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• Ondas
• Ingeniería civil
• Física aplicada e interdisciplinaria
• Ingeniería mecánica

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UNIVERSIDAD CATÓLICA BOLIVIANA “SAN PABLO”

GENERALIDADES

INDICE GENERAL Fundamentacion teorica ................................................................................................... 5

1.6.

2. MARCO TEORICO ................................................................................................................ 8 Informacion del estudio de suelos .................................................................................... 8

2.3. 2.2.9.

Parámetros fundamentales .......................................................................................... 12

2.4. Criterios de Diseño geotécnico según: ............................................................................... 19 

Norma ASSHTO LRFD..................................................................................................... 19

2.4.1. Estimaciones Semiempíricas de la Resistencia de los Pilotes Perforados en Suelos Cohesivos ..................................................................................................................................... 20 2.4.2.

Estimación de la Resistencia de los Pilotes Perforados en Suelos No Cohesivos ...... 22

2.4.4.

Resistencia por punta con ayuda del Expander Body......Error! Bookmark not defined.



Norma Euro código ............................................................................................................ 24

2.4.6.

Pilotes bajo carga axial ................................................................................................. 25

2.4.7. Resistencia última a compresión calculada a partir de los ensayos de carga en pilotes ...................................................................................................................................................... 27 2.4.8. Resistencia última a compresión obtenida a partir de los resultados de los ensayos de campo ........................................................................................................................................... 29 

Guia de cimentaciones en obras de carreteras ................................................................ 31

2.4.10.

Método basado en el N-SPT........................................................................................ 33

2.4.11.

Método basado en ensayos de penetración estática ................................................... 34

2.4.12.

Método basado en ensayos presiométricos ................................................................. 35

2.4.13.

Método basado en los parámetros resistentes del modelo de Mohr-Coulomb .......... 36



Manual de diseño y construcion de pilotes CFA de la FHWA ....................................... 38

2.4.15. Método recomendado para estimaciones de cizallamiento lateral y de cojinete de extremo utilizando resistencia al cizallamiento no drenado El FHWA 1999: Suelos Cohesivos ...................................................................................................................................................... 39 2.4.18. Método alternativo para estimaciones de cizalladura lateral y de soporte final utilizando valores de CPT ........................................................................................................... 43 2.4.19. Método recomendado para estimaciones de cizallamiento lateral utilizando la profundidad de la pila y estimaciones de demora utilizando valores SPT-N: Suelos No Cohesivos ..................................................................................................................................... 44 2.4.20.

Métodos alternativos para cizallamiento lateral con profundidad de pilotes ............ 45

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GENERALIDADES

2.4.21. Método alternativo para estimaciones de cizallamiento lateral y de rodamiento final utilizando valores de CPT ........................................................................................................... 47 

Metodo de capacidad de carga Decourt-Quaresma ........................................................ 48



Metodo de Nesmith ............................................................................................................ 50



Metodo de Vesic-teoria de la expasion de cavidades ....................................................... 52

3. MARCO PRACTICO ............................................................................................................ 56 3.1.

Estudio de suelos .............................................................................................................. 56

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GENERALIDADES

INDICE DE FIGURAS Figura 1:mapa de bolivia............................................................... Error! Bookmark not defined. Figura 2:mapa Santa cruz-Warnes ................................................ Error! Bookmark not defined. Figura 3:Mecanismo de transferencia de carga ............................. Error! Bookmark not defined. Figura 4:Resistencia por friccion .................................................. Error! Bookmark not defined. Figura 5:Cimentaciones profundas ............................................... Error! Bookmark not defined. Figura 6:Puntos de sondeo ............................................................................................................. 9 Figura 7:Localizacion del proyecto ................................................................................................ 9 Figura 8:Clasificacion del suelo a partir del ensayo CPTu (Robertson,1990) ............................. 11 Figura 9:Piezocono Vertek modelo HT 10 cm2 (CPTu).............................................................. 11 Figura 10:ESQUEMA DEL HUNDIMIENTO DE UN PILOTE AISLADO ............................. 32 Figura 11:Viaducto Warnes Prog. 11+0.10.................................................................................. 56 Figura 12:sondeos del CPTu ........................................................................................................ 57 Figura 13:Seccion longitudinal CPTU1-CPTU2.......................................................................... 57 Figura 14:Variacion de la resistencia por punta vs profundidad del ensayo ................................ 58 Figura 15:Variacion del N60 vs profundidad del ensayo .............................................................. 59 Figura 16:Propiedades geomecanicas ........................................... Error! Bookmark not defined. Figura 17:Resultados de parametros de resistencia....................... Error! Bookmark not defined. Figura 18:Resultados de propiedades geomecanicas ................................................................... 62 Figura 19:propiedades geomecanicas CPTu2 ............................... Error! Bookmark not defined. Figura 20:Resultados de parametros de resistencia CPTU2 ......... Error! Bookmark not defined. Figura 21:Resultados de propiedades geomecanicas CPTu2 ........ Error! Bookmark not defined.

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INDICE DE TABLAS Tabla 1:Fundamentacion teorica .................................................................................................... 5 Tabla 2:Cronograma ..................................................................... Error! Bookmark not defined. Tabla 3:Presupuesto del trabajo de grado ..................................... Error! Bookmark not defined. Tabla 4:Factores de resistencia para resistencia geotécnica de pilotes perforados ...................... 19 Tabla 5:Valores de α para determinar la resistencia lateral en suelo cohesivo (Reese y O'Neill) 21 Tabla 6:Factorde capacidad portante K, para pilotes cargados axialmente Error! Bookmark not defined. Tabla 7:Coeficientes de correlación ξ para obtener valores característicos a partir de pruebas de carga estáticas en pilotes (n - número de pilotes ensayados) ....................................................... 25 Tabla 8:Coeficientes de correlación ξ para obtener valores característicos a partir de resultados de ensayos del terreno (n - número de perfiles de ensayos) ......................................................... 25 Tabla 9:Coeficientes parciales de resistencia (γR) para pilotes de barrena continua (CFA) ....... 25 Tabla 10:Factor de reducción ....................................................................................................... 35 Tabla 11:Factor de resistencia para pilotes perforados ................................................................ 38 Tabla 12:Relación entre la resistencia al cizallamiento no drenada, el índice de rigidez y el factor de capacidad de carga para suelos cohesivos para el método FHWA 1999................................. 41 Tabla 13:Coeficiente tabulado en funcion del suelo .................................................................... 49 Tabla 14:Parametro α segun el tipo de suelo y pilote .................................................................. 50 Tabla 15:Parametro β segun el tipo de suelo y pilote .................................................................. 50 Tabla 16:Indice de rigidez............................................................................................................ 53 Tabla 17:Factores de capacidad de carga Nc y Nq ...................................................................... 54 Tabla 18:Factores de capacidad de carga Nc y Nq ...................................................................... 55 Tabla 19:Factores de capacidad de carga Nc y Nq ...................................................................... 55 Tabla 20:Resumen parametros geotecnicos promedio de sondeo CPTu1 .. Error! Bookmark not defined. Tabla 21:Resumen parametros geotecnicos promedio de sondeo CPTu2 .. Error! Bookmark not defined.

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1.6. Fundamentacion teorica Objetivos específicos, acciones y fundamentación teórica Tabla 1:Fundamentacion teorica

Objetivos Específicos

Acciones

Fundamentación Teórica

-Recopilar la información de campo con la estratificación del suelo

- Recopilar información de Caracterización de las propiedades mecánicas de

-Mecánica de suelos

los estratos de suelo - Analizar información del estudio de suelos. con recomendaciones en el marco normativo

mediante ensayo CPTu

-Laboratorio de mecánica de suelos

-Recopilar información de la profundidad del nivel freático -Analizar los resultados del estudio de suelo

-Calcular la capacidad portante de los pilotes mediante los criterios de

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-Mecánica de suelos

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-Analizar los criterios de

diseño geotecnico que tiene

diseño geotécnico de los

la Norma

pilotes CFA con Expander

AASHTO(LRFD)

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-Fundaciones

Body comparando los distintos marcos

- Calcular la capacidad

Normativos.

portante de los pilotes mediante los criterios de diseño geotecnico que tiene el Manual de geotecnia circular de la (FHWA)

- Calcular la capacidad portante de los pilotes mediante los criterios de diseño geotecnico que tiene la Norma Eurocodigo(EU)

- Calcular la capacidad portante de los pilotes mediante los criterios de diseño geotecnico que tiene la Guia de cimentaciones en obras de carreteras(GCOC)

-Analizar comparativamente los criterios de diseño

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GENERALIDADES

geotécnico de los documentos normativos

-Calcular los métodos de cabezales y pilotes por la Norma AASHTO(LRFD)

-Calcular los métodos de cabezales y pilotes por la Norma Euro código (EU) -Analizar los criterios de diseño estructural de cabezales y pilotes comparando las distintas recomendaciones de las normas.

-Calcular los métodos de cabezales y pilotes por la EHE (instrucción de hormigón estructural)

-Fundaciones

-Calcular los métodos de cabezales y pilotes por la Norma ACI

-Analizar comparativamente los criterios de diseño estructural según el marco normativo -Evaluar los resultados obtenidos mediante el análisis de las normas

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-Analizar los resultados

-Fundaciones

obtenidos por los diseños

-Normas AASHTO LRFD

geotécnicos y estructurales

-Normas del Eurocódigo

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GENERALIDADES

que recomiendan las normas

-Evaluar los resultados comparativamente con los resultados de pruebas de carga

2. MARCO TEORICO 2.3. 2.2.1.

Informacion del estudio de suelos Introducción

El presente informe técnico fue elaborado bajo la solicitud de la empresa INVERSIONES SUCRE S.A., con el fin de caracterizar el comportamiento geotécnico del terreno donde se van a construir el VIADUCTO WARNES 11+010 para la circulación vehicular. El mismo se encuentra ubicado en la Carretera Doble Vía Santa Cruz -Wames. Este estudio servirá como base para el cálculo estructural de las fundaciones de dicho proyecto. Se realizaron 2 ensayos de penetración con piezócono CPTu, ubicados en los lugares más representativos del emplazamiento. Se puede observar la disposición de los sondeos en la.

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MARCO TEORICO

Figura 1:Puntos de sondeo

Figura 2:Localizacion del proyecto

2.2.2.

Objetivos del trabajo

- Definir la estratificación del suelo en el sector de estudio. - Caracterización de las propiedades mecánicas de los estratos de suelo mediante ensayos CPTu. - Determinar la profundidad del nivel freático. - Calcular la Capacidad Admisible de un plano de apoyo de fundación superficial.

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MARCO TEORICO

- Realizar la recomendación de cimentación en función a las estructuras proyectadas. 2.2.3.

Trabajos realizados en el estudio de suelos

- (2) ensayos de penetración con cono con medición de presión de poros (CPTu). - Interpretación de los ensayos y estimación de las propiedades físico-mecánicas de los estratos de suelo detectados. 2.2.4.

Clasificación de suelos

La clasificación de suelos es una categorización de tierras basada en características distintivas y en criterios de uso. de manera tal de conocer lo siguiente: -Sus descripciones, de modo que se pueda identificar y tener una idea sobre sus futuros comportamientos en cualquier tipo de obra. - El conocimiento de su permeabilidad y su resistencia al esfuerzo cortante. De aquí surge el problema de agrupar los suelos en un reducido número de tipos y por otro lado, tenemos la ventaja de la clasificación por su notación corta, resulta muy útil para dar con una idea general y una información abstracta y fácil de identificar un suelo. -Caracterización del suelo La clasificación de los estratos de suelo fue realizada inicialmente de acuerdo al método propuesto por Robertson (1990), cuyo detalle se muestra en la Fig. 8. Este método indica el tipo de comportamiento de suelo resultante de las relaciones de resistencia de punta (qt) y la resistencia de fricción (fs) medidos a cada centímetro. A continuación, se presenta el nomograma que relaciona los parámetros antes mencionados.

Zona

Tipo de Comportamiento de Suelo (SBT)

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1

Grano fino, sensible

2

Suelo organico - arcilla

3

Arcilla - arcilla limosa a la arcilla

4

Mezcla de limos - limo arcilloso a arcilla limosa

5

Mezcla de arenas - arena limosa a limo arenoso

6

Arenas - arena limpia a arena limosa

7

Arena grava a arena densa

8

Arena muy rígido a arena arcillosa *

9

Grano fino muy rígido *

MARCO TEORICO

Figura 3:Clasificacion del suelo a partir del ensayo CPTu (Robertson,1990)

2.2.6.

Ensayos de penetración de cono y piezocono − CPT(U)

El ensayo de penetración de cono con medición de presión de poros, CPTu, consiste en hincar un cono en el terreno a una velocidad constante (20 ± 5 min/s). Mediante el empleo de transductores de presión se logra registrar a intervalos de 1 cm, la resistencia de cono (q ), la resistencia por fricción (f y la presión de poros del agua intersticial (U2). El ensayo CPTu ha sido ejecutado siguiendo la normativa ASTM D5778 - Método de Ensayo Estándar para la Ejecución de Ensayos de Penetración de Cono de Fricción Electrónico y Piezócono en Suelos. El cono utilizado para el ensayo es un piezócono fabricado por Vertek®, sus características principales se presentan a continuación.

Figura 4:Piezocono Vertek modelo HT 10 cm2 (CPTu)

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MARCO TEORICO

A partir de los registros del ensayo se determinó la resistencia de cono corregida (qt) y la relación de fricción (Fs ); datos necesarios para la caracterización geomecánica de los suelos Se pueden utilizar los valores de resistencia a la penetración estática (qc) y rozamiento lateral (fs) obtenidos en el piezocono y obtener los valores de carga de hundimiento por punta y fuste y así calcular la carga admisible a partir de la formulación que aparece en la “Guía de cimentaciones de obras en carretera” del Ministerio de Fomento. 2.2.8.

Resistencia al corte de los suelos

La propiedad de los suelos soportar cargas y conservar su estabilidad, depende de la resistencia al corte de los suelos. Cualquier masa de suelo se rompe cuando esta resistencia es superada. • La resistencia de un suelo es el mayor esfuerzo al que puede ser sometido. • La geometría de la mayoría de los problemas geotécnicos es de tal manera que prácticamente todo el suelo se encuentra en compresión. • Aún cuando el suelo pueda fallar debido a la aplicación de grandes esfuerzos de compresión, el suelo falla realmente al corte. • Muchos problemas geotécnicos requieren de una evaluación de la resistencia al corte del suelo, tales como: taludes, presas de tierra, fundaciones de estructuras, muros de contención, etc. 2.2.9. Parámetros fundamentales -Ángulo de Fricción El ángulo de fricción es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, el cual es un concepto básico de la física: Coeficiente de rozamiento = Tan φ El ángulo de fricción en suelos granulares secos coincide con el ángulo de reposo. Todos los suelos poseen fricción. Sin embargo, a los suelos arcillosos con fricción muy baja o despreciable, se les denomina suelos cohesivos:

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φ = 0. El ángulo de fricción (φ) depende de una gran cantidad de factores; algunos de los más importantes son: • Tipo de mineral constitutivo de las partículas. • Tamaño de los granos o partículas. A mayor tamaño de partículas, mayor es φ. • Forma de los granos o partículas. φ es mayor para partículas angulosas. • Distribución de los tamaños de granos o partículas. En los suelos bien gradados, φ es mayor que en los suelos uniformes. • Fábrica o microestructura (organización de las partículas). • Densidad. • Permeabilidad (Facilidad de drenaje). • Presión normal o de confinamiento. • Presión de preconsolidación. El ángulo de fricción es el resultado de la combinación de todos los factores. Por ejemplo, el ángulo de fricción es mayor al aumentar la densidad, pero si las presiones normales son muy altas, el ángulo de fricción tiende a disminuir. En arcillas, el ángulo de fricción depende de las condiciones de pre consolidación. -Método de estimación para el ángulo de fricción Con base a la estratigrafía del suelo, se han determinado los valores de resistencia a esfuerzos de corte. Para los suelos cuyo comportamiento a corto plazo está relacionado al estado drenado, se ha estimado el valor del ángulo de fricción según el siguiente método: - Kulhawy y Mayne (1990) Kulhawy y Mayne (1990) proponen una fórmula para estimar el ángulo de fricción pico (0'pico) en arenas cuarcíticas limpias, redondeadas, no cementadas empleando datos de campo de alta calidad:

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MARCO TEORICO

∅′𝑝𝑖𝑐𝑜 = 17.6 + (11 ∗ log(𝑄𝑡𝑛 )) El parámetro Qtn es la resistencia total corregida del cono normalizada, que viene dada por la relación:

𝑄𝑡𝑛 =

(𝑞𝑡 − 𝜎𝑣 ) 𝑝𝑎 𝑛 ( ′ ) 𝑝𝑎 𝜎 𝑣𝑜

donde, (𝑞𝑡 − 𝜎𝑣 ) = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎 𝑝𝑎 ( ′ )𝑛 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜𝑠 𝜎 𝑣𝑜 𝑛 = 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛 𝑆𝐵𝑇 𝑝𝑎 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑎𝑠 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑞𝑡 𝑦 𝜎𝑣 2.2.10.

Cohesión

La cohesión es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas de suelo. La cohesión en la mecánica de suelos, es utilizada para representar la resistencia al cortante producida por la cementación entre las partículas, mientras que en la física, este término se utiliza para representar la resistencia a la tensión. En los suelos eminentemente granulares en los cuales no existe ningún tipo de cementante o material que pueda producir adherencia, la cohesión se supone igual a cero y a estos suelos se les denomina suelos friccionantes o “no cohesivos” (C = 0). En los suelos no saturados, la tensión debida a la succión del agua en los poros, produce un fenómeno de adherencia entre partículas por presión negativa o fuerzas capilares. Esta cohesión “aparente” desaparece con la saturación Comportamiento drenado y no drenado • Si el agua puede entrar o salir del suelo, las partículas se reacomodan generando un cambio de volumen y por lo tanto de densidad. No se genera cambio en la presión de poros.

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MARCO TEORICO

• Si el cambio de volumen no es posible, la presión de poros cambia, generando un cambio en el esfuerzo efectivo. • En el laboratorio se puede llevar el suelo a la falla en condiciones totalmente drenadas o no-drenadas. • En terreno, debido a su gran permeabilidad, suelos granulares por lo general fallan en condiciones drenadas, excepto arenas muy sueltas que pueden licuarse. Suelos cohesivos por lo general tienden a fallar en condiciones no drenadas. 2.2.11.

Resistencia no-drenada

La resistencia no-drenada es la resistencia del suelo cuando se carga hasta la falla en condiciones no-drenadas o sea cuando las cargas que producen la falla, se aplican sobre la masa de suelo a una velocidad superior a la del drenaje del suelo. El caso más común de resistencia no-drenada, se presenta en los depósitos naturales de arcilla saturada cuando éstos son cargados o descargados en forma relativamente rápida, comparada con la rata en la cual puede ocurrir drenaje y/o consolidación. Cuando se presenta esta condición se asume que hay un fenómeno de resistencia no-drenada; el contenido de agua y el volumen de la arcilla permanecen constantes durante la carga nodrenada y se generan presiones de poros en exceso. El comportamiento no-drenado de arcillas saturadas se analiza en términos de esfuerzos totales y la evaluación de las presiones de poros es innecesaria. Bajo esta situación se asume un método de análisis φ = 0 y la resistencia no-drenada Cu es igual al valor de cohesión en la envolvente de Mohr-Coulomb para esfuerzos totales. -Metodo resistencia no denada El ensayo del cono mide la resistencia a la penetración del terreno, y estos resultados pueden ser utilizados para estimar la resistencia al corte del suelo. En arcillas, la resistencia medida en condiciones no drenadas (Su) se determina de manera indirecta por medio de la ecuación: 𝑆𝑢 =

(𝑞𝑡 − 𝜎𝑣𝑜 ) 𝑁𝑘𝑡

Donde:

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𝑞𝑡= resistencia neta corregida del cono normalizada 𝜎𝑣𝑜 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛 − 𝑠𝑖𝑡𝑢 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑒𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑁𝑘𝑡 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 Para los depósitos donde se tiene poco conocimiento, se puede estimar Su utilizando la resistencia del cono corregida qt y valores preliminares de Nkt en el rango de 14 a 16. Para tener una estimación conservadora se ha adoptado el valor superior. 2.2.12.

Resistencia drenada

La resistencia drenada es la resistencia del suelo cuando se carga en forma lenta y no se producen presiones de poros en exceso, debidas a la aplicación de la carga. Igualmente, la resistencia drenada se presenta cuando la carga ha estado aplicada por un período suficiente de tiempo de tal forma, que el suelo ya ha sido drenado. Una condición nodrenada, con el tiempo puede convertirse en una condición drenada, en la medida en que el agua drene. 2.2.13.

Correlación de SPT/CPT

Al igual que otros ensayos, los resultados obtenidos de los piezoconos, fundamentalmente la resistencia por punta del cono qc, pueden correlacionarse con otros parámetros geotécnicos como el ensayo SPT, resistencia al corte no drenado cu, densidad relativa D%, ángulo de rozamiento interno o módulo de elasticidad E. -Correlacion con valor SPT N60 Los ensayos de CPT y SPT son los procedimientos de investigación de campo más utilizados en el mundo, y ambos proporcionan una medida de la resistencia a la penetración. En este sentido, es deseable correlacionar medidas de Nspt e qc de manera de posibilitar la trasposición de experiencias entre los dos ensayos. Jefferies y Davies (1993) sugieren el empleo del índice tipo de comportamiento de suelo, Ic, para establecer una correlación entre CPT y el SPT. El índice tipo de comportamiento

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de suelo, Ic, puede vincularse con la relación CPT-SPT para obtener una expresión simple, que se muestra a continuación: 𝑞 (𝑝 𝑡 ) 𝑎

𝑁60

= 8.5(1 −

𝐼𝑐 ) 4.6

Donde: 𝑞𝑡 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑎𝑠 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑞𝑡 𝑁60 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝐼𝑐 = 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 Jefferies and Davies (1993) sugieren que este enfoque brinda mejores estimaciones del valor N60 que el actual ensayo SPT, debido a la pobre repetitividad del SPT. En suelos finos con alta sensibilidad, la relación de arriba puede sobrestimar el N60 equivalente. 2.2.14.

Modulo de corte

Es la relación entre el esfuerzo y la deformación a cortante a amplitudes bajas como las de un sismo. Para el cálculo del módulo de corte del suelo se empleó la ecuación propuesta por Robertson (2009): Donde qt, es la resistencia de punta de cono corregida, ov es el esfuerzo total del suelo a la profundidad dada e Ic es el índice del tipo de comportamiento de suelos. -Ecuacion modulo de corte: Para el cálculo del módulo de corte del suelo se empleó la ecuación propuesta por Robertson (2009) 𝐺0 = (𝑞𝑡 − 𝜎𝑣 ) ∗ 0.0188 ∗ 100.55∗𝐼𝑐+1.68 Donde qt, es la resistencia de punta de cono corregida, ov es el esfuerzo total del suelo a la profundidad dada e Ic es el índice del tipo de comportamiento de suelos. 2.2.15.

Velocidad de corte

El camino ascendente de las ondas elásticas en los suelos está gobernado en forma importante por la velocidad de propagación de la onda de corte (VS), y de ahí la

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conveniencia de conocer los perfiles de variación de la velocidad de onda de corte contra profundidad en depósitos de suelos -Ecuacion Velocidad de corte: La velocidad de onda de corte puede ser correlacionada con la resistencia del cono en función del tipo de suelo empleando la correlación anterior para el cálculo del módulo de corte. En esta correlación, p representa la densidad del suelo. 𝐺

𝑉𝑠 = ( 0 )0.5 (m/s) 𝜌

2.2.16.

Permeabilidad

Permeabilidad es la capacidad de un material para permitir que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se dice que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. -Ecuacion de permeabilidad: La siguiente relación puede ser usada para dar una idea aproximada de la permeabilidad del suelo (k) y mostrar las probables variaciones de la permeabilidad del suelo con la profundidad en un sondeo CPT. Debido a que los parámetros normalizados del CPT (Qtn para punta y Fr para fricción) responden al comportamiento mecánico del suelo y dependen de muchas variables del suelo, la siguiente relación es únicamente aproximada y debe ser usada solamente como una guía.

2.2.17.

𝐶𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 1.0 < 𝐼𝑐 ≤ 3.27

𝐾 = 100.952−3.04𝐼𝑐

𝐶𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 3.27 < 𝐼𝑐 ≤ 4.0

𝐾 = 10−4.52−1.37𝐼𝑐

Perfil estratigráfico

Es el que se realiza a partir de datos de perforaciones, de datos de prospección geofísica, o bien de cortes naturales o artificiales del terreno que muestran las rocas que conforman la columna estratigráfica, mediante los cuales se puede reconstruir la estratigrafía del

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subsuelo, acorde con la profundidad que demanda el proyecto. Se ejecutaron 2 sondeos CPTu, la profundidad de los mismos alcanzó a los 27.64, 15.00 y 21.14 metros. 2.4. Criterios de Diseño geotécnico según:

 Norma ASSHTO LRFD El método de diseño empleado para obtener la resistencia por fuste del pilote es el método propuesto por Reese y O’Neill presentados en las especificaciones de diseños para puentes por el método AASHTO LRFD 2012. 4.2 Procedimiento de cálculo La resistencia Total de pilotes perforados RR, debe ser tomada como: 𝑅𝑅 = 𝜑𝑅𝑛 = 𝜑𝑞𝑝 𝑅𝑝 + 𝜑𝑞𝑠 𝑅𝑠 en la cual: 𝑅𝑃 = 𝑞𝑝 𝐴𝑝 𝑅𝑠 = 𝑞𝑠 𝐴𝑠 Donde: Rp = Resistencia nominal de punta del pilote (kips) Rs = Resistencia nominal lateral del pilote (kips) Φqp = Factor de resistencia para resistencia de punta especificada en la Tabla 4. Φqs = Factor de resistencia para resistencia de de fuste especificada en la Tabla 4. qp = Resistencia unitaria de punta (ksf) qs = Resistencia unitaria lateral (ksf) Ap = Area de la punta del pilote (ft²) As = Area de la superficie lateral del pilote (ft²) Tabla 2:Factores de resistencia para resistencia geotécnica de pilotes perforados Método / Suelo / Condición

Factor de resistencia

La resistencia a

la resistencia lateral de la

α- método (O'Neill y Reese,

la compresión

arcilla

1999)

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0.45

19

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MARCO TEORICO

axial nominal de

resistencia a la punta de la

El estrés total (O'Neill y

pilotes pozos

arcilla

Reese, 1999)

0.40

perforados, φ

la resistencia lateral en la

β- método (O'Neill y Reese,

stat

arena

1999)

resistencia a la punta en la

O'Neill y Reese (1999)

0.50

la resistencia lateral en IGMs

O'Neill y Reese (1999)

0.60

resistencia a la punta en IGMs

O'Neill y Reese (1999)

0.55

la resistencia lateral en la roca

Horvath y Kenney (1979)

0.55

0.55

arena

O'Neill y Reese (1999) la resistencia lateral en la roca

Carter y Kulhawy (1988)

0.50

2.4.1. Estimaciones Semiempíricas de la Resistencia de los Pilotes Perforados en Suelos Cohesivos Se pueden utilizar métodos semiempíricos para estimar la resistencia de los pilotes perforados en suelos cohesivos. Los pilotes perforados en suelos cohesivos se deberían diseñar mediante métodos basados en tensiones totales y efectivas para condiciones de carga no drenada y drenada, respectivamente. Los pilotes perforados en suelos no cohesivos se deberían diseñar mediante métodos basados en tensiones efectivas para condiciones de carga drenada o mediante métodos empíricos en base a resultados de ensayos realizados in situ. Los factores de resistencia para la resistencia lateral y de punta se deberán tomar como se especifica en la

Determinación de la Resistencia Friccional Utilizando el Método α: La resistencia friccional unitaria nominal, en MPa, de los pilotes perforados en suelo cohesivo cargados bajo condiciones de carga no drenadas se puede tomar como:

𝑞𝑠 = 𝛼𝑆𝑢

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𝛼 = 0.55 𝑝𝑎𝑟𝑎

𝑆𝑢 ≤ 1.5 𝑃𝑎

𝛼 = 0.55 − 0.1(

𝑆𝑢 − 1.5) 𝑃𝑎

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𝑝𝑎𝑟𝑎 1.5 ≤

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𝑆𝑢 ≤ 2.5 𝑃𝑎

donde: Su = resistencia al corte medio en condición no drenada (MPa) α = factor de adherencia (adimensional) Se deberá considerar que la siguiente porción de los pilotes perforados, no contribuye al desarrollo de resistencia por fricción superficial: • Como mínimo los 1500 mm superiores de cualquier pilote perforado; • En el caso de los pilotes rectos, una longitud inferior del pilote que se toma igual al diámetro del fuste; • La periferia de los extremos acampanados, si corresponde; y • Una distancia por encima del extremo acampanado que se toma igual al diámetro del fuste. Tabla 3:Valores de α para determinar la resistencia lateral en suelo cohesivo (Reese y O'Neill)

-Resistencia de Punta Para los pilotes perforados cargados axialmente en suelo cohesivo, la resistencia de punta unitaria nominal, en MPa, se puede tomar como: 𝑞𝑝 = 𝑁𝑐 𝑆𝑢 ≤ 80.0

para lo cual: 𝑍 𝑁𝑐 = 6 [1 + 0.2 ( )] ≤ 9 𝐷

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donde: D = diámetro del pilote perforado (mm) Z = penetración del pilote perforado (mm) Su = resistencia al corte no drenado (MPa) El valor de Su se deberá determinar a partir de los resultados de ensayos in situ y/o en laboratorio de muestras no alteradas obtenidas en una profundidad de 2,0 diámetros por debajo de la punta del pilote. Si el suelo a 2,0 diámetros debajo de la punta tiene Su < 0,024 MPa, el valor de Nc se deberá reducir en un tercio. Para los pilotes perforados en arcillas con Su > 0,096 MPa y D > 1900 mm y para los cuales no se evaluarán los asentamientos, el valor de qp se deberá reducir a qpr de la siguiente manera: 2.4.2. Estimación de la Resistencia de los Pilotes Perforados en Suelos No Cohesivos -Requisitos Generales: La capacidad de carga nominal de los pilotes perforados en suelos no cohesivos se deberá estimar utilizando métodos aplicables identificados en el presente documento o bien otros métodos aceptados regionalmente que satisfagan. La capacidad de carga mayorada se debería determinar considerando cualquier experiencia previa disponible bajo condiciones sean similares. -Resistencia Friccional: La resistencia nominal de los pilotes perforados en arena se puede determinar utilizando cualquiera de los cinco métodos especificados. Solamente se podrán utilizar valores más elevados si estos valores son verificados mediante ensayos de carga. La resistencia lateral de los pilotes perforados en arena se puede estimar utilizando: 𝑞𝑠 = 𝛽𝜎′𝑣 ≤ 4.0

𝑝𝑎𝑟𝑎 0.25 ≤ 𝛽 ≤ 1.2

En el cual para suelos arenosos:

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Para N60 ≥ 15 𝛽 = 1.5 − 0.135√𝑧 Para N60 < 15 𝛽=

𝑁60 (1.5 − 0.135√𝑧) 15

σ’v = Tensión vertical efectiva a media profundidad de la capa de suelo (ksf) β = Coeficiente de transferencia de carga (adimensional) z = profundidad debajo del suelo, en la capa del suelo a media profundidad (ft) N60 = recuento promedio de golpes SPT (corregido solo por la eficiencia del martillo) en la zona de diseño considerada (golpes / ft) -Resistencia de Punta: La resistencia de punta nominal se puede calcular utilizando los procedimientos especificados. Para: N60 ≤ 50, qp = 1.2 N60 Donde: N60 = recuento promedio de golpes SPT (corregido solo por la eficiencia del martillo) en la zona de diseño considerada (golpes / ft) El valor de qp en la ec. Para N60 ≤ 50, qp = 1.2 N60 12 debe limitarse a 60 ksf, a menos que se puedan justificar valores mayores mediante la carga de datos de prueba. Los suelos sin cohesión con conteos de golpes SPT-N60 superiores a 50 se tratarán como geomateriales intermedios (IGM) y la resistencia de la punta, en ksf, se tomará como:

𝑞𝑝 = 0.59 [𝑁60 (

𝑃𝑎 0.8 )] 𝜎′𝑣 𝜎 ′𝑣

Donde: Pa = Presión atmosférica (ksf)

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σ’v = Tensión vertical efectiva a media profundidad de la capa de suelo (ksf) N60 debe limitarse a 100 en la ec. 𝑞𝑝 = 0.59 [𝑁60 (

𝑃𝑎 0.8 )] 𝜎′𝑣 𝜎 ′𝑣

si se miden valores más altos. en la cual se aplica la siguiente simbología: Ncorr = número de golpes del SPT corregido para considerar la presión debida a la sobrecarga de suelo, σ'v (golpes/ 300 mm) N = número de golpes del SPT no corregido (golpes/ 300) D = diámetro del pilote perforado (mm) Dp = diámetro de la punta del pilote perforado (mm) Db = profundidad embebida del pilote perforado en el estrato de arena portante (mm) σ'v = tensión vertical efectiva (MPa)

 Norma Euro código Coeficiente de correlación para las cimentaciones por pilotes (1) Para las comprobaciones de estados límite últimos estructurales (STR) y geotécnicos (GEO), se deben aplicar los coeficientes de correlación ξ siguientes, para obtener el valor característico de la resistencia de los pilotes bajo carga axil. − ξ1

se aplica al valor medio de las resistencias medidas en pruebas de carga estáticas;

− ξ2

se aplica al valor mínimo de las resistencias medidas en pruebas de carga estáticas;

− ξ3

se aplica al valor medio de las resistencias calculadas a partir de los resultados de ensayos del terreno;

− ξ4

se aplica al valor mínimo de las resistencias calculadas a partir de los resultados de ensayos del terreno;

− ξ5

se aplica al valor medio de las resistencias en pruebas de carga dinámicas;

− ξ6

se aplica al valor mínimo de las resistencias en pruebas de carga dinámicas.

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Tabla 4:Coeficientes de correlación ξ para obtener valores característicos a partir de pruebas de carga estáticas en pilotes (n - número de pilotes ensayados)

ξ para n =

1

2

3

4

≥5

ξ1

1,40

1,30

1,20

1,10

1,00

ξ2

1,40

1,20

1,05

1,00

1,00

Tabla 5:Coeficientes de correlación ξ para obtener valores característicos a partir de resultados de ensayos del terreno (n - número de perfiles de ensayos)

ξ para n =

1

2

3

4

5

7

10

ξ3

1,40

1,35

1,33

1,31

1,29

1,27

1,25

ξ4

1,40

1,27

1,23

1,20

1,15

1,12

1,08

Tabla 6:Coeficientes parciales de resistencia (γR) para pilotes de barrena continua (CFA) Conjunto Resistencia

Símbolo

R1

R2

R3

R4

Punta

γb

1,1

1,1

1,0

1,45

Fuste (compresión)

γs

1,0

1,1

1,0

1,3

Total/combinada (compresión)

γt

1,1

1,1

1,0

1,4

Fuste en tracción

γs;t

1,25

1,15

1,1

1,6

2.4.6.

Pilotes bajo carga axial

Capacidad portante Generalidades

(l)P Para demostrar que la cimentación soportará las cargas de proyecto con un margen de seguridad adecuado frente a la rotura por fallo de capacidad portante, se debe cumplir la siguiente relación para todos los casos de carga de estado límite último y todas las combinaciones de carga:

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Fc;d ≤ Rc;d (2) En principio Fc;d debería incluir el peso del pilote y Rc;d debería incluir el peso de las tierras por encima de la cimentación. Sin embargo, estas dos componentes se pueden omitirse si se anulan entre sí aproximadamente. No necesitan cancelarse si: – el rozamiento negativo es significativo; – el suelo es muy ligero; – el pilote se prolonga por encima de la superficie del terreno. (3)P Para los grupos de pilotes, se deben considerar dos mecanismos de fallo: – fallo por rotura a compresión de los pilotes individuales; – fallo por rotura a compresión de los pilotes y del suelo contenido entre ellos, actuando como un bloque. La capacidad portante de cálculo se debe tomar como el menor valor de producido en estos dos mecanismos. (4) La resistencia a compresión de un grupo de pilotes actuando como un bloque se puede calcular tratando el bloque como un pilote simple de gran diámetro. (5)P Se debe considerar la rigidez y la resistencia de la estructura que conecta los pilotes en el grupo al determinar el valor de cálculo de la resistencia de cálculo de la cimentación. (6) Si los pilotes soportan una estructura rígida, se debería aprovechar la capacidad de la estructura para distribuir las cargas entre los pilotes. Se producirá un estado límite solamente si hay un número significativo de pilotes que fallan de forma conjunta; por lo tanto, no se necesita considerar los modos de rotura que impliquen a un solo pilote. (7) Si los pilotes soportan una estructura flexible, se debería suponer que la resistencia a compresión del pilote más débil condiciona la aparición del estado límite.

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(8) Se debería prestar especial atención al posible fallo de los pilares situados en el borde del grupo, debido a cargas inclinadas o excéntricas provenientes de la estructura soportada. (9) Si la capa en la que apoyan los pilares se encuentra sobre una capa de suelo blando, se debe considerar el efecto de esta capa blanda sobre la resistencia a compresión de la cimentación. (10) La resistencia de una zona del terreno por encima y por debajo de la punta del pilote debe tenerse en cuenta cuando se calcule la resistencia por punta del pilote. (11) La rotura por punzonamiento se debería considerar si existe bajo el pilote terreno blando a una profundidad de 4 veces el diámetro del pilote. (12) Si el diámetro de la punta del pilote supera el diámetro del fuste, se debe considerar el posible efecto desfavorable de esta geometría. (13) Para pilotes con tubos hincados de punta abierta o cajones con aberturas de más de 500 mm en cualquier dirección, y sin dispositivos especiales dentro del pilote para producir el taponamiento, la resistencia por punta del pilote se debería limitar al menor valor entre los siguientes: – la resistencia a cortante entre el tapón de suelo y la cara interior del pilote; – la resistencia por punta obtenida utilizando el área de la sección transversal bruta de la punta. 2.4.7. Resistencia última a compresión calculada a partir de los ensayos de carga en pilotes (1)P La manera en que se realicen los ensayos de carga debe estar de acuerdo con el marco normativo, y se debe especificar en el Informe geotécnico del proyecto. (2)P Los pilotes de prueba a ensayar anteriormente, se deben instalar de la misma manera que los pilotes que formarán la cimentación, y se deben cimentar sobre el mismo estrato.

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(3) Si el diámetro de los pilotes de prueba es distinto del de los pilotes de la cimentación (de servicio), se deberían considerar las posibles diferencias de comportamiento entre pilotes de diferentes diámetros al evaluar la capacidad portante que se va a adoptar. (4) En el caso de pilotes de diámetro muy grande, generalmente no es práctico realizar de ensayos de carga en pilotes de prueba a escala real. Se pueden considerar los ensayos de carga en pilotes más pequeños, siempre que: – la relación entre el diámetro del pilote de prueba y el del pilote de la cimentación no es menor de 0,5; – el menor diámetro del pilote de prueba se fabrica e instala del mismo modo que los pilotes de la cimentación; – el pilote de prueba se instrumenta de modo que la resistencia por punta y la resistencia por fuste se pueden obtener de modo independiente a partir de las mediciones. Este enfoque se debería utilizar con precaución para pilotes tubulares de extremo abierto hincados, debido a la influencia del diámetro en la movilización de la resistencia a compresión del suelo en el interior del pilote. (5) Cuando se obtenga el valor característico de la capacidad portante última Rc;k a partir de los valores de Rc;m medidos en uno o varios ensayos de carga de pilotes, se debe tener en cuenta la variabilidad del terreno y el efecto variable de la instalación de los pilotes. (6) Para estructuras que no cuenten con capacidad para transferir cargas desde pilotes "débiles" a pilotes "resistentes" se debe satisfacer, como un mínimo, la siguiente ecuación:

𝑹𝒄;𝒌 = 𝑴𝒊𝒏 {

(𝑹𝒄;𝒎 )𝒎𝒆𝒂𝒏 (𝑹𝒄;𝒎 )𝒎𝒊𝒏 ; } 𝝃𝟏 𝝃𝟐

donde ξ1 y ξ2 son los coeficientes de correlación vinculados al número de pilotes ensayados y se aplican, respectivamente, al valor medio (Rc;m)mean y al valor mínimo (Rc;m )min de Rc;m.

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(9) Para estructuras con rigidez y resistencia suficientes para transferir cargas de pilotes "débiles" a pilotes "resistentes", los valores de ξ1 y ξ2 se pueden dividir por 1,1, siempre queξ1 nunca sea menor que 1,0. (10)P Se deben distinguir las componentes sistemáticas y aleatorias de las variaciones del terreno en la interpretación de los ensayos de carga de los pilotes. (11)P Se deben comprobar los registros de instalación de los pilotes de ensayo y tener en cuenta cualquier desviación respecto a las condiciones normales de ejecución. (12) El valor característico de la resistencia a compresión del terreno, Rc;k, se puede obtener a partir a partir de los valores característicos de la resistencia por punta, Rb;k, y de la resistencia por fuste, Rs;k, tal que: Rc;k = Rb;k + Rs;k (13) Estas componentes pueden obtenerse directamente de los resultados de ensayos de carga estáticos, o bien estimarse en base a resultados de ensayos del terreno o ensayos de carga dinámicos. (14)P La resistencia de cálculo, Rc;d, debe obtenerse de una de las dos relaciones siguientes: Rc;d = Rc;k/ γt O Rc;d = Rb;k/γb + Rs;k/ γs 2.4.8. Resistencia última a compresión obtenida a partir de los resultados de los ensayos de campo (l)P Los métodos para evaluar la capacidad portante de una cimentación por pilotes a partir de resultados ensayos de campo se deben establecer en base a los ensayos de carga en pilotes y de experiencias comparables, como se define en (2) La resistencia a compresión cálculo de un pilote, Rc;d, se debe obtener de la siguiente ecuación:

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Rc;d = Rb;d + Rs;d (3) Para cada pilote, Rb;d y Rs;d se deben obtener de: Rb;d = Rb;k/γb y Rs;d = Rs;k/ γs (5)P Los valores característicos Rb;k y Rs;k se deben obtener, o bien a partir de la ecuación siguiente:

𝑹𝒄;𝒌 = (𝑹𝒃;𝒌 + 𝑹𝒔;𝒌 ) =

𝑹𝒃;𝒄𝒂𝒍 + 𝑹𝒔;𝒄𝒂𝒍 𝑹𝒄;𝒄𝒂𝒍 (𝑹𝒄;𝒄𝒂𝒍 )𝒎𝒆𝒂𝒏 (𝑹𝒄;𝒄𝒂𝒍) )𝒎𝒊𝒏 = = 𝑴𝒊𝒏 { ; } 𝝃 𝝃 𝝃𝟑 𝝃𝟒

donde ξ3 y ξ4 son coeficientes de correlación que dependen del número de perfiles de ensayos, n, y se aplican respectivamente a: – los valores medios (Rc;cal )mean = (Rb;cal + Rs;cal)mean = (Rb;cal)mean + (Rs;cal)mean – y los valores mínimos (Rc;cal )min = (Rb;cal + Rs;cal)min, (6)P Se deben distinguir las componentes sistemáticas y aleatorias de las variaciones del terreno en la interpretación de los ensayos de carga de los pilotes en la interpretación de los ensayos de campo y en los cálculos de las resistencias. (7) En las estructuras con rigidez y resistencia suficientes para transferir cargas de los pilotes “débiles” a los pilotes “resistentes”, los coeficientes ξ3 y ξ4 se pueden dividir por 1,1, siempre que ξ3 nunca sea menor que 1,0. (8) Los valores característicos pueden calcularse mediante: 𝑅𝑏;𝑘 = 𝐴𝑏 𝑞𝑏;𝑘

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𝑦 𝑅𝑠;𝑘 = Σ𝐴𝑠;𝑖 ∗ 𝑞𝑠;𝑖;𝑘

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donde qb;k y qs;i;k son los valores característicos de la resistencias por punta y el rozamiento por fuste en diferentes estratos, obtenidos a partir de mediciones de los valores de los parámetros del terreno. (9) Los coeficientes parciales deben entonces aplicarse a estos valores característicos para obtener los valores de cálculo de los parámetros del terreno con objeto de obtener los valores de cálculo de la resistencia del pilote. (10) Los siguientes puntos se deberían considerar al evaluar la validez del modelo basado en los resultados de ensayos del terreno: – tipo de suelo, incluyendo granulometría, mineralogía, angularidad, densidad, preconsolidación, compresibilidad y permeabilidad; – el método de instalación del pilote instalación del pilote, incluyendo método de excavación o hinca; – longitud, diámetro, material y forma del fuste y de la punta del pilote (por ejemplo, base ensanchada); – método de ensayo del terreno.

 Guia de cimentaciones en obras de carreteras 2.4.9.

Pilotes perforados en suelos

La carga de hundimiento de pilotes excavados cuya punta no se empotra en roca, puede calcularse como se indica a continuación. La carga de hundimiento, Qh, se considerará igual a la suma de dos cantidades, la parte correspondiente a la punta Qp y la parte que corresponde al fuste Qf . a) Carga de hundimiento por punta: La parte de la carga de hundimiento que corresponde a la punta, se deducirá de las características del terreno en la zona de influencia de la punta.

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Figura 5:ESQUEMA DEL HUNDIMIENTO DE UN PILOTE AISLADO

El valor de cálculo del parámetro resistente correspondiente a la resistencia por punta será el valor medio o semisuma del que se asigne a la zona activa inferior y el que se asigne a la zona pasiva superior. A su vez, el valor que se asigne a cada una de estas zonas debe ser una estimación prudente del parámetro en cuestión en el entorno de la punta, por debajo de ella (zona activa) y por encima de la misma (zona pasiva). La carga de hundimiento por punta puede obtenerse mediante el producto del área de la punta, Ap, por una presión unitaria de hundimiento, qp que puede estimarse mediante alguno de los procedimientos que se indican a continuación en los subapartados Es decir: 𝑸𝒑 = 𝑨𝒑 ∗ 𝒒𝒑 Donde: Qp = Carga de hundimiento por punta. Ap = Área de la punta. qp = Carga de hundimiento unitaria, por punta.

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b) Carga de hundimiento por fuste La contribución del fuste a la carga de hundimiento, Qf, puede estimarse como la integral de la resistencia unitaria por fuste, τf, en todo el contorno de la parte enterrada. Es decir: Donde: 𝑳

𝑸𝒇 = ∫ 𝝅 ∗ 𝑫 ∗ 𝝉𝒇 ∗ 𝒅𝒛 𝟎

Qf = Carga de hundimiento por fuste. D = Diámetro real o equivalente del pilote. τf = Resistencia unitaria por fuste, a la profundidad z. z = Profundidad medida desde la superficie, hacia el interior del terreno. L = Longitud enterrada del pilote. 2.4.10. Método basado en el N-SPT El método no es aplicable a formaciones de calizas orgánicas (conchíferas o coralinas), puesto que en ellas se pueden obtener índices N del ensayo SPT altos y, sin embargo, cargas de hundimiento bajas debido a la rotura de la cementación que puede producirse con cargas estáticas moderadas. En estas situaciones será recomendable conocer la experiencia local, y/o realizar ensayos de carga. Los índices N del ensayo SPT deben ser corregidos por el efecto de la sobrecarga de tierra, normalizados a la energía estándar del 60%, y promediarse en la zona de la punta. -Resistencia por punta La resistencia por punta puede tomarse igual al siguiente valor:

q p = α ⋅ N ⋅ fd Donde: qp = Resistencia unitaria por punta. α = Factor que depende del tamaño medio de los granos de arena y tiene el siguiente valor: α = 0,1 MPa Arenas finas D50 < 0,2 mm α = 0,2 MPa Arenas gruesas D50 > 0,6 mm

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para valores intermedios de D50, el valor de a puede interpolarse linealmente. N60= Valor medio del índice N del ensayo SPT, promediado en la zona de la punta, normalizado a la energía estándar del 60%. fd = Factor adimensional que tiene en cuenta el tamaño del pilote (diámetro D) y puede estimarse mediante la siguiente expresión: 1

2

3

3

𝑓𝑑 = 1 − 𝐷 ≥ expresando D en metros -Resistencia por fuste La resistencia unitaria por fuste en suelos granulares puede considerarse igual al valor siguiente: 𝜏𝑓 = 2 ∗ 𝑁60 (𝑘𝑃𝑎) ≤ 90𝑘𝑃𝑎 Donde: N60 = Valor del índice N del ensayo SPT, correspondiente a cada profundidad de cálculo.

2.4.11.

Método basado en ensayos de penetración estática:

-Resistencia por punta El valor de la resistencia unitaria por punta de los pilotes perforados puede estimarse en función del valor medio de la resistencia por punta medida en ensayos de penetración estática,. Las profundidades en las que deberá promediarse dicha resistencia El valor de la carga unitaria de hundimiento por punta que se recomienda utilizar es:

𝒒𝒑 = 𝝆 ∗ 𝒒𝒄 Donde: qc = Valor medio de la resistencia, por punta, medida en ensayos de penetración estática. qp = Carga unitaria de hundimiento por punta. ρ = Factor de reducción que se obtiene de la tabla 10

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Tabla 7:Factor de reducción

-Resistencia por fuste La resistencia por fuste a considerar en el cálculo es la determinada en el propio ensayo de penetración, fs, minorada según se especifica a continuación: 𝝉𝒇 = 𝟎. 𝟕𝟓 ∗ 𝒇𝒔 En defecto del dato fs, pueden tomarse los siguientes valores: • τf = 0,01 qc • τf = 0,02 qc

(Suelos granulares). ( Suelos cohesivos).

En ningún caso el valor de τf sobrepasará los siguientes valores máximos: • τf ≤ 90 kPa

Suelos granulares.

• τf ≤ 70 kPa

Suelos cohesivos.

2.4.12. Método basado en ensayos presiométricos Es posible realizar otros ensayos de campo diferentes del SPT, o de los penetrómetros estáticos o dinámicos, que simulen el efecto del hundimiento del pilote. Las experiencias recientes o de carácter local, en ese sentido, pueden ser de gran interés en algunas aplicaciones particulares.

-Resistencia por punta En concreto, es posible utilizar presiómetros o dilatómetros que miden la presión radial necesaria en la pared de un sondeo para plastificar el terreno. Esa presión límite, pl, se ha relacionado, en cualquier tipo de terreno, con la carga unitaria de hundimiento por punta de un pilote, qp. De manera aproximada, se puede suponer:

qp = K ⋅ ( pl − Ko ⋅ po )

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Donde: qp = Carga unitaria de hundimiento por punta. K = Coeficiente de proporcionalidad que depende de la geometría del cimiento y del tipo de terreno. Puede tomarse igual a 3,2 en suelos granulares e igual a 1,5 en suelos cohesivos. pl = Presión límite del ensayo presiométrico (o dilatométrico). po = Presión vertical efectiva al nivel de la cimentación en el entorno del apoyo (antes de cargar). Ko = Coeficiente de empuje al reposo. Valor usual Ko = 0,5. En cualquier caso, el valor de pl, a utilizar en dicha expresión debe ser la media de los valores medios correspondientes a las zonas activa y pasiva en el entorno de la punta.

-Resistencia por fuste Como resistencia unitaria por fuste, τf, se puede tomar el siguiente valor: 𝝉𝒇 =

𝟏 𝒒 𝟒𝟎 𝒑

Donde qp tiene el significado especificado en el párrafo precedente. En cualquier caso, el valor de τf debe limitarse en función del tipo de terreno a los siguientes valores: • τf ≤ 90 kPa Suelos granulares. • τf ≤ 70 kPa Suelos cohesivos. 2.4.13. Método basado en los parámetros resistentes del modelo de Mohr-Coulomb - Resistencia por punta: Cuando se conozcan las características resistentes del terreno en términos del modelo de Mohr-Coulomb, se podrá utilizar la siguiente expresión para el cálculo de la capacidad resistente por punta: 𝒒𝒑 = 𝑵𝒒 ∗ 𝝈′ 𝒗𝒐 + 𝑵𝒄 ∗ 𝒄 Donde: qp = Carga de hundimiento unitaria por punta. σ ′vo = Presión vertical efectiva al nivel de la punta del pilote.

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Nc*, Nq* = Factores de capacidad de carga para cimentaciones profundas. c = Cohesión. 𝑵𝒒 = 𝟏. 𝟓 ∗

𝟏 + 𝐬𝐢𝐧 ∅ 𝝅 𝐭𝐚𝐧 ∅ ∗𝒆 ∗ 𝒇𝑫 𝟏 − 𝐬𝐢𝐧 ∅

𝑵𝒄 =

𝑵𝒒 − 𝟏 𝐭𝐚𝐧 ∅

Donde: φ = Ángulo de rozamiento interno. Los valores de (c, φ) a utilizar en esta expresión deben representar la resistencia del terreno en el entorno de la punta (zonas activa y pasiva indicadas en la figura 9). Esta aproximación se considera adecuada para profundidades de la punta inferiores o iguales a 20 diámetros (zpunta ≤ 20 D). Para profundidades mayores (zpunta > 20 D) se utilizará como valor de σ ′vo, la presión vertical efectiva a una profundidad igual a veinte diámetros. El factor fD tiene en cuenta el efecto del diámetro del pilote en el coeficiente de capacidad de carga, y puede estimarse mediante la expresión indicada mas arriba. Para comprobar las situaciones de corto plazo, en las que se supone que φcálculo = 0, el valor de Nc* dado por las expresiones anteriores, debe tomarse igual a: 𝑵𝒄 (∅𝒄𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒐 = 𝟎) = 𝟗 ∗ 𝒇𝑫 Siendo fD el parámetro anteriormente referido para tener en cuenta el efecto del diámetro del pilote. -Resistencia por fuste La resistencia unitaria por fuste puede tomarse igual a: 𝝉𝒇 = 𝒄 + 𝑲𝟎 ∗ 𝐭𝐚𝐧 𝜹 ∗ 𝝈′𝒗 ≤ 𝟗𝟎𝒌𝑷𝒂 Donde: τf = Resistencia unitaria por fuste al nivel considerado. c = Cohesión al nivel considerado. Ko = Coeficiente de empuje al reposo. δ = Ángulo de fricción del contacto pilote-terreno. σ′v = Presión vertical efectiva al nivel considerado.

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Cuando no se disponga de información fehaciente, acerca de los valores de Ko, y/o del ángulo δ, se puede suponer: 𝑲𝟎 ∗ 𝐭𝐚𝐧 𝜹 = 𝟑 Para el caso de pilotes cuyo fuste esté en contacto con suelos arcillosos saturados, y para el análisis concreto de situaciones de corto plazo, se utilizará el valor: 𝝉𝒇 = 𝑺 𝒖 ∗

𝑷𝒐 ≤ 𝟕𝟎𝒌𝑷𝒂 𝑷𝒐 + 𝑺 𝒖

Donde: Su = Resistencia al corte sin drenaje al nivel considerado. Po = Presión de referencia, que se toma igual a 100 kPa, (po = 100 kPa).

 Manual de diseño y construcion de pilotes CFA de la FHWA Resistencia Total del manual de FHWA para el diseño y construcción de pilotes CFA 𝑅𝑅 = 𝜑𝑅𝑛 = 𝜑𝑞𝑝 𝑅𝑝 + 𝜑𝑞𝑠 𝑅𝑠 en la cual: 𝑅𝑃 = 𝑞𝑝 𝐴𝑝 𝑅𝑠 = 𝑞𝑠 𝐴𝑠 Tabla 8:Factor de resistencia para pilotes perforados Método / Suelo / Condición

Factor de resistencia

La resistencia a

la resistencia lateral de la

α- método (O'Neill y Reese,

la compresión

arcilla

1999)

0.45

axial nominal de

resistencia a la punta de la

El estrés total (O'Neill y

pilotes pozos

arcilla

Reese, 1999)

perforados, φ

la resistencia lateral en la

β- método (O'Neill y Reese,

stat

arena

1999)

resistencia a la punta en la

O'Neill y Reese (1999)

0.50

la resistencia lateral en IGMs

O'Neill y Reese (1999)

0.60

resistencia a la punta en IGMs

O'Neill y Reese (1999)

0.55

la resistencia lateral en la roca

Horvath y Kenney (1979)

0.55

0.40 0.55

arena

O'Neill y Reese (1999)

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la resistencia lateral en la roca

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Carter y Kulhawy (1988)

0.50

2.4.15. Método recomendado para estimaciones de cizallamiento lateral y de cojinete de extremo utilizando resistencia al cizallamiento no drenado El FHWA 1999: Suelos Cohesivos Se recomienda el método para ejes perforados para la predicción de las resistencias de corte lateral y de soporte final para pilas de CFA en materiales cohesivos. El método FHWA 1999 fue originalmente propuesto por Reese y O’Neill (1988) y luego modificado por O’Neill y Reese (1999). Para un segmento de pilote dado, la última resistencia al corte lateral de la unidad (fs) se calcula como: 𝒇𝒔 = 𝜶𝑺𝒖 donde Su es la resistencia al corte no drenado del suelo en la ubicación del segmento de pilotes, y α es un factor de reducción que varía de la siguiente manera: 𝛼 = 0.55 𝑝𝑎𝑟𝑎

𝑆𝑢 ≤ 1.5 𝑃𝑎

donde Pa es la presión atmosférica estándar (igual a 1 atm o aproximadamente igual a 101 kPa [1.06 ton por pie cuadrado o tsf]), para 1.5