
5.3.5
Intehpketaci6n de la
p~ueba
La informaci6n obtenida can una prueba de carga se utiliza para interpretar dos aspectos fun damentales: I B7
I r
~efinir 1a capacidad de carga del pilote 0 pila Cvaluar el procedimiento constructivQ adoptado
Aquf se analiza el primero de elias con detalle y del segundo s01amente es factible orientar sabre las observaciones que deben realizarse.
PILOTE:
De madera (abeto raja sin corfeza) Secci6n circular: • 35cm en 10 cobezo
c
~
rl r5cm en 10 punla
c zo
u
FECHA DE H'NCADO: FECHA DE PRUEBA: PERfiL ESTRATIGRAflCO
10
0 -
7.5 m
7.5 -14.5 m 14.5 -22.5 m
.,
4
6
0
Tiempo (hr)
10
"
zo
25
Arcilla limoso Arcilla con lenles de arcitta limosa Arcillo 1imoso Cargo (Ion
1
E E
".E c
c
c
• .:1
zo
Fig 5.30
5.3.5.1
Graficas carga Vj asentamiento y carga y asenta miento V~ tiempo
Respuesta del pilote 0 pi1a a 1a carga
La forma de 1a grafica carga V6 asentamiento permite definir c6mo el pilote 0 pi1a de prueba transmite su carga al subsuelo, entendiendose que puede ser: Por su punta a un estrato resistente profunda Par fricci6n al suelo que 10 rodea Par una combinaci6n de las anteriores Esta informaci6n se complementa con la grafica de hincado del pilote a en su caso con la des cripcion de la perforacion necesaria, asi como,. los datos geotecnicos obtenidos. En la fig 5.32 se muestra la forma de graficas tipicas (ref 5.2), ademas de la recta represen tativa de la compresion elastica 0e (ver inciso 5.3.4.3) como complemento. A continuaci6n se describ::>.n las caracteristicas esenciales de las graficas. a)
C.t.mel1.tftc.t.ol1eJ de pUrlta. Se presentan cuando la carga impuesta la resiste un estrato profundo sin que se alcance la falla; la grafica resultante (P) queda por enc~ma de 0e, ya que el suelo que rodea al pilote 0 p~la tiene una pequena contr~buc~6n en soportar la carga.
b)
C.t.melttac.t.ot!e,~ de 6Jt.t.c.c.·i6H. Se obtienen cuando el suelo que rodea al fuste del pilote o pila soporta la carga; la grafica presenta inicialmente una etapa de asentamiento y cargc crecientes, hasta llegar a un pun to en que la deformaci6n crece indefinidamente
IB B
para una carga aproximadamente constante. En e1 caso de sue10s finos CFFI casi siemprc ocurre una d1sminuci6n de 1a carga, que puede estar 1imitada por 1a resistencia residual d~1 sue10; en sue10s granu1ares (FG) 1a carga final siempre aumenta, dependiendo su ma~ n~tud de la resistencia movilizada en la punta. c)
C.(m~J1.ta.c.'(o~I~.6
de. pUJ1.ta. lJ 6Jt.icc..i6~1. La grCifica caracter1'stica de pilas y pilotes en sue los granulares tiene una forma intermedia entre las de fricci6n y punta CPF); en este caso, la geometr1'a del e1emento de cimentaci6n condieiona 1a relaei6n entre ambas resis tencias y por ello la grAfica resu1tante. -
Cargo de fluencia
oL-----oo~~===:::::;lo;:o:::=--f:....--,,.5-0----~~ Cargo (ton) PILOTE: Pretabricado de conCreto Seccion 27x 27 cm,longitud 11.0 m FECHA DE HINCADO: FECHA DE PRUE8A: PERFIL ESTRATIGRAFICO: 0 - 4m Limo or9cnico 4- 21 m Arena fino 0 media Con~a de fluencia estimoda: I 2.5 too
Fig 5.31 5.3.5.2
GrAfiea earga V6 asentamiento de fluencia
Determinacion de 1a capaeidad de carga
La capacidad de earga puede expresarse en funci6n de dos
t~rminos:
La carga Gltima, cuando se ha movilizado la resistencia del suelo que se encuentra bajo 1a punta y rodeando a1 elemento La eargd de flueneia, correspondiente a 1a carga maxima que puede aplicarse antes de que se presente un asentamiento excesivo en un cierto incremento de carga 0 en un eier to nGmero de ciclos de carga y descarga. A continuaci6n se describen los criterios para determinar cada una, considcrando que cuando las limitaciones pr~cticas 0 econ6micas no permitan aplicarlos, debera ana1izarse la informa cion obtenida con las pruebas realizadas para definir un valor confiable. Para determinar la c.a.Jtga uttima se parte de los puntos bAsicos del mecanismo de transferencia de carga (ref 5.9): Para movilizar 1a capacidad de carga por fricci6n es necesario un desplazamiento relat! vo, entre el fuste del elemento y el suelo circundante, de 6 a 10 rom independientemente de la geometr1a del pilote 0 pila
189
En el caso de la capacidad por punta, es necesario un desplazamiento de aproximadamente un 10% del di~metra (D) de los pilates hincados y de hasta un 30\ de D para pi1ates c~ ladas en el lugar y pilas.
CarQa
"-
, \ /
/
/
I I
I I "'" E E
I I
~
I
G
I
<
E a
c G
.'/
I
I
(ton)
,.........
\"" " \
\ \ \
6
•
""
(p),
d. punta
(FF),
d. frlccion en luelol final
(FG),
d• fricci6n en auelol oranula re I
(PF),
d. punto y fricci6n
&.
comprulon ela'stico equivalente
(PF)
I
I (FG)
I (FF)
Fig 5.32
Farmas tfpicas de la gr5fica carga V~ asentamiento (prueba can rapidez de penetraci6n constante)
En base en 10 anterior, varios autores han propuesto criterios para unificar la interpreta cion de la gr~fica carga V~ asentamiento (refs 5.2, 5.9 Y 5.10); en la fig 5.33 se presentan los criterios m~s usados. La caltga de. Sfue.Hc.ia de las pruebas de carga controlada con incrementos de tiempo constantes de 15 min, corresponde a la que produce el radio de curvatura mfnimo en la gr~fica carga VJ asentamiento de fluencia que se desarcolla en los Gltimos 3 min (ver fig 5.31). En las pruebas cfclicas la carga de fluencia usualmente se define como la carga maxima del intervalo de carga que provoca una pendiente de 2 rnm de asentamiento en 15 ciclos de carga en la gr~fica nGmero de ciclos VJ asentamiento (fig 5.34). 5.3.5.3
Variac ion de la capacidad de carga con e1 tiempo
Cuando se realizan pruebas de carga en pilotes, debe considerarse el tiempo entre su hincado y 1a ejecucion de la prueba, ya que la capacidad de carga puede variar considerablemente cuan do el subsuelo esta formado par arci11as, limos no plasticos y arenas finas. En el caso de arcillas, e1 hincado produce un remoldeo del suelo alrededor del pilote, ademas de un aumento significativo de esfuerzos; confoime pasa el tiempo la arcil1a tiende a reestruc turarse" debido a sus propiedades tixotr6picas y a consolidarse en 1a vecindad del pilote, disminuyendo as1 el exceso de presi6n de para inducido: 10 anterior provoca un aumento de capacI dad de carga (ref 5.11). En 1a mayorfa de los casas es suficiente un lapso de 3 a 30 dfas (ref 5.8) entre el hincado y prueba del pilote para que se desarr011e la mayor parte de este efecto. Cuando se trata de limos no p1asticos y arenas finas, durante el hincado puede provocarse un aumento considerable de presi6n de poro, que se refleja en un aumento de 1a resistencia a 1a penetracion del pilote (ref 5.12); este efecto puede producir una interpretaci6n equivocada de la resistencia del estrato de desplante del pilote, la cual disminuir~ con forme se disipe la presi6n de poro. En estos casas, es recomendable realizar pruebas de rehincado en que se mida la recuperaci6n el~stica (ver inciso 5.2.2.2), para determinar: 190
51 e~ necesario 1levar a~ pilote ~ mayor profundidad El t~empo de espera prev~o a la e)ecuci6n de 1a prueba de carga.
CoI"QO ultimo Con~o
(ton)
r-=:=----,---l--...'
con
6 :
a ... bO
donde: d f : osentomiento en mm
6e: compresion
0 10
falla,
eloslica
equivalente a : defonnocioo para movilizor 10 copacidod por fricci6n, en mm bD: deformocicin para movilizor
10 copacidod par punta
o:
diometra del pilot. a pilo
200 E E
'"
/
180 160 140
/
/
6,{,~}.O'O 0
/
120
Pilotes hincadas (Vuit l
/
100 80 60 40
6"0.0,300 L(mite superior para pilotes coladas (Vesi~)
/
/
/
/
6'20.0,050 ,_--1f-_Pilotes hincodos
/
, __t-__
6· 4.0,00830 Pilotes hincodos y colo_ ,das (Davisson)
--------0
10
20
30 40
50
60
70
80
90
o Fig 5.33 5.3.5.4
100
(em)
Determinaci6n de la carga ultima
Capacidad de carga admisible
La capacidad de carga admisible de un pilote 0 pila debe determinarse considerando un margen de seguridad razonable con respecto a 1a fa11a del suelo de soporte y del material de fabric~ ci6n del elementa; asimismo, dicha capacidad est& candicionada par los asentamientas tota1es y diferencia1es que puede soportar 1a estructura.
I 9 I
e
140
2 0
~
Co r
Q
.~
de flueneio
..
120
0
80
~ ':'.
"
"
"
"
""'"
60
"
" :,i
:'
• ""
u
80
" "
""" De,co(l~Q
--------- -- - -- - - -- --- - - -- -
~n]],--
n : :"mfUU1JlJ~'
mJlIU uJUU " 0-'-----------------_.
60
40
:t
20
Tiempo
Numero d. ciclos
E
..§.
80
" u 0
~
0
E
"E
'0
"·c >
" e 0 0
.§
.0-
" ~
I
:! 2
12
(esca 10 log) RollQOs de coroa
mm
----------------
60
30 Ion
80
40 ton
100 - 30 ton
14 16 18 20
0
24 2
C
13
20 - 10 Ion 40 - 20 ton
4 6 8 10
22
E 0
3 4 3678910
0 2
0
c
2
120 - 60 Ion 140 - 70 ton
0
:;
Fig 5.34
Corgo de
t luencio
estimodo: 100 Ion
Carga de fluencia en una prueba c!clica
En todos los casas, debe tomarse en cuenta que para extrapolar los resultados de prueba a1 grupo de pilotes 0 pilas. se debe considerar la informaci6n geot~cnica, los registros de hin cado y la relaci6n entre el nGmero de elementos probados y 1a cantidad de pilotes 0 pilas que formar~n
parte de la cimentaci6n.
5.3.5.5
Observaciones a1 procedimiento constructivo
Las observaciones efectuadas durante la fabricaci6n e hincado del pilote 0 la fabricaci6n de la pila tienen como objetivo confirmar a modificar las recomendaciones del procedimiento cons tructivo, a fin de asegurar el comportamiento adecuado de la cimentaci6n y su bajo costo. En este inciso se mencionan los as~ectos t~cnicos mas importantesi sin embargo, el analisis eco n6mico, que depende del equipo y materiales de construcci6n disponibles, deber~ siempre tomar se en cuenta.
192
Cuando se utilizan
p~tote~ p~e6ab~~Lado6 deber~n
satisfacerse los siguientes puntos:
La cama de colado ser~ una los a de concreto armado y nivelado Las etapas de fabricaci6n que deben supervisarse con detalle son: la colocaci6n del acero de refuerzo, la localizaci6n de los puntos de izaje y el vaciado y vibrado del concreto Los pilotes que se fabrican en dos 0 m~s tramos, se colaran alineados longitudinalmente Las barras de anclaje de las juntas de acero de dos tramos de pilote sc soldar~n adecua damente para alcanzar los esfuerzos de trabajo El tiempo de cur ado de los pilotes deber~ permitir su manejo preliminar para almacena! los antes del hincado; con vapor podr~ reducirse este tiempo Los apoyos de los pilotes durante su almacenamiento deber~n asegurar que la flecha sea m!nima Los pilotes podran hincarse 5610 cuando alcancen 1a edad de 28 d!as como m!nimo La 10calizaci6n de los puntas del hincado del pilote debera coincidir can el plano de la cimentacion; la tolerancia admisible la definira el ingeniero disenador El diametro de la perforaci6n previa deber~ ser el de diseno, salvo que se demuestre que no es el adecuado La capacidad del martillo sera acorde al peso y geometrfa del pilote para evitar que se dane durante su hineado La uni6n soldada de dos tramos de pilote se hara en poco tiempo para evitar que su hi~ cado posterior s~ dificulte La profundidad de desplante de los pilotes de punta coincidira con el estrato resisten te, evitando el sobrehincado. En el caso de
p~tot~~
Lotado6 elt et
luga~
y
p~la4
se verificaran los siguientes aspectos:
La 10calizaci6n de las pi las coincidira con el plano de la cimentaci6n; la tolerancia admisible la de fin ira el ingeniero disenador La perforaci6n se iniciara con un emboqui11ado metalico, que estabiliza la parte sup~ rior de la perforaci6n y facilita su verticalidad E1 lode de perforaci6n tendra la den~idad y viscosidad necesaria para el peso volum~tri co del suelo que se excava; seguramente se requeriran aditivos qu!micos cuando el aguadel subsuelo es salada El fondo de 1a excavaci6n debera quedar libre de azolves antes de efectuar el colado; debe evitarse el frecuente error de profundizar la perforaci6n para ocultar los azolves £1 suelo del fondo de la perforaci6n deber~ permanecer inalterado para evitar asent~ mientos excesivos £1 acero de refuerzo se colocara con separadores que 10 mantengan alejaco de las par~ des de 1a perforaci6n La colocaei6n del concreto se har~ con trompa de colado (tubo tremie) para evitar su contaminaei6n Durante el colado debera evitarse cua1quier interrupci6n que provoque un seccionamiento del pilote 0 pila. 5.4
PRUEBAS DE CARGA LATERAL
El objetivo de estas pruebas es la determinaci6n del comportamiento de un pilote 0 pila verti cal al someterlo a una secuencia de cargas horizontales; en el caso de pi10tes inclinados, es tas cargas generalmente se aplican en direcci6n perpendicular a su eje longitudinal. Los procedimientos de prueba no han side estandarizados, pero en general corresponden a 1a clasificaci6r. de la fig 5.35; las pruebas con desplazamientoscontrolados son poco usuales, por 10 que no se discutiran. Los criterios de ejecuci6n y de instalaci6n que se describen a continuaci6n se presentan como guia para el diseno de la prueba de carga en su caso espec!fico. 5.4.1
P.'tue.ba. de. c.altga
eo.ca.t~c.a
La carga se aplica en incrementos iguales de aproximadamente el 20% de 1a carga lateral de di sene QLD' hasta alcanzar una carga maxima de prueba (QL max) de por 10 menos 2 QLD (fig 5.36f Los incrementos de carga se aplican una vez que (ref 5.13): La velocidad de de.Ste.x~61l ia..te.lta.t se haya reducido a cn valor m.£H~mo I que puede ser de 0.25 mm/hr; el control de 1a prueba se haee en forma similar al indicado en la fig 5. 9. Ha transcurrido un ~tt.te,'tvc.:.e.o de. t~e.mpo I del orden de 1 hr, que se mantierle LOH<.Sta.n.te para todos los incrementos de carga, este criterio se utiliza cuando el anterior prov£ ca un tiempo de prueba excesivo (del orden de 2 dias). 193
Prueba can velocidad de de forrnaci6n lateral m!nima al t~rmino de cada incremento de carga. Prueba con carga estAtica Prueba con velocidad de car ga constante Pruebas de carga lateral
Prueba c!clica de carga y descarga
Fig 5.35
Tipos de pruebas de carga lateral
Cargo lateral ( ton)
Incremento I
~O.25 0LO
Oecrementos~ 0.25 Q L mcix
a.flexiOn lateral (m m)
Fig 5.36
Pruebas can carga contro1ada
En ambos casos, las 1ecturas de 1a deflexi6n lateral en cad a incremento se toman a cada 10 min; la descarga se efectua en decrementos de 0.25 0L m~x a cada 20 min, midiendo la recuper~ ci6n de la deflexi6n lateral a los 5, 15 Y 30 min de haber descargado tota1mente, y si es po sible, durante m~s tiempo. -
Se carga al pilote en incrementos, can lapsos constantes de 15 min, hasta alcanzar la carga lateral de diseno QLD' para despu~s efectuar dos a m~s cic10s de carga y descarga; en el tilti mo ciclo, la carga total aplicada QL m~x ser~ par 10 menos igual a 2 OLD; 1a descarga final se efect6a como en el inciso anterior. Los ciclos se llevan a cabo can uno de los siguientes criterios: hasta alcanzar OLD Y deJca~gal1do totatmente en incrementos de 0.25 QLD a cada 15 min (ref 5.14, fig 5.37); las lecturas de carga y deflexi6n lateral se hacen a cada 3 min. El control de 1a prueba para cada cicIo es similar al que se muestra en la fig 5.13
Ca~gal1do
194
Induciendo en el pilote un mov~m~ento tate4at cictico de amp11tud 19ual a una fracc16n del di~metro (D) y con una frecuencia definida; como ejemplo, en la prueba reportada en la ref 5.15, 1a amp11tud del movimiento inducido fue de 0.0250 y la frecuencia utiliza da hasta 10 ciclos/min. En este caso, el efecto de 1a carga c!c1ica se determina comparando las lecturas de carga y deformaci6n del primero y ultimo cic1os; para efectuar este tipo de prueba se requiere de un disco exc~ntrico conectado a un motor con velocidad variable, que permita controlar e1 movi miento lateral del pilote. -
CorQo loterol (ton)
QLmch » 2 OLD -
} Incremento. d. 0.25 0Lma.
15 min (eta po de corQo)
Incremento. d. 0.25 OLD a coda 15 min
a coda
{
20 min (elopo de descoroo)
Defluion
Fig 5.37
ltl6tataci6n
5.4.3
pa~a
una
p~ueba
lateral (mm)
Prueba cfclica con carga controlada de
ca~ga tate~at
Las caracterfsticas y requisitos que deben cumplir los elementos para la ejecuci6n de una prueba con carga lateral son simi lares a los descritos en el inciso 5.3.3 (fig 5.2e), para pruebas con carga vertical; la descripci6n siguiente hace enfasis en aquellos aspectos pro pios de las pruebas con carga lateral que pueden inf1uir significativamente en sus resultados. 5.4.3.1
Sistema de reacci6n
E1 apoyo necesario para el equipo de carga puede provenir de: Otros pi10tes de la cimentaci6n Estructuras existentes 0 bloques de concreto. En ambos casos debe verificarse que los niveles de carga previstos en la prueba no sobrepasen la capacidad de carga lateral permisible de la estructura de reacci6n. a)
Ot~06 piiote~ de la cimentaci61t. Este sistema consiste en colocar el equipo de carga entre dos pi10tes contiguos, para as! obt~ner 1a reacci6n de uno contra el otro (fig 5.J8); es conveniente una separaci6n de 10 di&metros entre centros para minimizar la in teracci6n entre los pilotes (ref 5.16). Este sistema tiene la ventaja de que permite ensayar simult~neamente ambos pilotes.
bl
E~t~uctu~a~ exi6tente6 0 bloQue~ de coltc~eto. Con este sistema se simplifica 1a ejecu ci6n de pruebas de carga ap1icada perpendicu1armente al eje de pilotes inc1inados, yaque permite restringir e1 movimiento del equipo de carga en forma m~s segura que con los pilotes de reacci6ni su instalaci6n se ejemplifica en 1a fig 5.39.
5.4.3.2
Equipo de aplicaci6n de la carga
La secuencia de cargas de prueba se ap1ica con un sistema
I 9 5
hidr~ulico,
que se caloca entre el
pilote y la estructura de reacci6n (fig 5.40); los requisitos para su uso se resumen en el in ciso 5.3.3.2.
100 ,
Pilote de pruebo
~
Ploco Vioo
Gato
.... : ...
,
,
----l,.fU---I rig 5.36
Prueba con pilotes de reacci6n
.
Placa
...
Estrucluro exislente o bloques de concreto
Pilote de pruebo
rig 5.39
"-.:'., .~ .. ,.
.' :
Sistema de reacci6n con bloques de concreto estructuras existentes
Adicionalmente, es necesario disponer
d~
0
los siguientes accesorios:
a)
V.<.ga de. e.x.Ce.Il.6.<.6H. Reduce la interacci6n entre el sistema de reacci6n y el pilote de prueba, ya que permite transmitir la carga a distancia. La viga debe alinearse con el eje del pilote para evitar excentricidades en la aplicaci6n de la carga; bajo la viga se colocan apoyos sobre una cama nivelada de arena, para impedir flexiones que transmi tan esfuerzos cortantes al pilote. Si~mpre debe verificarse que exista un factor de se guridad adecuado contra la falla de 1a viga por pandeo.
bl
Evitan excentricidades de la carga ap1icada; se colocan entre el ga Apoyo.6 e..66~~'<'co~. to hidr~ulico y el sistema de reacci6n y entre la viga de extensi6n y el pilote de pru~ ba.
c)
Ptaca.6 de. a.poyo. Se utilizan para evitar una concentraci6n de esfuerzos en el punto de ap1icaci6n de 1a carga. Estas placas se adhieren can mortero a 1a superficie lateral del pilote; su resistencia a1 aplastamiento debe ser mayor a 1a carga m~xima de prueba.
196
Pilotu dt prutbo
Gato hidrdulico
Placa de opoyo
Celdo de carQa Vioa de extensi6n Placa dt apoyo
.. . . .
::t~~~.~.~~~.~~~~~~~.:i·.~, ~·.~·.~.·.~·.S.S~~~§~~~~fiJ~;ApOYO ~
Apoyos
I
Como de
Fig 5.40 5.4.3.3
esterico
"
Equipo de aplicaci6n de la carga y sus accesorios
Dispositivos~de medici6n
Durante una prueba en pilotes 0 pilas convel1cionales debe medirse la magnitud de la carga aplicada, la deflexi6n lateral y la inclinaci6n del tramo superior del ?ilote; en cimientos instrumentados, se mide adem&s la distribuci6n de esfuerzos de flexi6n y de deformaciones la terales a 10 largo de su eje. A continuaci6n se comentan algunos aspectos de la instalaci6n en elementos convencionales; ejemplos de pruebas en pilotes instrumentados pueden encontrarse en la ref 5.17. a)
De fa ~a~ga. Los niveles de carga aplicados durante la prueba pueden medirse can dos procedimien tos: Con el man6metro de control de la presi6n del sistema Con una celda electr6nica de carga (veL fig 5.40).
hidr~ulico
La celda es m~s confiable, por 10 cual conviene usarla como dispositivo primario de medici6n; durante la prueba, la carga prevista se alcanza de manera aproximada con el man6metro, para despu~s fijarla con precisi6n usando la celda. Los requisitos de aplicaci6n de ambos dispositivos se presentan en el inciso 5.3.3.3 a. b)
De fa de6fexi61t fa~e~al e ill~li'laci6n. La de6lexi6n ta~e~al 6 corresponde a la defor L maci6n lateral medida al nivel de aplicaci6n de la carga; para determlnarla se util~zan micr6metros colocados lateralmente y con su v~stago apoyado sobre una placa lateral adherida al pilote 0 pila. £1 micr6metro se sostiene con un marco de referencia fijo, con el eje de su v~stago coincidienclo con el eje del pist6n del gato hidr~ulico. Para encontrar la inclinaci6n del tramo superior del pilote 0 pila se colocan micr6metros adicionales cercanos a 1a cabeza del cimiento (fig 5.41).
+----,
,-_-:__ Micrometros pora de t erminar inclinaciones ~
Piloles de prueba
,
r;-~~---- Placo de opoyo
,
L
Fig 5.41
Instalaci6n
l--_ _ Micrometras pera medlr deflexiones
b~sica
-+-
'---_-'
para la medici6n de la deflexi6n lateral e inclinaci6n I 97
Por otra parte, conviene disponer de un sistema de medici6n adicional para comprobar las lee turas efectuadas; genera1mente se utiliza una esca1a graduada en mil!metros adherida al PiI£ te 0 pila, 1a cual se lee con: u~
tr~nsito topogr~fico
u~
cable tensado (fig 5.42).
En el primer caso pueden medirse deflexiones e inclinaciones, mientras que con el cable, 5610 el movimiento lateral de la cabeza del cimiento. Para la instalaci6n y operaci6n adecuada de estos dispositivos, deben considerarse los comentarios del inciso 5.3.3.3 b.
Coble horizontal tenlOda Escalas or~ada. -----~;::::Imo~:.,
Placa Nivel de aplicacicin de 10 cargo _
Micr6metro Vioa de
-""CC7d-~,,J,,,,,,.J:.:!~;:;;;;::refer enc ia
~
Pilolu de prueba
I b) Lecturo con un coble tensado
0) Lectura con un tr6nsito topoorafico
Fig 5.42
Instalaci6n adicional para verificar las mediciones de deformaci6n.
PkC4entaci6Jt de l04 ke4ultadoa
5.4.4
La informaci6n obtenida durante la prueba de carga lateral se debe presentar en forma para facilitar su interpretaci6n; las gr~ficas b~sicas necesarias son:
gr~fica
Penetraci6n V4 nGmero de golpes (inciso 5.3.4.1) aecuperaci6n el~stica (inciso 5.3.4.2) Carga V4 deflexi6n lateral Carga y deflexi6n lateral va tiempo Deflexion lateral V4 numero de ciclos. En el caso de ~ilotes colados en el lugar y pilas, las dos primeras gr~ficas enlistadas se sustituir~n por el registro de fabricaci6n del cimiento (inciso 5.2.3). 5.4.4.1
Gr&fica carga
v4
deflexi6n lateral
Se dibuja la deflexion lateral m~xima correspondiente a cada nivel de carga ap1icado para las etapas de carga y descarga; en el caso de una prueba c!clica eon carga controlada, se grafic~ r~n todos los ciclos efectuados (fig 5.43). 5.4.4.2
Grafiea earga y deflexi6n lateral
v~
tiempo
La carga y 1a deflexi6n lateral se dibujan en el eje de las ordenadas, a 1a misma escala de la grafica carga V4 deflexi6n lateral; para el tiempo se utiliza una eseala que permita repr~ sen tar la duraeion total de un cicIo de prueba en 5 a 10 em. En la fig 5.4~ se muestra esqu~ m~tieamente la disposiei6n de esta grafiea en relaci6n a 1a del inciso anterior. 5.4.4.·3
Grafiea de flexion lateral va nfunero de eiclos
198
En pruebas c!clicas con carga controlada, se dibuja la grAfica que muestra las deflexiones la terales correspondientes a cada uno de los ciclos efectuados, tanto en escala natural como en papel semilogar!tmico: esta presentaci6n se ejemplifica en la fig 5.45.
Caroo lateral ( ton)
6
• • • Z
-1'--:--"'_ _--":
--'-__
0 ......
I~
10
Oeflexio'n
lateral (m m l
PILOTE:
De madera Secci6n circular; =32.5 em, lonQitud 16 m FECHA DE HINCADO :
FEC"HA DE PRUEBA" PERFIL ESTRATIGRAFICO:
0- 5.0m
5.0 - 20.0 m
Fig 5.43 5.4.5
Ifl~ekpke~aci6n
GrAfica carga
V~
Eslralos de arena fino limosa y arena fino suelta a muy suelta Arena fino compacta
deflexi6n lateral
de La pkueba
£1 an~lisis de los resultados obtenidos durante la prueba se enfoca hacia dos aspectos esen ciales: La determinaci6n del m6dulo de reacci6n lateral del suelo para los niveles de carga aplicados La evaluaci6n del procedimiento constructivo utilizado. A continuacion se describe el cAlculo necesario para definir el primer aspecto; para el do, se aplican los comentarios del inciso 5.3.5.5.
segu~
Conviene enfatizar que la prueba no es representativa del comportamiento del cimiento cuando: El movimiento de su cabeza est~ restringido Forma parte de un grupo Se Ie somete a cargas sostenidas, c!clicas 0 de impacto. 199
I
I I
Estos aspectos se comentan brevemente a continuaci6n.
Cargo
Corvo
lateral
lateral (ton)
(ton)
•
•
T
T
• ,
• •
•
•
3
3
2
• , •
0
2
3
2
T
•
Tlempo
0
•
• •
9
2
( hd
Deflexion lateral (m m I
10
• Deflexlon lateral (mm)
• •
Pilote:
Fecha de hincado: Fecha de pruebo:
10
Perfil
Fig 5.41
Gr~ficas
lateral 5.4.5.1
maleria/ geomelr/a
utrotigrorico:
carga v~ deElexi6n lateral y carga y deflexi6n tiempo (esquema ilustrativo)
V6
Restricci6n al movimiento de la cabeza
Disminuye la ceflexi6n lateral bajo una carga a91icada; este efecto puede evaluarse anal!tica mente (ref 5.18), resultando una disminuci6n hasta de 37% de la deflexi6n correspondiente al caso can deformaci6n libre. 5.4.5.2
Efeeto de grupo
La interacci6n entre pilotes que forman parte de un grupo es eseneialmente nula cuando el es paciamiento en la direcci6n de la earga es de por 10 menos 80 (D = di~metro del pilote), sie~ pre y euando el espaeiamiento normal a la carga sea mayor a 2.5 0 (ref 5.19). 5.4.5.3
Carga sostenida
Cuando el eimiento se somete a una earga sostenida, la deflexi6n lateral aumenta eon el tiem po par efeeto de la eonsolidaci6n y el comportamiento viscopl~stico del suelo; en pilotes in clinados, la deformaci6n depende de la direeei6n de aplieaei6n de la carga. Un an~lisis deesta eondiei611 se eneuentra en la ref 5.20. 5.4.5.4
Carga e1cliea 0 de impacto
La deflexi6n lateral para 50 0 m~s cic10s de carga es aproximadamente e1 doble de la corres pondiente a un solo cicIo; por su parte, el m6dulo de reaeci6n del suelo k h puede reducirse en un 70% (refs 5.14 y 5.19). El efeeto de la carga de impacto debe eva1uarse ana1!ticamente en cada caso particular.
200
Deflulan lateral (mm)
........ ......... ,
o
20
40
60
80
100
Numero de ciclos
15
Deflexion late ral ( mm)
10
oL...._ _-'--_L-....L.....L..l....l--':-~ _ _~,-----L---':---':~...!...:'7-':-:-_+ I 4 6 8 10 20 40 60 eo 100
Numero de ciclos
Fig 5.45 a}
Grafica deflexi6n lateral
V~
(esc
log)
numero de ciclos
En u4citlu4 phecO~4otidadu~. Para cimientos instalados en arcillas preconsolidadas y sujetos a deflexiones laterales 0L pequenas, puede considerarse un m6dulo de reacci6n del suelo k h constante con la pro£undidad (ref 5.21, fig 5.4Gl. Con esta hip6tesis, k h esta relacionado con 0L' la rotaci6n e y la carga lateral QL ap1icada.mediante las ecuaciones (ref 5.22) k
k
2 Q S L h
6
(5.21
L
2 QL S h
(5.
e
~i
con
B
kh
[4
Ep
IJ~
(5.4)
201
y
K d
(5.5)
donde:
deflexi6n lateral, em carga lateral, kg
m6dulo de reacci6n horizontal del suelo, kg/em!
e
rotaci6n de 1a cabeza del cimiento, radianes m6dulo de elasticidad representativo del material del cimiento, kg/em! momento de inercia de 1a secci6n transversal del cimiento, cm~ (tabla 5.2)
d
dimensi6n transversal del cimiento, em
K
coeficiente de proporcionalidad del m6dulo de reacci6n, kg/em!
~---"""'-----kh Distribucion real
I
~Oi'lribUCi6n
lupuuto
k = constant. h
z
Fig 5.46
Variaci6n del m6dulo de reacci6n del suelo con La profundidad para arcillas preconsolidadas
La secuencia de
c~lculo
es 1a siguiente:
Se supone un valor de BL p ' usualmente entre 2 y 5 Se calcula k Se calcula Si
h
B
para 1a pareja de valores QL Y 6 L a QL
obtenidos de la prueba
y BL p para el k h obtenido y se compara con el valor supuesto en
(3Lplsupuesto
r= (BLp)calculado'
Durante el c&lculo, conviene b)
y e
(1°)
se repiten todos los pasos con el nuevo valor de BL p '
representar~el
valor de
B con
3 decimales.
a,'tc~.t.e.aJ noltmatmen-te con<'Jot~dada<'J lJ en altena<'J. En este tipo de suelos, el m6dulo de reacci6n del suelo k h aumenta en forma aproximadamente lineal con la profundidad (ref 5.21, fig 5.47).
En
En este caso, pueden usarse las siguientes ecuaciones 1
(ref 5.18): (5.6)
2/3
2 0 2
J
5
!
1 (E
[
C6 6 QL
P
Ip
p
T
[
I ) 3/2
P
E nh
(5.7)
.,
]
1
(5.6)
con
(5.9)
z donde:
m6dulo de reacci6n proporcional del suelo, kg/cm 2
"h Cy y C e dem~s
Las
~
coeficientes adimensionales
(tabla 5.3)
literales se definen en el inciso 5.4.5.1 a. TABLA 5.2
Momentos de inerc 1a de secciones usuales
con respecto a un eje centroidal
Dimensi6n significativa
Secci6n
i
OiAmetro
Circular
0.049 0.063
Cuadrada
El
Om
=
aprox. 0.393t
Di.1metro media
(Om)·
constante adimensional
i
aprox.
Tabla 5.1)
0.049
Dext-t, con Dext=diAmetro exterior y t
c~lculo
(dimensi6n significativa)~
Om
Di.1metro equivalente (De'
*
X
0.009
circular delgado Octagonal
= i
Lado
Triangular equilAtera Anillo
Ip
espesor
se efectua como sigue:
1°
Se supone el tipo de cimiento, r!gido 0 flexible, para seleccionar Cy y C e de la tabla 5.3
2°
Se calcula n
)0
Con el valor de nh obtenido se calcula T y
4°
Se verifica el tipo de pilote; si no coincide con la selecci6n inicial, se repite el calculo con los coeficientes adecuados.
5.4.5.5
h
para una pareja de valores de Q Y 0L 0 QL L
ye
obtenidos de la prueba
Zm~x.
Pilotes inclinados
La interpretaci6n de la prueba puede hacerse en forma an~loga al inciso anterior, consideran do al pilote como un elemento vertical con carga normal a su eje (fig 5.~8).
203
"h = coeficiente de reacci6n proporcional del suelo
\
\
Distribuci6n real
\
\
~DtslribuCi6n
z
supuesto
Variaci6n del m6dulo de reacci6n del suelo para arenas
Fig 5.47
TABLA 5.3
Tipo de cimiento
Valores
d~
los coeficientes Cy Y Ce
Cy
C
4.7
J.4
2.4
1.6
e
Rfgido Zm~x
=
2
longitud embebida del cimiento
Flexible Zm~x > 4
\ Za....L
o
---"1 I I I a)
Fig 5.48
b)
Problema Ori9 inal
Geometrfa equlvalente para el
2 04
an~lisis
Problema equivalente
de un pilote inclinado
ANEXO 5.A
CARACTERISTICAS DEL INFORME DE UNA PRUEBA DE CARGA EN UN PILOTE INDIVIDUAL
Cond~cione&
5.A.l 5.A.l.l
de
p~ueba
Localizaci6n Y datos
geot~cnicos
Se debe presentar un croquis can la localizaci6n del pilote de prueba con respecto a la es tructura, as! como la informaci6n obtenida de un sondeo cercano al lugar de prueba y hasta la profundidad en que el grupo de pilotes de la cimentaci6n modificar~ significativamcnte el es tado de esfuerzos en el suelo; en los resultados del sondeo se incluir~ un esquema que mues tre 1a posici6n final del pilote (ver inciso 5.A.l.5 c) 5.A.1.2
Diseno del pilote
Se presentar~ un resumen del disefio geot~cnico y estructural del pilote, indicando sus dimen siones finales, la colocaci6n del armada y la resistencia nominal de los materiales de cons trucci6n. En el resumen del disefio geot~cnico se incluir~n la carga de diseno, los tencia al corte promedio y el criterio de capacidad de carga usados.
par~metros
de resis
En el resumen del di~eno estructural se presentar~n los resultados del an~lisis de las diver sas condiciones de carga consideradas, incluyendo las supuestas en la fabricaci6n, el manejo y el hincado del pilote. Asimismo, se presentar~ el diseno de juntas si las hubiese. 5.A.l.3
Disefio de la instalaci6n de 1a prueba
Se har~ un resumen del diseno de los sistemas de reacci6n, carga y medicion, incluyendo la ca libraci6n de los aparatos empleados. a)
S.£J.temaJ de. ILe.a.cc.£6» IJ apoyoJ. Se presentar~ un resumen similar al del inciso 5.A.l.2 aplicado al diseno geot~cnico y estructural del sistema de reacci6n y de los apoyos de los sistemas de carga y medici6n, de tal manera que se garantice su estabilidad durante el montaje y desarrollo de la prueba; se incluir& adem~s un an~lisis de la posible in fluencia de estas estructuras en el comportamiento del pilote durante la ejecuci6n de la prueba.
b)
S.£JtemaJ
de caILga y med.£c~6'1. Se incluir&n las gr&ficas de calibraci6n de cada uno de los aparatos, considerando los factores que puedan alterar considerablemente los resu! tados de prueba.
5.A.I.4
Caracter1sticas del pilote antes del hincado
Se har~ un registro de las caracter!sticas de los materiales de construcci6n y geometr1a del pilote, indic&ndose claramente los detalles que se aparten del diseno original (fig 5.A.ll. a)
de COH-6.tILucc.£611. Se determinar&n los !ndices de resistencia de 103 materia les de construcci6n usados en el diseno del pilote (inciso 5.A.l.2), hacienda un resu men que detalle el metodo usado para el control de las pruebas.
b)
Geome~IL~a.
Mate.lt.£aCe.-6
Se medir~ el per1metro del pilote a cada 2 metros, quitando antes cualquier residuo no estructural del colado, y en caso necesario, la curvatura en dos planas peE pendiculares entre S1i las medidas se har~n can una aproximacion de 0.5 em. En caso de existir juntas, se verificar~ que el &ngulo que formen con res pee to al eje longitudinal del pilote sea de 90°.
5.A.I.5
Registro de hincado
Incluir& una descripci6n del equipo, 1a lote. a)
Equ..£po.
Se
detallar~n
resis~encia
a 1a penetracion y posici6n final del
las caracter1sticas del equipo de hincado empleado:
p~
marea, tipo
y energ!a nominal del martillo, incluyendo el peso y altura de ca1da de la maza gal pea dora y el n6mero de golpes par minuto. Adem&s se deseribira el material usado para pr~
teger la cabeza del pilote (fig 5.A.2) b}
a ta. pe.ne.tILQ.c.£611. Durante el hincado se llevar~ un registro como el de la fig 5.A.3 can el n6mero de go1pes por 0.2 a l.Om de penetrac~6n, segun el t~po de sue 10i para ello se marcar~ en e1 pilote su longitud medida a partir de 1a punta y en tra mos correspondientes a 1a penetraci6n de control. As! se sabr& ademas la posici6n del pilote en cualquier momento del hincado, que permitira conocer la resistencia a la p~ ReJ.£&tel1c..£a.
2 0 5
netraci6n de cada estrato.
PILOTE N°
_ SUPERVISOR
SITIO
LOCALIZACION ESPECIFICACIONES
MATERIAL
o o o
f'c _________kg/cm 2 fy(armado) _____ kg/cm 2
CONCRETO PREFABRICADO
_______kg/cm' ACERO
_______kg/cm 2 MADERA
FORHA Y DIMENSIONES DE LA SECCION TRANSVERSAL CARACTERISTICAS DEL ARMADO TIPO Y CARACTERISTICAS DE LAS JUNTAS
LONGITUD DEL PILOTE _ _ _+
MO~ENTO
DEL HINCADO
RESISTENCIA REAL DEL
Fig 5.A.l
+
m
FECHA DE HINCADO
FECHA DE COLAOO
EDAD AL
+
+
~~TERIAL
DIAS f~
_________ kg/cm 2
_____________kg/cm'
Registro de las caracter1sticas del pilote antes del hincado
Se registrar~ cualquier interrupci6n del hincado anotando claramente el tiempo de dura cion y la causa; entre las mas frecuentes estan: cambia del material de protecei6n de la cabeza y uni6n de dos tramos del pilote. c)
Po o .i.e.-<.611 6.i.f":a! de-£. p.i.£.o.te.. Para conocer la posicion final del pilote se har~n nivela ciones del terreno antes del hincado, y de la cabeza del pilote despu~s de su colocaci6n, indicando claramente en el registro la referencia usada; asimismo, se medira Ia recuperaci6n el~stica del pilote y su penetraci6n en el estrato de apoyo.
5.A.l.6
Instalaci6n de la prueba
Se har~ un esquema que muestre la colocaci6n de los sistemas de reacci6n, de carga y de medi ci6n, especificando claramente cualquier diferencia en las caracter!sticas de los aparatos 0 en su colocaci6n can respecto al diseno original; se inc lui ran ademas fotograffas que mues tren la instalaci6n final de la prueba.
Durante la prueba se deberan registrar los datos de earga, asentamiento y tiempo que permitan controlar la ejecuci6n y hacer la presentaci6n grafiea final del desarrollo de la prueba. Pa ra ello se seguir~ el registro que se presenta en la fig S.A.4, en el que debe anotarse adem~s 206
cualquier even to que afecte la realizaci6n de la prueba; el control se lleva a cabo con las gr~ficas que se detallan en los incisos S.A.2.1 y S.A.2.2. GEOMETRIA DEL PILOTE,
DISTANCIA A PARTIR DE LA PUNTA (m)
PERIMETRO (cm)
DESVIACION DEL EJE DEL PILOTE (d)
(em)
DISTANCIA A PARTIR DE LA PUNTA (Cl'l)
PERIMETRO (cm)
DESVIACION DEL EJE DEL PILOTE
OBSERVACIONES
(d)
(em)
•
Fig 5.A.l
5.A.2.1
Registro de las caracteristicas del pilote antes del hincado (continuaci6n)
Criterio de carga controlada
Conforme se avance en la ejecuci6n de la prueba, se dibujar~ 1a gr~fica asentamiento v~ carga con los datos de las columnas 4 y 9 del registro, para conocer su desarrollo hasta ese momen to; para el control de cada incremento de carga aplicado se hara la gr~fica tiempo Vj asenta miento, a partir de las columnas 3 y 9. Cuando se trate de una prueba con carga c!clica, ace m~s de las graficas mencionadas, es necesario dibujar para cada intervalo de carga el asentamiento del pilote en el nivel m~ximo de carga Vj el ndmero de ciclos efectuados. 5.A.2.2
Criterio de desplazamientos controlados
Se dibujar~n las graficas mencionadas en el inciso anterior correspondientes a las pruebas sin carga clelica, a las que debera agregarse la grafica carga Vj tiempoi dieha grafica se elaborara con los datos de las columnas 4 y 3 0 4 Y 2 del registro, seg6n se trate del crite rio de control de asentamientos a de rapidez de penetraci6n constante, respectivamente. -
En la presentaci6n de los resultados de la prueba se incluira la informaci6n obtenida durante el hincado y las etapas de carga y descarga del pilote; estos datos se reportaran en forma grafica para facilitar su interpretaci6n. La informaci6n basica necesaria para interpretar la prueba comprende las siguientes graficas: Penetraci6n Vj nlimero de golpes Recuperaci6n elastica Carga Vj asentamiento Carga y asentamiento vj tiempo 2 07
Carga
V~
asenta~iento
de fluencia.
En el caso de pruebas con carga c!clica, de n6mero de cliclos VJ asentamiento.
deber~n
PILOTE N°
sustituirse las dos 61timas
gr~ficas
por la
_ SUPERVISOR
SITIO
_
LOCALIZACION
OFIJA
PILOTEADORA
l-tARCA Y
DCOLGANTE
TIPO
{
GRUA
MARTILLO: MARCA Y TIPO
ACCION:
o SENCILLA
ENERGIA NOlHNAL
o
NUM. GOLPES/MIN
D09LE
PESO DE LA MAZA
_ _ _ _ _ _ ton
ALTURA DE CAIDA
_____m
ton - m
ACCESORIOS: CABEZAL
_
PESO _
ton
MATERIAL DE PROTECCION
o SEGUIDOR:
MATERIAL
AREA
_
T~~~SVERSAL
- - - - - - - - - - - - em'
LONGITUD _ _ _ _ _ _m
Fig 5.A.2
PESO
ton
Caracter!sticas del equipo de hincado
La interpretaci6n incluir~ comentarios y recomendaciones ace rca de los resultados obtenidos en la prueba y del procedimiento constructivo empleado; los aspectos b~sicos a tratar depend~ r&n de la etapa en que se realice la prueba, ya sea de diseno 0 durante la construcci6n de la cimentaci6n. En la etapa de di~eno se abordar~n los siguientes puntos:
208
PILOTE N° SUPERVISOR SITIO LOCALIZACION POSICION FINAL: NIVEL DE LA CABEZA
,
NIVEL DE LA PUNTA
,
PLANO DE REFERENCIA:
,
(SUP. DEL TERRENO 0 SHlILAR)
tHVEL
,
LONGITUD DEL PILOTE: DURANTE EL HINCADO
m
DESPUES DE CORTAOO
m
LONGITUD EMBEBIDA EN EL SUELO
m
RESISTENCIA A LA PENETRACION
ALTURA DE CAIDA (m)
N° DE GOLPES
PENETRACION EN
m POR N° DE POR SERlE
Fig 5.A.3
SUMA
GOLPES
--
PROFUNDIDAD DE LA PUNTA BAJO EL PLANO DE RE FEaENCIA
OBSERVACIONES
Registro de la resistencia a la penetraci6n y posici6n final
Aceptaci6n 0 modificaci6n del proyecto pre)iminar de la cimentaci6n, definiendo la lon gitud de los pilotes de fricci6n 0 el nGmero y localizaci~n en planta de los pilotes punta, segGn el caso Definici6n del rechazo para determinar la profundicad de hincado de los pilotes de pu~ ta y recomendaciones para la ejecuci6n de pruebas de rehincado en caso necesario Evaluaci6n de los procedimientos constructivos ensayados y recomendaciones para su co rrecta aplicaci6n.
ae
Cuando se trate de pruebas realizadas durante la guientes aspectos:
con6t~ucci6n, deber~n
considerarse los si
Aceptaci6n 0 modificaci6n del proyecto original de la c1mentac16n, def1n1endo S1 es ne cesario modificar la profundidad de desplante, aumentar el nUffiero de pilotes, cambiar la 10calizaci6n de los elementos no hincados todav!a 0 redefinir el rechazo para pi12 Z09
tes de punta Observaciones y recomendaciones sobre el procedimiento constructivo.
NOTAS PARA LA COLUMNA DE OBSERVACIONES:
PERFORACION PREVIA A TRAVES DEL RELLENO 0 COSTRA SUPERFICIAL PENETRACION DEL PILOTE POR PESO PROPIO PENETRACION DEL PILOTE POR PESO PROPIO MAS EL PESO DEL MARTILLO CAMBIO DEL MATERIAL DE PROTECCION CUALQUIER OBSTACULO EN EL SUBSUELO UNION DE DOS THAMOS DE PILOTE
INCLINACION EVENTUAL DEL PILOTE 0 VERIFICACION DE LA INCLINACION PRE-ESTABLECIDA CUALQUIER
DA~O
DEL PILOTE
EXTRACCION Y REEMPLAZO EVENTUAL DEL PILOTE
COLOCACION DEL SEGUIDOR HORA EN QUE COMENZO Y FINALIZO EL HINCADO
HORA EN QUE SE PRESENTE CUALQUIER INTERRUPCION Y SU DURACION
HORA EN QUE SE MIDE LA RECUPERACION ELASTICA
Fig 5.A.3
Registro de la resistencia a la penetraci6n y posici6n final (continuaci6n)
2 I 0
1 PECHA y
HOM
2
4
3
TIEMPO TRANSClJRRIro A PAR TIR DEL INICro DE IA PRUEBA.
TIEMFO TRANS-
CI\ffiI\
ClJRRIro A PAR TIR DE LA ~ IOCACION DEL
APLICAOI\
IOCREl-IENI'O CARGA
5 I.EX:ruRA MAIDME:rro
6
7
B
9
10
11
I.EX:ruRA C"l1lA DE
LECl'lJRAS
P=IQ foUCR:t1E'I'roS
ASrnrA
MICOCME-
MImrO
I.EX:ruRA ESPEJO
MImrO
TI<)S
DE
,.
,
'" >OI'AS, LA LA LA LA
OOLLNNA 4 SE CAlCUlA A PARTIR DE lA 6 roN I.l\ CURVA DE CALIBRACION DE lA CEI.DA COLlMNA B SE DE:I'ER1INA OON EL P = I Q AR!'lNETlOO DE IDS MIC!U'1ETroS (OOLLNNA 7) (X)LlMNA 9 SE OBTIENE RESTANIX) LA ULTll1A ermA DE LA PRllIEAA EN LA OJID1NA 8 ())lU1NA. 11 SE OBTIENE RESTANIXl Il\ ULTIMA CIFRl\ DE lJI. PRnIERA EN LA COUNNA 10 . EN LAS OBSERVACIONES SE REGISTRARAN: - MJ\Tll.1IENIOS Y CAl1BIOS DE LOS SISTEMI\S DE
(MICR)
CI\ffiI\
REAa::ION Y DE
- I-tJVIMIENro IATEAAL DEL PII.mE - CM1BIO n-roRI'ANTE EN EL CLIHA ('I'EMPERA'IUM Y IlUHEIl1IDj
LAS REFERENCIAS
- t-UfBRE DEL OPERA!X)R
Fig
5.~.4
Registro de prueba
ASrnrA (ESPFJO)
12 OBSERVACIONES
Capitulo 8
G Inspeccidn y verificacidn 6.1
INTRODUCCION
La funci6n de 1a inspecci6n y verificaci6n es garantizar que 1a cimentaci6n profunda, ya sea a base de pi las 0 pi~otes, se construya conforme a las hip6tesis y especificaciones de diseno y dentro de tolerancias aceptables 0, en casa de llegar a presentarse una desviaci6n excesi va, su finalidad ser~ 1a de proporcionar 1a informaci6n necesaria para pader aplicar medidas correctivas. El buen comportamiento de una cimentaci6n profunda depende en gran medida de su instalaci6n. La selecci6n correcta del procedimiento y equipo de construcci6n, una buena mana de obra y un control estricto de todo el proceso de instalaci6n, son aspectos esenciales en 1a construe ci6n de una cimentaci6n profunda adecuada. De an! que tanto la inspecci6n como la verifiea ci6n sean de suma importancia. La inspecci6n 1a debe realizar de preferencia el proyectista, contando con personal de am plia experiencia en los trabajos de construcci6n de cimientos profundos, y que tenga una ~re paraci6n acad~mica suficiente para interpretar correctamente 10 que ve. Es necesaria una inspecci6n continua durante la construcci6n de todos los elementos de la cimentaci6n profunda, a fin de asegurarse de que las condiciones del subsuelo sean congruentes con el diseno y de que la construccion se lleve a cabo de conformidad con el proyecto y con una buena pr~ctica ingenieril. £1 contratista debe trabajar bajo supervisi6n continua, la cual debe: Reconocer procedimientos de construcci6n deficientes Interpretar correctamente los registros de hincado de pilotes, aun si ~stos se apoyan en roca Evaluar adecuadamente las condiciones reales del subsuelo, en el caso de pilas coladas en el lugar.
6.2
PILAS
La inspecci6n y verificaci6n de pilas incluye entre otros aspectos: La corroboraci6n de su 10calizaci6n La inspecci6n directa de la excavaci6n La protecci6n del agujero y de las construcciones vecinas La verificaci6n de la verticalidad del barreno y de las dimensiones del fuste y de la campana, si es que 1a hay La confirmaci6n de la profundidad de desplante adecuada y de 1a capacidad de carga del estrato de apoyo La verificaci6n de 1a calidad de los mat~ria1es usados para el concreto La verificaci6n de que los procedimientos de colocaci6n del concreto sean adecuados. Debera marcarse can una estaca la 10calizaci6n exacta de cada una de las pilas y verificar su Despu~s de terminada la ins posici6n inmediatamente antes de la construcci6n de cada unidad. talaci6n, la localizaci6n de cada elemento se debera camparar can la tolerancia permisible prevista. Adem~s
de la informaci6n general sabre secuencia estratigrafica, tipos de suelas y su resis tencia al corte, el estudia geot~cnica previa a la construcci6n de las pi las debera pader de finir los siguientes canceptos:
213
Presencia de estratos permeables de grava, arena 0 limo; localizaci6n y espesor de di chas capas; niveles piezom~tricos en tales estratos Nivel piezo~trico en la roca de apoyo s1 las pi las se desplantan sobre ella Gasto del agua que fluye de los estratos de apoyo hacia el barreno (aun en roca) Presencia de obstrucciones grandes arriba del nivel de desplante y procedimientos de re moc16n de las mismas Presencia de gas natural en el suelo 0 roc a An~lisis qu!mico del agua fre~tica Caudal de descarga de las bombas de achique, cuando se usen y determinaci6n del porcen taje de finos arrastrados por el agua. Para esto resultan Gtiles los tanques de sed imentaci6n con crestas vertedoras.
6.2.1
E~cdvac~6n
Entre los conceptos que conviene verificar
0
anotar durante la excavaci6n se tienen:
Informaci6n general: fecha, condiciones atmosf~ricas, identificaci6n individual, hora de inicio y terminaci6n de la excavaci6n, equipo utilizado, personal a cargo, etc. Localizaci6n de la pila; se debe determinar can aparatos la desviaci6n del centro de la excavaci6n terminada can respecto al centro de proyecto Conformidad del procedimiento de excavaci6n can las especificaciones 0 con la pr~ctica correcta ~ Verticalidad y dimensiones de la excavaci6n a intervalos regulares. La verticalidad de la excavaci6n se debe comparar can el valor de proyecto y con 1a desviac16n perrnis! ble especif1cada Bondad del rn~todo y equipo usados para atravesar estratos permeabIes, 51 los hay Bondad del metodo y equipo us ados para atravesar grandes obtrucciones, si las hub1era Selecc10nar adecuadamente la secuela de excavaci6n y colado, cuando se contemple ejecu tar varias pi1as re1at1vamente cercanas, a fin de garantizar el movirn1ento del equipoy 1a seguridad tanto de ~ste como de las construcciones vecinas Registro de los estratos de suelo atravesados durante la excavaci6n Profundidad de empotramiento en la roca sana, 51 la hay (elevaci6n del fondo) Elevaci6n y geometr1a de la campana, si la hay Calidad del estrato de apoyo (esto debe hacerse con inspecci6n visual cuando sea posi ble). Para altas capacidades de carga se recomienda 1a obtenci6n de n6cleos y el ensa ye ~n ~~tu del material hasta una profundidad de 1 a 2 di~metros bajo el nivel de desplante. El inspector debe decidir cu~ndo se ha alcanzado el material de apoyo y cu~I es la profundidad correcta de la pila Limpieza del fondo, de las paredes de la excavaci6n y del ademe permanente, s1 10 hay Gasto de filtraci6n hacia la excavaci6n Ca1idad del lodo benton1tico, s1 se usa P~rd1da de lodos, s1 las hay (hora, elevaci6n y cant1dadl Cuando la excavaci6n atrav1ese arc111as blandas bajo el nivel fre~tico, no debe extraer ·se 1a cuchara a velocidad tal que provoque succi6n y en consecuencia ca1dos. En este caso conviene subir la cuchara en etapas, permitiendo el restablecim1ento de la presi6n o dejando en el centro de 1a misma una tuber1a que permita el r~pido paso del lodo de perforaci6n hacia 1a parte inferior de la cuchara mientras ~sta sube despacio. Se debe evitar el usa indiscriminado de lodos y el nivel del lodo deber~ permanecer 10 m~s arri ba posible del nivel fre~tico. -
6.2.2
Colado de! conCketo
Oespu~s de haber inspeccionado y aprobado la excavaci6n, se puede proceder a colocar el acero de refuerzo y el concreto. Entre los conceptos que se deb en verificar 0 anotar se tienen:
Informaci6n general: fecha, condiciones atmosf~ricas, identificaci6n de 1a pila, hora de inicio y terminaci6n del colado Ca1idad del concreto (proporcionamiento, revenimiento, tiempo despu~s de mezclado); se deber§n tomar cilindros de cada 011a, de cad~ bacha sospechosa y cuando menos tres de cada pila Que el metodo de colocac1on y pos1cionamiento correcto del tubo 0 cana16n de descarga de concreto sean los correctos; llevar registro continuo del embebimiento del extremo del tubo tkem~e en el concreto. No usar tuberfa que tenga elementos que se atoren por dentro ni par fuera Observar la condici6n del fondo del agujero inmediatarnente antes de colocar el concreto Observar la condici6n de las paredes del agujero 0 del ademe de acero que estar§ en con tacto con el concreto fresco y anotar la posici6n del nivel del agua detr~s del ademe.El concreto deber~ colocarse inmediatamente despu~s oe esta inspecci6n Observar s1 el acero de refuerzo esta limpiD y colocado en su posici6n correcta y s1 el diametro y longitud de varillas es e1 adecuado. En varillas con di~metro mayor que el No. 10 los traslapes deber§n ser a base de soldadura 214
No usar patos para el manejo de las jaulas de acero de refuerzo. Observar que la pos~ ci6n de la jaula se ajuste a los pIanos y especificaciones Observar el m~todo de colocaci6n del concreto en la pila y asegurarse de que no hay se gregaci6n de materiales cuando se utili zan procedimientos tales como cafda libre desde una tolva, tuber fa tremie y botes con descarga de fondo. No usar concreto bomheado a menos que sea colocado con tubos tremie Cuando se deb a colar concreto bajo lodo bentonftico, debe hacerse una limpieza previa de ~ste (desaren~ndolo), 0 bien una sustituci6n asegurando as! que el lodo no suelte azolves Realizar pruebas en el concreto fresco tales como revenimiento, aire incluido y peso vo lum~trico hGmedo cuando se necesite Asegurarse de que el concreto se coloca en forma continua sin interrupciones ni retra sos largos y de que dentro del ademe se mantenga una altura de concreto suficiente 51 es que se va extraer. 5i no se usa ademe, verificar que el peso del concreto sea el su ficiente para equilibrar la presi6n hidrost~tica existente Calcular el volumen de concreto colocado y compararlo con el equivalente a la altura del barreno El inspector deber~ estar pendiente de que el concreto no se contamine con el suelo de bido a desprendimientos de las paredes 0 a extrusi6n Vibrar el tramo superior de 1.5 a 3 m de concreto cuando el concreto tenga un reveni miento Menor de 10 cm Determinar la n elevaci6n del descabece y la longitud exacta de cada elemento Verificar i~l ~itu las pilas terminadas extrayendo nGcleos con barril NX, inspeccionando el barreno con m~todos tales como c~mara para sondeos, 0 midiendo directamente con cali brador 0 registro ultras6nico, si se especifica Verificar la localizaci6n correcta de 1a pi1a terminada.
6.2.3
C~it~~io6
de
acepta~i6n
Localizaci6n. En el posicionamiento de la cabeza de la pila, la desviaci6n aceptada debe ser menor del 4\ del di~metro de 1a pila 0 de 8 cm en cualquier direcci6n, cualquiera que sea el valor mas bajo. £1 diseno de 1a cimentaci6n debera tamar en euenta esta excentricidad. Verticalidad. La tolerancia permisib1e esta comprendida entre 1 y 2\ de la longitud final de 1a p~la, pero sin exceder el 12.5\ del diametro de la pila a 38 em en el fondo, cualquiera que sea el valor mas bajo. Campanas. £1 area del fonda de la campana no sera Menor del 98% de 1a especificada. En nin gGn caso la inc1inaci6n del talud de las paredes de la campana sera Menor de 55° con la horl zontal y el arranque vertical de 1a campana deber3 tener cuando menos 15 cm de altura. E1 ta lud vertical de la campana debe ser preferentemente una Ifnea recta 0 en su defecto ser c6n cavo hacia abajo. En ning6n caso sera c6ncavo hacia arriba en m~s de 15 cm ~edidos en cuaI quier punto a 10 largo de una regla colocada entre sus extremos. Limpieza. 5e deber~ remover todo el material suelto y de azolve del fuste y de la campana En ning6n caso el volumen de tales materiales exceder~ el equiva antes de colar el concreto. lente al que fuera necesario para cubrir 5% del ~rea en un es~esor de 5 cm. Concreto. El tamano m~ximo de agregado deber~ ser menor de 1/5 del 3/4 partes de la abertura mfnima del acero de refuerzo.
di~metro
Ademes. Los ademes debe ran manejarse y protegerse evitando que se ovalen metro nominal.
rn~s
de 1a pila
0
de
de + 2\ del dia
Acero de refuerzo. La separaci6n mfnima entre vari1las no debe ser Menor de 1.5 veces el metro de 1a var~11a ni menor de 1.5 veces el tamano maximo del agregado.
di~
El inspector deber~ entregar un informe diario firmado a1 director de la obra, al proyectista estructural y al ingeniero de cimentaciones, en formas preparadas ex profeso. Estos informes deberan contener los siguientes datos: a)
Loca1izaci6n precisa y dimensiones de los barrenos excavados para las pilas.
b)
Elevaciones precisas del brocal y del fondo.
c)
Registro de mediciones de la vertica1idad.
d)
Metodo empleado para 1a excavaci6n del DOzo.
215
e)
Descripci6n de los materiales encontrados durante la excavaci6n.
f)
Descripci6n de las condiciones de aqua freatica encontradas.
g)
Descripci6n de las obstrucciones encontradas y si fue necesario removerlas.
h)
Descripci6n del aceme temporal a permanente colocado, incluyendo su finalidad, longitud y espesor de pared, as! como el empotramiento y el sella obtenido, si estaba proyectado.
i)
Descripci6n de cualquier movimiento del suelo 0 del agua, estabilidad de la campana y de las paredes, p~rdida de suelo, m~todos de control y necesidades de bombeo.
j)
Datos obtenidos de la medici6n directa del barreno y de la campana.
k)
Descripc16n de los
1)
Elevaci6n a la cual se encontr6 el material de apoyo. Descripci6n del material de apo yo, sondeos realizados, m~todo de muestreo, velocidad de avance en roca, espec!menes recuperados, pruebas realizadas y conclusiones alcanzadas con respecto a la calidad del material de apoyo.
m)
Descripci6n del grp,do de limpieza justamente antes de colar el concreto.
nJ
Registro de la profurididad del espejo de agua dentro del barreno y gasto de infiltra ci6n antes de colar el concreto.
0)
Registro de la inspecci6n del acero de refuerzo en cuanto a posici6n y calidad.
p)
M~todo
g)
Registro de las dificultades encontradas. Este debe contener la posible inclusi6n de suelo, posibles huecos, posible estrangulamiento y posible colapso del ademe.
r)
Condici6n del concreto entregado en obra incluyendo el control del revenimiento, peso volum~trico, aire incluido, ensayes de cilindros en compresi6n y otras pruebas.
5)
Registro de cualquier desviaci6n de las especificaciones y decisiones tomadas al res pecto.
m~todos
de limpieza y grado de limpieza alcanzado inicialmente.
de colocaci6n del concreto y de extracci6n del ademe, si 10 hay. Registro de la carga de altura del concreto durante la extracci6n del ademe. Registro de la elevaci6n del concreto al comenzar el vibrado.
6.2.5 a)
Formaci6n de huecos en e1 fuste debido a la extracci6n inadecuada del ademe.
b)
Desconchamiento del suelo dando lugar a contaminaci6n del concreto.
c)
Localizaci6n incorrecta, falta de verticalidad
d)
Colocaci6n inadecuada del concreto
e)
Estrangulamiento del fuste.
f)
Colapso del ademe.
g)
Exceso de agua en las juntas frias, dando lugar a concreto
h)
Migraci6n de agua y segregaci6n, que originan un concreto
i)
Concreto de baja calidad entregado en obra.
j)
Tamano inadecuado de la campana.
k)
Estrato de apoyo inadecuado.
1)
El concreto es demasiado viejo al colocarse.
6.3
t~em~e,
0
refuerzo inadecuado.
dando lugar a segregaci6n.
d~bil.
d~bil.
~
PILOTES
Antes de proceder al hincado, se deber& localizar con precisi6n cada pilote, marcando su p~ sici6n con una estaca. Despu~s de terminada la instalaci6n se deber& comparar su localiza 216
ciOn con la tolerancia permisible prevista en el proyecto. In4pe.cc-i6n de. la.4 Ope.Jt.c1c-ione.4 de h-incado de. p-ilote.4
6.3.1
La siguiente lista de verificaciOn se presenta como gu!a de trabajo para el personal de ins pecci6n. Equipo de hincado Entre los conceptos que se deben revisar se incluyen los siguientes: a)
Tipo de martillo que se especifique.
b)
En los martillos de carda libre: Masa del martillo Tipo de graa y del mecanismo de disparo (diente) Altura de carda Condiciones de deslizamiento de las gu!as (resbaladeras).
c)
En los marti 4}os de vapor: Tipo (de acci6n simple 0 doble), marca y nGrnero de serie Masa del martillo y del pistOn PosiciOn de las v~lvulas del disparador y carrera resultante Presi6n del vapor Energ!a nominal del hincado Golpes par minuto Condici6n general del martillo.
d)
En los martillos diesel: Tipo, marca y numero de serie Masa del martillo y del pist6n Carrera Energ!a nominal del hincado Golpes par minuto.
e)
Para el gorro de hincado Masa del gorro Dimensiones, en comparac16n can las del pilote, martillo y gu!as Tipo de colch6n Cond1ci6n del colch6n (~ste deber~ revisarse regularmente y sustituir de inmediato los colchones quemados 0 aplastados) Tipo de sufrideras usadas en el martillo Espesor de la sufridera del martillo Condici6n f!sica de 1a sufridera del martillo.
f)
Tipo y caracter1sticas de otros equipos tales como segu1dores, etc.
Pilotes Entre los conceptos que deben revisarse
est~n
a)
Que el tipo de pilote
b)
En los pilotes de concreto precolados:
los siguientes:
sea el especificado.
En la. pianta.: Que la geometr1a y otras caracter!sticas de los moldes se ajusten a las especificaci£ nes
Que las dimensiones, forma y calidad del acero de refuerzo sean las especificadas Que se tengan las condiciones propicias de curado. No es adecuado hacerlo en lugares expuestos al sol Que se sigan los procedimientos adecuados de manejo y almacenamiento Que la calidad del concreto (proporcionamiento, revenimiento, resistencia, etc.) sea la especificada Que las juntas preparadas cumplan can las solicitaciones de esfuerzos requeridas para los. pi lotes.
217
En el. 6i..ti..O: Que la edad de los p110tes recibidos en obra y la resistencia corresnondiente del con creto (basada en cilindros de prueba) sean las e s p e c i f i c a d a s · Que la geometr!a de los pilotes (cabeza perpendicular a un eje longitudinal, alineaci6n, longitud) se ajuste a 10 especificado Que se sigan procedim1entos adecuados de manejo y almacenarniento Que la condici6n de los pilotes (sin fisuras ni desprendimientos) sea satisfactoria, re chazando los que est~n danados Que las uniones se lleven a cabo con forme a las especificaciones. ~perac10nes
de hincado
Los conceptos que se deben verificar 0 anotar son los siguientes: Informaci6n general: fecha, condiciones atmosf~ricas, identificaci6n del pilote La 10calizaci6n precisa del pilote La verticalidad de los pilotes hincados a intervalos regulares durante su instalaci6n. Esto se puede hacer simplemente verif1cando la alineaci6n de las cabezas de hincado y de la parte visible del pilote por medio de un nivel de albanil colocado contra la cara del pilote y del cabetal La estabilidad y alineaci6n de las resbaladeras y gu1as El nUmero de golpes Desplazamientos del pilote bajo los golpes a distintas profundidades Posici6n y cali dad de las un10nes Localizaci6n, hora y duraci6n de cualquier interrupci6n durante el hincado Desplazamientos el~sticos y perrnanentes y golpes por centimetro ~ara los golpes finales Elevaci6n del terreno natural, de la punta del pilote y del descabece Cualquier comportarniento err~tico 0 no usual del pilote, anotando la hora y la eleva ci6n correspondiente de la punta Posible emersi6n de los pilotes adyacentes Cualquier otra informaci6n pertinente.
Tolerancias de fabricaci6n de pilotes: Longitud: ~ 10 rom por cada 3 m de longitud Secci6n transversal llena: 6 a 13 mm Desviaci6n con respecto a una linea recta:
no
m~s
de 3 rom por cada 3 m de longitud.
Localizaci6n del acero de refuerzo: Recubrimiento del armada principal: -3 a +6 rom Paso de la espiral: + 13 mm Tolerancia durante el hincado de pilotes: Es cornun especificar una tolerancia de 2% de la longitud final, en 10 referente a la verti calidad de los pilotes. En sue10s dif1ciles resulta m~s practica una t01erancia de 4%. 6.4
"Un
COROLARIO t~abajo
de ingenier!a serci tan bueno como 10 sea su supervisi6n"
"No hay buen contratista con mala supervision". REFERENCIAS
6.1
Canadian Foundation Engineering Manual. Part 3: Deep foundations, Canadian Geotechni cal Society, March 1978, Montreal, Quebec, Canada
6.2
ACI Committee 336, "Sugge6t.ed Ve6i..gn and Con6.tJt.Uc.ti..on PJt.oc.eduJt.e6 60Jt. P.i.elL Founda.ti..on-6 Title No. 69-42, ACI Journal, August 1972, USA
6.3
ACI Committee 543, IORe.c.omme.ndati..on-6 60Jt Ve.o.i.gn, MatlU6a.c.tuJte and In6tall.ati..on 06 COltc.Jte te Pi..le6 ft , Title No. 70-50, ACI Journal, August 1973, USA
2/8
ft ,
Impreso en la Editorial y Litografia'Regina de los Angeles, S.A. Avenida 13 No. 101-L 03660 Mexico, a.F. La edici6n const6 de 1,000 ejemplares impreso en bond de 36 kg. y torros en cartulina couche cubierta de 210 gr.
