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“Fundaciones profundas y

mejora del terreno”

Prof. Ing. Juan Manuel Fernandez Vincent

Seminario de Geotecnia Aplicada

Fundaciones Especiales

Indice tematico A)  Fundaciones profundas

Ø  Pilotes (perforados, CFA) Ø  Inclusiones rigidas Ø  Micropilotes

B) Mejoramiento del Terreno Ø  Columnas de grava Ø  Jet grouting Ø  Deep Soil Mixing

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Indice generico

I.  Introduccion II.  Normativa III.  Materiales IV.  Procedimiento de ejecucion V.  Diseño VI.  Casos de aplicación

- Presencia habitual de fundaciones profundas en todas sus variantes

-  Presencia de técnicas de mejora del terreno y pilotes para reducción de asientos (KPP)

Mercado de fundaciones global - 2006

La interacción entre la tecnología y diseño juega un rol determinante en la evolución de la ingeniería

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Con

trole

s y

ensa

yos

aplic

ados

-  Pilotes hincados 41% -  Pilotes perforados 25% -  Pilotes de hélice contínua 23% -  Pilotes de desplazamiento 7% -  Pilotes vibrohincados 3%

Fundaciones profundas según tecnología C

ontro

les

y en

sayo

s ap

licad

os

Clasificación según estado tensional resultante del proceso de instalación

Categoría I – Gran desplazamiento del terreno PILOTES HINCADOS Ø premoldeados de hormigón con base ensanchada Ø colados in-situ, sin base ensanchada - con tubería hincada perdida - con fuste en hormigón plástico Ø colados in situ, con placa de punta ensanchada (Db > 1,1 Ds) - con tubería hincada perdida - con fuste en hormigón plástico Ø colados in-situ, con fuste de hormigón seco, formación in-situ de base ensanchada Ø Tubos de acero - punta cerrada - punta abierta con tapón de suelo (plugging). PILOTES DE DESPLAZAMIENTO (SCREW) Ø con tubería hincada perdida Ø sin tubería hincada perdida

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Clasificación según estado tensional resultante del proceso de instalación

Categoría II – Bajo desplazamiento del terreno o baja relajación del terreno PILOTES HINCADOS Ø tubos de acero con punta abierta sin tapón de suelo Ø perfiles metálicos H y perfiles de tablestacas PILOTES DE HELICE CONTINUA con provisiones especiales para la relajación del terreno (CFA) Ø con sobrepresión Ø con encamisado Ø con gran diámetro del tubo central y pequeñas aletas Categoría II – Suelo excavado PILOTES DE HELICE CONTINUA sin provisiones especiales PILOTES PERFORADOS Ø ejecutados con encamisado temporal o bajo fluidos tixotrópicos

DIN 4014, Pilotes perforados, 1990 DIN 4026, Pilotes hincados, 1975 DTU 13.2 Trabajos de cimentación profunda UNE-EN 1536 Pilotes perforados (Eurocódigo) Julio 2000 UNE-EN 12699 Pilotes de desplazamiento (Eurocódigo) Julio 2001 DRILLED SHAFTS Construction Procedures and Design Methods Publication Nº FHWA-IF-99-025-US Department of Transportation-FHWA DRIVEN PILES Design and construction Publication Nº FHWA-IF-99-013/14-US Department of Transportation-FHWA AASHTO 4.6.6.2.1 del capítulo 4.6, Drilled Shafts Año 1992 ACI 543 - Diseño, fabricación e instalación de pilotes de hormigón

Normativa Los pilotes están encuadrados dentro del grupo de “ejecución de trabajos especiales” en la normativa europea y tiene su propia norma.

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Reglas para un buen hormigón - Alta capacidad de resistencia a la segregación; - Alta plasticidad y buena cohesión - Buena fluidez, el cono de Abrams entre 175 y 220 mm. - Capacidad de autocompactación - Trabajabilidad durante todo el proceso del hormigonado. - Tamaño máximo de árido de 20 mm

Controles (proyecto)

Tiempo desde la puesta en obra

Asiento en el cono de Abrams

75% a las 4 horas

Comportamiento

NO DESEABLE

CURVA ÓPTIMA

Controles (ejecución) Proceso de hormigonado

El hormigón del nuevo camion vertido, desplaza vertical y horizontalmente al hormigón previo

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Controles (ejecución) Curva de hormigonado

Perfil de suelo blando

Perfil de suelo karstico

Problemas de ejecución (perforados) • Ubicación inadecuada del pilote

• Estrato de suelo de fundación inadecuado

• Rotura en cabeza

• Estricciones o reducciones de sección

• Recubrimiento deficiente

• Cortes de hormigonado

• Desprendimientos de material de excavación • Los defectos en punta del pilote

• Deslavado de finos del hormigón

• Zonas de hormigón no homogéneo

• Desplazamientos de armaduras

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Problemas de ejecución (perforados)

Problemas de ejecución (perforados)

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Ensayos de calidad Parámetros característicos de los diferentes tipos de ensayos

ENSAYOS SONICOS DINAMICO SEMIESTATICO ESTATICO

Masa martillo (kg) 0,5-5 2.000-10.000 2.000-5.000 N/A

Deformación máxima en pilote

2-10*10-6 500-1.000*10-6 1.000*10-6 1.000*10-6

Velocidad máxima en pilote (mm/s)

10-40 2.000-4.000 500 10-3

Fuerza máxima (kN) 2-20 2.000-10.000 2.000-10.000 2.000-10.000

Duración de la fuerza (ms)

0,5-2 5-20 50-200 107

Aceleración del pilote (g) 50 500 0,5-1 10-14

Desplazamiento de l pilote (mm)

0,01 10-30 50 >20

L o n g i t u d d e o n d a relativa (*)

0,1 1,0 10 108

(*) Relación entre la longitud de onda de la fuerza aplicada y el doble de la longitud del pilote

Estrategia del programa de ensayos

- Definir un objetivo

- Diseño del ensayo

- Inversión => reingeniería

-  Costo => ensayo rutina

-  Ensayos a rotura (200- ? %)

-  Ensayos de control (150%)

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Estrategia del programa de ensayos

Coeficiente de seguridad

PILOTES CFA Detalle de implantación en obra

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Edificio en Nordelta

Controles Operativos

Disposición de sensores en equipo

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Controles Operativos

Torque / Vel. Rot / Vel.Pen / Hº/ Pres.Hº / Vel. Ext

INCLUSIONES RIGIDAS (PILOTE?) Definiciones

•  Columna ejecutada por extracción o desplazamiento

•  Material de la inclusión: mortero o hormigón (posibilidad de darle sobrepresión al mortero)

•  Funcionamiento geotecnico por friccion lateral y punta

•  No es una mejora del terreno!!!

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INCLUSIONES RIGIDAS

INCLUSIONES RIGIDAS

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INCLUSIONES RIGIDAS

INCLUSIONES RIGIDAS

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PISTA 15L – 33R AEROPUERTO INTERNACIONAL DE BARAJAS

•  Mejora del suelo en la base del terraplén, Malla 2x2 m, Columnas de φ 360 mm, L= 24 m

INCLUSIONES RIGIDAS

AVE MADRID – ZARAGOZA – BARCELONA – FRONTERA FRANCESA

• Mejora del suelo en la base del terraplén, Malla 2x2 a 3x3 m, Columnas Omega de φ 360 mm y 460 mm, 100.000 ml de Columnas Omega

INCLUSIONES RIGIDAS

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MICROPILOTES Definiciones

•  Pilote perforado de pequeño diámetro (menor ó igual a 300 mm)

•  Existen métodos de perforación e inyección desarrollados para todo tipo de suelo, con mínima vibración, ruido y cualquier ángulo de inclinación

•  Compuesto por mortero o grout inyectado + alguna forma de refuerzo de acero para resistir una alta proporción de la carga de diseño.

•  La carga es principalmente e inicialmente tomada por el refuerzo de acero y transferida vía el grout al suelo/roca circundante por altos valores de fricción con una componente mínima de capacidad de carga por punta, la cuál normalmente se desprecia.

•  Elementos pasivos no postensados

Introducción

•  Los micropilotes fueron introducidos en Italia 1952, por la empresa especialista en fundaciones Fondedile, por el Dr. Ing. Fernando Lizzi

•  Usados para socalzar edificios históricos y monumentos (Palo Radice)

•  Los primeros micropilotes fueron construidos de φperf=100mm y fueron ensayados a 400 kN (Napoli, 1952)

Ponte Vecchio (Florencia)

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Normas y Recomendaciones internacionales

•  DIN 4128 - Micropilotes Inyectados

•  EN 14199 – Micropiles

•  DTU 13.2 – Micropiex (cap 7)

•  GUIA: Guía para el diseño y ejecución de micropilotes en obras de carretera. (Ministerio de Fomento, 2005).

•  FHWA - Micropiles Design and Construction Guidelines - Implementation Manual (Federal Highway Administration - USA) (Pub. No. FHWA-SA-97-070)

Clasificación de los micropilotes

Fabricación • Hormigón armado In situ: son de hormigón con un refuerzo longitudinal de acero en toda su longitud, su sección mínima es de 150 mm (DIN 4128, 1983)

• Compuesto: tienen un elemento estructural portante prefabricado de hormigón armado o de acero en toda su longitud, su sección mínima es de 100 mm (DIN 4128, 1983)

Tipo de Refuerzo de acero: • Barras de acero para hormigón armado • Barra con hilo contínuo de sección llena (DSI, Williams) • Tubos lisos • Autoperforantes (Ischebeck TITAN) Según procedimientos de Inyección (Michel Bustamante)

• Inyección Repetitiva y Selectiva (IRS) • Inyección Global Unitaria (IGU)

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Comparación

Micropilotes vs. Pilotes de gran diámetro

Tipos

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Tipos

Tubos con/sin rosca continua Barras

Con armadura de refuerzo

Método de Ejecución de Micropilotes

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Autoperforantes – Método de ejecución

Inyección del Micropilote Micropilotes I.U.: Son los ejecutados mediante una Inyección Global Unificada del taladro de la perforación, de una lechada o un mortero de cemento.

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Inyección del Micropilote

Micropilotes I.R.: Son los ejecutados mediante una Inyección Repetitiva de las válvulas antirretorno existentes en la armadura, inyectadas de forma global mediante obturador en boca.

Inyección del Micropilote Micropilotes IRS: Son los realizados mediante una Inyección Repetitiva y Selectiva (IRS), del taladro de la perforación.

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Funcionamiento Estructural

F Px i i ii

np

= ⋅ ⋅=∑ sen cosγ α1

[1]

F Py i i ii

n p

= ⋅ ⋅=∑ sen senγ α1

[2]

F Pz i ii

n p

= ⋅=∑ cosγ1

[3]

M P z P y rmx i i i i i i ii

n

x

p

= ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ +=∑ ( sen sen cos )γ α γ1

[4]

M P z P x rmy i i i i i i ii

n

y

p

= − ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ +=∑ ( sen cos cos )γ α γ1

[5]

M P x P y rmz i i i i i i i ii

n

z

p

= ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ +=∑ ( sen sen sen cos )γ α γ α1

[6]


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Vida útil - recubrimiento

-Distancia separadores < 3m.


Según DIN 4128: Ambiente no agresivo………rmin=20 mm

Ambiente agresivo medio…..rmin=25 mm Espesor de sacrificio? Norma de pilotes metálicos hincados….

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Unión macho-hembra.

Tipos de uniones Funcionamiento Estructural

Unión macho-macho con manguito exterior.

Unión hembra-hembra con manguito interior.

eF Coeficiente de influencia del tipo de ejecución

Influencia del sistema de ejecución en el cálculo de la resistencia estructural del micropilote a compresión


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Dimensionado (estimación de la longitud de bulbo)

fadmN = carga admisible por fricción del micropilote.

=fη coeficiente de seguridad para la fricción (DIN 4128)

=Δ il longitud del tramo i del micropilote a lo largo del cual se tiene N (SPT) aproximadamente constante y por lo tanto sq aprox. constante también.

bφ = diámetro promedio del bulbo inyectado ( 1,2 a 2,0 veces el diámetro de la broca de perforación, dependiendo del tipo de suelo y sistema de inyeccion).

sq = fricción unitaria última en el fuste del micropilote (contacto bulbo suelo). necL = longitud necesaria por fricción del micropilote, según diseño.


sb

n

ii

ffadm qlN ⋅⋅⋅Δ≥ ∑

=

φπη 1

1 ∑=

Δ=n

iinec lL

1

Fricción unitaria última


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Fricción unitaria última



Michel Bustamante, Doctor Ingeniero ENPC (París) Elaboró y recopilo 120 ensayos en verdadera magnitud (1980, 2003)

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El concepto es incorporar los micropilotes a la fundación a través de la longitud de anclaje (con zunchos) o de la placa con tuerca y contratuerca (anclaje mecánico)

Conexión con estructura

Funcionamiento Estructural Conexión con estructura

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Coeficiente al levantamiento Individual 1.40 (EAB)

Eurocódigo 7 Verificación flotación

Losas de subpresión

Tipologías de Aplicaciones

Refuerzos y Socalzados Fundación de Torres y Mástiles

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30



31



32


Fundaciones nuevas


Fundaciones nuevas

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Recalces o refuerzos

Tipologías de Aplicaciones Pantallas o cortinas

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TORRES DE TELECOMUNICACIONES

TORRES DE TELECOMUNICACIONES

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Los micropilotes son ideales para la cimentación de torres. Resulta ventajosa la logística de trabajar con un material estandarizado a lo largo de toda la línea, incluso se pueden reforzar estructuras existentes.

Cimentaciones para Torres de Alta tensión

Torre de ABB en Berlín – 380 kV Micropilotes TITAN 103/78, 24 m long.

EJEMPLOS: LÍNEA DE ALTA TENSIÓN PIEDRA DEL AGUILA-ABASTO (ARG)

Cimentaciones para Torres de Alta tensión

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VIGA DE FUNDACION DE GRUA PORTICO (PUERTO)


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Micropilotes para protección contra subpresión hidrostática Longitud unitaria = 6.60 m a 9.60 m

Paso Inferior – Subpresión

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§  279 Micropilotes Ischebeck Titan 73/53 para Presión Hidrostática

§  Longitudes: 6.00m y 9.00 m.



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GRAFICO CARGA - DEFORMACIONENSAYO N° 2 - MICROPILOTE L= 10.70m

Enlace 6 - Pte. Llacolén Río Bío Bío - Concepción

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Carga [kN]

Def

orm

acio

nes

[mm

]


Estacionamientos Subterráneos – Subpresión

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Obra: Observatorio Paranal Micropilotes de Fundación – Ischebeck Titan 52/26

OBSERVATORIO PARANAL – VLT – REFUERZO


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Diámetro = 15 cm Longitud útil = 12 m Carga de rotura = 61,6 tn Carga admisible = 20,5 tn Cantidad por torre = 100 Un.

CATEDRAL DE LA PLATA – TORRE CENTRAL

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REFINERIA - PLANTA URL

§  Longitudes de 4.0m a 10.0 m y cargas de diseño de hasta 645 kN. §  660 ml de micropilotes autoperforantes Ischebeck Titán 40/16 y 73/53.


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REFINERIA – UNIDAD CRACKING CATALITICO

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Micropilotes Ischebeck Titan 73/53 con longitudes entre los 12.50m y 22.00m.



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Obra: PLANTA URL – PETROX TALCAHUANO ENSAYO DE CARGA – MICROPILOTES

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

Carga (kN)

Def

orm

ació

n (m

m)

Carga de servicio = 360 kN

§  Longitudes de 4.0m a 10.0 m y cargas de diseño de hasta 645 kN.

Figura - Curva carga-deformación del micropilote Ischebeck Titan 73/53 ensayado


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!

PLANTA DE ACIDO SULFURICO - REFUERZO

PLANTA PAPELERA – NUEVA FUNDACION

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PUENTE MAIPO – REFUERZO CEPA 8

PUENTE MAIPO – REFUERZO CEPA 8

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PUENTE – (CORONEL)

PUENTE – (CORONEL)

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CO

NT

EN

CIO

NE

S Micropilotes para contenciones

PREGUNTAS ???!