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seminario UCSC
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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
3
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]
Funcionamiento Estructural
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Funcionamiento Estructural
Vida útil - recubrimiento
-Distancia separadores < 3m.
Funcionamiento Estructural
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
Funcionamiento Estructural
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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.
Funcionamiento Estructural
sb
n
ii
ffadm qlN ⋅⋅⋅Δ≥ ∑
=
φπη 1
1 ∑=
Δ=n
iinec lL
1
Fricción unitaria última
Funcionamiento Estructural
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Fricción unitaria última
Funcionamiento Estructural
Funcionamiento Estructural
Michel Bustamante, Doctor Ingeniero ENPC (París) Elaboró y recopilo 120 ensayos en verdadera magnitud (1980, 2003)
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Funcionamiento Estructural
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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Funcionamiento Estructural Conexión con estructura
Funcionamiento Estructural Conexión con estructura
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Funcionamiento Estructural
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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Tipologías de Aplicaciones
Tipologías de Aplicaciones
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Tipologías de Aplicaciones
Tipologías de Aplicaciones
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Tipologías de Aplicaciones
Tipologías de Aplicaciones
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Tipologías de Aplicaciones
Fundaciones nuevas
Tipologías de Aplicaciones
Fundaciones nuevas
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Tipologías de Aplicaciones
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)
VIGA DE FUNDACION DE GRUA PORTICO (PUERTO)
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VIGA DE FUNDACION DE GRUA PORTICO (PUERTO)
VIGA DE FUNDACION DE GRUA PORTICO (PUERTO)
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VIGA DE FUNDACION DE GRUA PORTICO (PUERTO)
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.
Paso Inferior – Subpresión
Paso Inferior – Subpresión
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Paso Inferior – Subpresión
Paso Inferior – Subpresión
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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
]
Paso Inferior – Subpresión
Estacionamientos Subterráneos – Subpresión
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Obra: Observatorio Paranal Micropilotes de Fundación – Ischebeck Titan 52/26
OBSERVATORIO PARANAL – VLT – REFUERZO
OBSERVATORIO PARANAL – VLT – REFUERZO
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OBSERVATORIO PARANAL – VLT – REFUERZO
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.
REFINERIA - PLANTA URL
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REFINERIA - PLANTA URL
REFINERIA – UNIDAD CRACKING CATALITICO
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Micropilotes Ischebeck Titan 73/53 con longitudes entre los 12.50m y 22.00m.
REFINERIA – UNIDAD CRACKING CATALITICO
REFINERIA – UNIDAD CRACKING CATALITICO
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REFINERIA – UNIDAD CRACKING CATALITICO
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
REFINERIA – UNIDAD CRACKING CATALITICO
48
!
PLANTA DE ACIDO SULFURICO - REFUERZO
PLANTA PAPELERA – NUEVA FUNDACION
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PLANTA PAPELERA – NUEVA FUNDACION
PLANTA PAPELERA – NUEVA FUNDACION
50
PUENTE MAIPO – REFUERZO CEPA 8
PUENTE MAIPO – REFUERZO CEPA 8
51
PUENTE – (CORONEL)
PUENTE – (CORONEL)
52
CO
NT
EN
CIO
NE
S Micropilotes para contenciones
PREGUNTAS ???!