PROPIEDADES FISICAS DEL SUELO

Relaciones en volumen

Relacin de vacos e = Vv/Vs (volumen de vacios / volumen de slidos)

Porosidad n = Vv / Vm % (vol de vacos / vol de la muestra)

Grado de saturacin Gw = Vw / Vv % (vol de agua / vol de vacos)

Relaciones en peso

* Contenido de agua w = Ww / Ws (peso de agua / peso de slidos)

Peso volumtrico = W / V (peso / volumen)

m = Wm / Vm (de la muestra)

s = Ws / Vs (de slidos)

w = Ww / Vw = 1 (del agua)

d = Ws / Vm (del suelo seco)

m = m - w (sumergido)

* Densidad de slidos Ss = Ws / Vs w

CLASIFICACION DE SUELOS

Sistema Unificado de clasificacin de Suelos.

Este sistema divide a los suelos en dos grandes grupos:

Gravas

Suelos gruesos

Arenas

Arcillas

Suelos finos Limos

Orgnicos

Un suelo se considera grueso si ms del 50% de sus partculas en peso, se retienen en la

malla No. 200, y fino en caso contrario.

Granulometra. Es una prueba que consiste en cribar una muestra de suelo a travs de

mallas de diferente abertura, con la finalidad de determinar el tamao de sus partculas.

Suelo bien graduado Suelo uniforme o mal graduado

Suelo bien graduado. Es aquel que tiene una granulometra que incluye partculas de

diferente tamao, en el cual los huecos que existen entre las partculas grandes son llenados

por partculas chicas y as sucesivamente.

Suelo uniforme. Es aquel que est integrado por partculas que incluyen nicamente

algunos tamaos; es decir, tiene una relacin de vacos alta y por lo tanto son susceptibles

de experimentar grandes deformaciones.

Malla 3

Malla No. 4

Malla No. 200

Graduacin. La graduacin de un suelo puede ser calculada numricamente mediante dos

coeficientes obtenidos de la prueba de granulometra.

Coeficiente de uniformidad Cu = D60 / D10

Coeficiente de curvatura Cc= D30 2 / D60 * D10

Donde D60 = dimetro tal que pasa el 60% en peso

D30 = dimetro tal que pasa el 30% en peso

D10 = dimetro tal que pasa el 10% en peso

2.2 Suelos gruesos.

Gravas. Si ms del 50% en peso de la muestra se retiene en la malla No. 4

GW: Gravas bien graduadas (contenido de finos < 5%), Cu > 4 y 1< Cc < 3

GP: Gravas mal graduadas (contenido de finos < 5%), Cu y Cc no cumplen.

GC: Gravas arcillosas (contenido de finos > 12%)

GM: Gravas limosas (contenido de finos > 12%)

Arenas: Si ms del 50% en peso de la muestra pasa la malla No. 4

SW: Arenas bien graduadas (contenido de finos < 5%), Cu > 6 y 1< Cc < 3

SP: Arenas mal graduadas (contenido de finos < 5%), Cu y Cc no cumplen

SC: Arenas arcillosas (contenido de finos > 12%)

SM: Arenas limosas (contenido de finos > 12%)

Cuando el contenido de finos vara entre 5 y 12% se tienen casos de frontera, utilizndose

smbolos dobles:

GW-GC GW-GM GP-GC GP-GM

SW-SC SW-SM SP-SC SP-SM

GW-GC: grava bien graduada con contenido de finos arcillosos (que pasan la malla No.

200), variable entre 5 y 12%.

SP-SM: arena mal graduada con contenido de finos limosos variable entre 5 y 12%.

Ejemplo 1. Granulometra para una muestra de 1000 gr.

Malla

No.

Abertura

mm

Peso retenido (gr) acumulado

retenido (%)

Acumulado

que pasa (%) parcial acumulado

3 76.2 0 0 0 100

2 50.8 0 0 0 100

1 38.1 10 10 1 99

1 25.4 30 40 4 96

19.0 50 90 9 91

12.7 160 250 25 75

3/8 9.51 140 390 39 61

No.4 4-76 360 750 75 25

10 2.00 120 870 87 13

20 0.84 55 925 92.5 7.5

40 0.42 25 950 95 5

60 0.25 20 970 97 3

100 0.149 10 980 98 2

200 0.074 5 985 98.5 1.5

charola ---- 15 1000 100 0

Grava G: D60 =

Arena S: D30 =

Finos F: D10 =

Cu = D60 / D10 =

Cc = D30 2 / D60 * D10 = SUCS:

Ejemplo 2. Granulometra para una muestra de 1000 gr.

Malla

No.

Peso retenido (gr) Acumulado

retenido (%)

Acumulado que

pasa (%) parcial acumulado

1 0

1 10

20

30

3/8 10

No. 4 60

10 100

20 120

40 120

60 180

100 200

200 100

charola 50

Grava G: D60 =

Arena S: D30 =

Finos F: D10 =

Cu = D60 / D10 =

Cc = D30 2 / D60 * D10 = SUCS:

Compacidad relativa.

Para definir el grado de acomodo de las partculas de un suelo grueso granular, Terzaghi

propuso una relacin emprica dependiente de la relacin de vacos y definida mediante la

siguiente expresin:

Cr = (e mx - e nat ) / (e mx - e mn ) %

Donde e mx = relacin de vacos en el estado ms suelto

e mn = relacin de vacos en el estado ms compacto

e nat = relacin de vacos en estado natural

Tabla 1. Variacin de la compacidad relativa

Compacidad relativa (%) Descripcin del suelo

0 a 20

20 a 40

40 a 70

70 a 90

90 a 100

muy suelto

suelto

medianamente compacto

compacto

muy compacto

En la prctica es muy difcil obtener muestras inalteradas de los suelos gruesos (gravas y

arenas) por lo que la relacin de vacos natural no se puede determinar con suficiente

aproximacin. En este caso es posible obtener la compacidad relativa de un suelo mediante

sus pesos volumtricos secos; d mx, d min, d nat.

Cr = d mx d nat - d min 100

d nat d mx - d min

EJEMPLO DE COMPACIDAD.

1.-Para un suelo arenoso fino se obtuvieron los siguientes valores de la relacin de vacos e:

e mx = 0.91

e min = 0.37

e nat = 0.50

Determina su compacidad relativa y describir su estado.

Cr = emx enat (100) = 0.91 0.5 (100) = 75.9 % arena compacta.

emx - emin 0.91 0.37

2.- Para un limo inorgnico se obtuvieron los siguientes valores de la relacin de vacos:

e mx = 2.5

e min = 1.16

e nat = 2.25

Cr = 2.5 2.25 (100) = 18.65% muy suelto

2.5 1.16

Suelos finos.

Los suelos finos son aquellos que pasan la malla No.200, para clasificarlos se utiliza la

carta de plasticidad, en la cual cada suelo es agrupado en funcin de su lmite lquido e

ndice plstico.

Lmites de consistencia o de Atterberg

Lmite lquido (LL). Es el contenido de agua arriba del cual el suelo se comporta como un

fluido viscoso. Con fines ingenieriles este lmite se define arbitrariamente como el

contenido de agua en el cual a 25 golpes en la copa de Casagrande, el suelo previamente

ranurado, se cierra una distancia de 1.27 cm.

Lmite plstico (LP). Es el contenido de agua en el cual el suelo deja de comportarse

plsticamente; este lmite tambin se define arbitrariamente como el contenido de agua con

el cual un suelo enrollado a 3 mm de dimetro, justamente se agrieta.

Indice plstico (IP). El contenido de agua entre el lmite lquido y el lmite plstico que

define el rango en el cual el material se comporta plsticamente, se denomina ndice de

plasticidad.

IP = LL LP

Lmite de contraccin (LC). Define la frontera entre los estados de consistencia slido y

semislido, y representa el contenido de agua en el cual el suelo ya no disminuye su

volumen al seguirse secando.

Carta de plasticidad. En esta carta una lnea emprica lnea A separa las arcillas

inorgnicas (C) de los limos (M) y de los suelos orgnicos (O); aunque los limos y los

orgnicos comparten las mismas reas, estos pueden ser fcilmente diferenciables por

inspeccin visual, los orgnicos son de color oscuro, presentan materia orgnica y tienen un

olor caracterstico.

Los suelos que tienen un lmite lquido mayor del 50% se consideran de alta

compresibilidad H y los suelos con LL< 50% son de baja compresibilidad L.

As se tienen los siguientes suelos finos:

CL: arcilla de baja compresibilidad CH: arcilla de alta compresibilidad

ML: limo de baja ccompresibilidad MH: limo de alta compresibilidad

OL: orgnico de baja compresibilidad OH: orgnico de alta compresibilidad

Ejemplo 3. Granulometra para una muestra de 500 gr.

Malla

No.

Peso retenido (gr) % retenido % que pasa

parcial acumulado

4 0

10 0

20 0 0 0 100

40 10 10 2 98

60 10 20 4 96

100 10 30 6 94

200 20 50 10 90

charola 450 500 100 0

G: 0%

S: 10%

F: 90% LL = 38.1% LP = 21.4% IP = 16.7 SUCS: CL

Ejemplo 4. Granulometra para una muestra de 500 gr.

Malla

No.

Peso retenido (gr) % retenido % que pasa

parcial acumulado

4 55

10 30

20 30

40 30

60 20

100 25

200 10

charola 300

Grava G: LL =

Arena S: LP =

Finos F: IP =

SUCS:

Consistencia

En los suelos finos las fuerzas gravitacionales tienen poca influencia en su comportamiento

debido al pequeo tamao de sus partculas (menor de 2 micras) y a la forma de las mismas

(laminar y acicular), as las fuerzas qumico-elctricas desarrolladas en su superficie son las

de mayor importancia. La microestructura de los suelos finos definida en funcin de las

fuerzas o ligaduras interpartculas y del tamao y forma de estas, depende de la historia

geolgica del depsito incluyendo las condiciones de esfuerzo y el medio ambiente en que

fueron depositados.

En cuanto a la macroestructura de estos suelos, es de gran importancia la estratigrafa, la

existencia de grietas, fisuras, huecos y la presencia de lentes de material permeable.

De lo anterior se puede concluir que el comportamiento de los suelos finos depende de su

micro y macroestructura.

El grado de cohesin o cementacin de un suelo fino se define en funcin de su

consistencia, cuyos trminos se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 2. Consistencia de suelos finos

Consistencia Resistencia a la compresin simple

(kg/cm2)

Muy blanda

Blanda

Media

Firme

Dura

Muy dura

menor de 0.25

0.25 a 0.50

0.50 a 1.00

1.00 a 2.00

2.0 a 4.0

mayor de 4.00

DISTRIBUCION DE ESFUERZOS

Esfuerzos normales.

La intensidad de una fuerza perpendicular a la seccin transversal en estudio, se llama

esfuerzo normal. Este esfuerzo puede ser de compresin o de tensin, segn la direccin de

la fuerza.

c = P/A t = T/A

Esfuerzo normal de compresin Esfuerzo normal de tensin

Esfuerzos tangenciales

Existen otros esfuerzos que actan tangencial o paralelamente al plano del rea en estudio;

estas fuerzas producen los esfuerzos cortantes .

= F/A

Esfuerzo cortante

Deformacin

Los esfuerzos que actan sobre un elemento producen deformaciones, estas pueden ser

alargamientos o acortamientos, segn que el esfuerzo sea de tensin o de compresin.

Acortamiento Alargamiento

Deformacin lineal. Se define como el alargamiento o acortamiento que sufre el elemento

por unidad de longitud, y se determina mediante la siguiente expresin:

= L / L (%)

Deformacin angular. En general un cuerpo puede tambin deformarse angularmente

como se indica en la figura, produciendo deformaciones angulares o por corte.

x /

L

ESFUERZOS TOTALES, NEUTRALES Y EFECTIVOS.

Para el anlisis de los diferentes problemas geotcnicos se requiere conocer la distribucin

de esfuerzos en diferentes puntos dentro de la masa de suelo.

Esfuerzos verticales totales.

Los esfuerzos verticales totales en el interior de la masa de suelo se obtienen con la

siguiente expresin:

vm*h

h

NTN

Donde: v = esfuerzo vertical total

m = peso volumtrico del suelo

h = profundidad a la cual se determina el

esfuerzo

Por la presencia del nivel fretico, la presin hidrosttica es la siguiente:

u = w * hw

y finalmente los esfuerzos verticales efectivos que actan entre las partculas del suelo son:

v = v - u

Ejemplo 1.- Obtener los esfuerzov, u y v en los puntos A, B, C y D.

Esf. A Esf. B sf. C

v = 0 v = 1.6*2=3.2 t/m2 v =1.6*2+1.9*2=7t/m

2

u = 0 u = 0 u =1*2=2

v= v-u= 0 v=v-u=3.2 t/m2 v= v-u= 7-2= 5 t/m

2

Esf. D

v = 1.6*2 + 1.9*2 + 1.4*3 = 11.2 t/m2

u = 1*5 = 5

v= v-u= 11.2 5 = 6.2 t/m2

Ejemplo 2.- Obtener los esfuerzos v, u y v en los puntos A, B ,C y D.

Esf A Esf B Esf C

v = 0 v = 1.65*3 =4.95 t/m2

v = 1.65*6 = 9.9 t/m2

u = 0 u = 0 u = 0

v= 0 v= 4.95 t/m2

v= 9.9-0 = 9.9 t/m2

Esf D

v = 1.65*6 + 1.925*13 = 34.925 t/m2

u = 1*13 = 13 t/m2

v= 34.925 13 = 21.925 t/m2

Ejemplo 3.- Para el perfil estratigrfico mostrado, calcular v, u y v en los puntos A, B, C

y D.

Esf A Esf B Esf C Esf D

v = 0 v =1.6*4=6.4 t/m2

v =1.6*4+1.8*5=15.4 t/m2 v =1.6*4+1.8*5+1.45*6=24 t/m

2

u = 0 u =0 u =1*5 = 5 t/m2 u =1*11= 11 t/m

2

v = 0 v =6.4 t/m2 v =15.4 5 = 10.4 t/m

2 v =24 11 = 13.1 t/m

2

ESFUERZOS PRODUCIDOS POR SOBRECARGAS SUPERFICIALES.

Las sobrecargas superficiales se pueden idealizar en los siguientes 3 tipos:

- Carga puntual (concentrada). - Carga lineal. - Carga uniformemente distribuida (rectangular o circular).

Teora de Boussinesq. Boussinesq estudi los esfuerzos en el interior de la masa de suelo,

originados por sobrecargas superficiales, haciendo una idealizacin del suelo mediante las

siguientes hiptesis:

1) El suelo es elstico lineal. 2) El suelo es semi infinito.

E= mdulo de Young.

= relacin de Poisson.

3) El suelo es homogneo: E y 4) El suelo es istropo: E y

no dependen del punto. No dependen de la direccin.

A) Carga puntual (P).

Frmula de Bussinesq

z = (P / Z2) * Po

Donde:

z = esfuerzo vertical a la

profundidad Z.

P = carga puntual .

Po= valor de influiencia =

Po= 3 * 1 .

2 [(r/z)2

+ 1]5/2

Ejemplo 1:

Se requiere evaluar los esfuerzos en una instalacin telefnica subterrnea que producir

una asta bandera que pesa 95 ton. (considerar la carga puntual ).

Formula.

Puntual:

z =

z

P2

* Po

Po =

1

1*

2

3

2 2

5

z

r

Esf. A

m

ton

p

P

P

yxr

ZA

oA

Ao

o

a

2

2

5

2

5

22

19.00714.0*36

95

0714.0

1377.2

1*4775.0

1

2

6

4.6

1*

2

3

4.61625

Esf. B

m

ton

p

mr

ZB

OB

b

29.0109.0*36

95

109.0

8055.1

1*4775.0

1

6

385.5

1*

2

3

385.5425

2

5

2 2

5

Tarea: Calcular z si x = 3m.

x = 4m

Esf. C

m

ton

P

mr

ZC

OC

C

2

2

5

2

5

34.0128.0*36

95

128.0

1694.0

1*4775.0

1

6

52

1*

2

3

5

B) Carga lineal (P).

B) Carga uniformemente distribuida (w)

Frmula de Boussinesq z = w * wo

z = esfuerzos a la profundidad Z.

w = sobrecarga uniformemente distribuida.

wo= valor de influencia, depende m = X/Z y n = Y/Z (Fadum o tabla)

Nota: los esfuerzos se calculan a partir de una esquina del rea cargada.

Frmula de Boussinesq.

z = (P / Z) * Po

Donde:

z = esfuerzo vertical a la profundidad Z.

P = carga lineal.

Po= valor de influencia, depende de

m = X/Z y n = Y/Z (grficas de Fadum).

Nota: los esfuerzos se calculan a partir de

una esquina de la lnea cargada.

Ejemplo 2: Obtener los esfuerzos sobre una lnea de conduccin hidrulica, originada por

un muro que transmite una carga lineal = 15 t/m

Esf. A Esf. B

x= 2 y= 8 z = 5 x= 2 y= 4 z = 5

m= x/z = 2/5 = 0.40 Po=0.227 (Fadum) m= x/z = 2/5 = 0.40

Po=0.189

n = y/z = 8/5 = 1.60 n = y/z = 4/5 = 0.8

(Fadum)

z= (P/z) * Po = (15t/m / 5m) * 0.227 = 0.681t/m2 z=2* (P/z) * Po

=2*(15t/m /5m)

*0.189=1.134t/m2

1.134

lneas cargadas

0.681 0.681

A B D C

Tarea: Obtener los esfuerzos en D para x= 2, y= 2, z= 5

x=2, y=1, z=5

z = (P/z) * Po

Po = f(m, n)

Grficas de Fadum

m= x/z n = y/z.

Nota:

Los esfuerzos se calculan a partir

de una esquina de la lnea

cargada.

Ejemplo 3: Se va a construir un edificio de 6 niveles que trasmite una presin w= 6t/m2, en

un terreno de la siguiente estratigrafa:

Determinar:

1.- Esfuerzos por peso propio v, y v a lo largo del perfil en los puntos A, B, C, D, E y

F.

2.- Esfuerzos por sobrecarga a lo largo de la lnea vertical 1 y 2, en los puntos A, B, C, D, E

y F.

2 3

1

Df=0.5 m

Esfuerzos por peso propio

Esf. A

Esf. B Esf. C Esf. D

V = 0 V =1.45*1.50 =

2.175

V

=2.175+1.30*1.5=4.125

V

=4.125+1.6*0.5=4.925

u = 0 u = 0 u = 0 u = 1*0.5= 0.5

V =0 V = 2.175 V = 4.125 V = 4.915-0.5 =4.425

Esf. E

Esf. F

V =4.925 + 1.3 * 1.5 = 6.875 V =6.875 + 1.15 *6 = 13.775

u =1*2 =2 u = 1 * 8 = 8

V =6.875 -2 = 4.875 V = 13.775 - 8 =5.775

Esfuerzos por sobrecarga.

Punto 1

W = 6 t/m2

z

m= x/z n = y/z Wo z = W

*Wo 0 8/0= 10/0 = 0.25 1.5

1.5 8/1.5=3.375 10/1.5 =6.67 0.2463 1.478

3.0 8/3=2.667 10/3.0 = 3.33 0.2420 1.452

3.5 8/3.5=2.286 10/3.5 = 2.857 0.2420 1.452

5.0 8/5.0=1.60 10/5.0 = 2 0.2261 1.357

11.0 8/11.0=0.727 10/11.0= 0.909 0.1436 0.862

Y = 10

3

1

x = 8

Punto 2 rea 1 Area 2

x = 8

z

m= x/z n = y/z Wo z1 + z2 = zT

0 0.25 1.5 1.5 3.0

1.5 3.375 3.33 0.2439 1.463 1.463 2.926

3.0 2.667 1.67 0.2294 1.376 1.376 2.752

3.5 2.286 1.43 0.2235 1.341 1.341 2.682

5.0 1.60 1.00 0.1955 1.173 1.173 2.346

11.0 0.727 0.45 0.1034 0.620 0.620 1.240

Punto 3

x = 4 Area 1 Area2 Area3 Area4

z

m=

x/z

n =

y/z

Wo z1 + z2 + z3 + z4

= zT

0 0.25 1.5 6

1.5 2.67 3.33 0.242 1.452 5.80

8

3.0 1.33 1.67 0.215

1

1.290

6

5.16

2

3.5 1.14 1.43 0.202

8

1.22 4.88

5.0 0.80 1.00 0.159

8

0.96 3.84

11.0 0.36 0.45 0.071

1

0.427 1.70

8

Area 1

Area 2

y=5

2

y=

5

W= 6

t/m2

Area 1 Area 4 Area 2

W= 6 t/m2

y = 5

Area 1 Area 3

3

Area 2 Area 4

W=6t/m2

BULBOS DE PRESIN.

Los esfuerzos producidos por sobrecarga uniformemente distribuida, se trasmiten al

subsuelo por medio de bulbos de presin, cuya magnitud se va disipando con la

profundidad y al alejarse de la carga:

Bulbos de presin de Boussinesq.

Bulbos de presin de Westergaard.

CIMENTACIONES

Las cimentaciones tienen por finalidad recibir las cargas de la estructura y transmitirlas al

terreno de cimentacin en un rea mayor, para que los esfuerzos no rebasen la capacidad de

carga del terreno de apoyo y para que los asentamientos estn dentro de rangos tolerables

por la estructura.

Clasificacin de las cimentaciones

Superficiales Df < 2B (profundidad mxima del orden de 5m)

Zapatas aisladas (concreto)

Zapatas corridas (mampostera o

Df concreto)

Losas de cimentacin (concreto)

Cajn de cimentacin (concreto armado

B y hueco)

Zapatas aisladas (de concreto). Este tipo de cimentacin se recomienda cuando el terreno

de apoyo sea de buena calidad y las cargas de la estructura pequeas.

Zapatas corridas (mampostera o concreto). Se utilizarn estas cimentaciones cuando el

terreno de apoyo sea de buena calidad y se tengan varias columnas alineadas en ejes

principales, por ejemplo en naves industriales. Lo anterior permitir incrementar la rigidez

de la cimentacin al tener un elemento estructural continuo, en lugar de construir zapatas

aisladas para bajar la carga de cada columna.

Losas de cimentacin (de concreto). Se emplearn en terreno de apoyo de mala calidad o

cuando las cargas de la estructura sean de cierta consideracin, que requiera minimizar la

presin en el terreno de apoyo, ya sea por capacidad de carga o por hundimientos.

Profundas: Se utilizan cuando el terreno superficial es de mala calidad o las cargas que

transmite la estructura son muy grandes, que obligan a buscar estratos resistentes a mayor

profundidad.

Pilotes (punta y friccin): pueden ser de concreto o acero, de dimetro variable entre 0.3 y

1.00 m.

Pilas: generalmente se construyen de concreto, de 1.00 a 2.00 m de dimetro.

Cilindros: son de concreto armado y huecos, dimetro variable entre 3.00 y 6.00 m.

Cimentaciones compensadas

Estas cimentaciones se utilizan tradicionalmente en terrenos compresibles, en los cuales se

deber reducir la presin a nivel de desplante para evitar asentamientos excesivos.

En este tipo de cimentacin se busca que la carga total de la estructura Wt, incluyendo su

cimentacin, sea compensada total o parcialmente por el peso del terreno excavado para

alojarla. As se tienen tres tipos de cimentaciones:

Parcialmente compensadas

Totalmente compensadas

Sobrecompensadas

Cimentaciones parcialmente compensadas. La carga de la estructura se compensa

parcialmente con la excavacin del terreno, la diferencia es transmitida al subsuelo.

Wt > Peso suelo excavado ( m . vol)

Cimentaciones totalmente compensadas. La carga de la estructura se iguala a la descarga

que origina la excavacin del terreno.

Wt = Peso del suelo excavado

Cimentaciones sobrecompensadas. La carga de la estructura es menor que el peso del

terreno excavado para alojar el cajn de cimentacin.

Wt < Peso del suelo excavado

W

t

Df

W

t

Df

W

t

Df

W

t

Ejemplo: Se tiene programado construir un edificio de 4 niveles en un rea de 1000m2

(25x40m), el cual tiene un peso de 1.75 t/m2/nivel. El terreno de cimentacin est

constituido por una arcilla de consistencia blanda (zona de lago virgen), se propone una

cimentacin totalmente compensada para minimizar los hundimientos.

El peso de la estructura no toma en cuenta su cimentacin, para esta ltima considere

muros y losas de 50cm de espesor. Determinar a que profundidad deber desplantarse el

cajn para lograr una compensacin completa.

L = 40m

0

3m

Df 3

arcilla CH de

B = 25m consistencia blanda

m = 1.2 t/m3

c = 3.5 t/m2

15 m

METODOLOGA:

1.- Se propone un Df y se evala la compensacin, el peso debe incluir la cimentacin.

Sea Df = 3.00 m.

Peso estructura = 1.75* (25*40)* 4 = 7000 t

Peso cimentacin = losas = 2*[0.5*25*40]*2.4 = 2400 t

muros longitudinales = 4* [0.5*2*40] *2.4 = 384 t

muros transversales = 2* [0.5*2*25] *2.4 = 120 t

Peso total = 9904 t

Descarga = Vol. * m = (40*25*3)*1.2 = 3600t NO PASA

Wt = Vol * m

excavado

Sea Df = 6.00 m.

Peso estructura = ...................................................7000 t

Peso cimentacin. losas....................................................................2400t

- muros longitudinales = 4*[0.5*5*40]*2.4 = 960t

- muros transversales = 2*[0.5*5*25]*2.4 = 300t

Wt = 10660t

Descarga:

3m

m * vol = [40*25*3]*1.2 = 3600t

m * vol = [40*20*3]*1.2 = 3600t

Si el cajn es impermeable se tiene una

Fuerza de flotacin = o * vol = 1*40*25*3 = 3000t

Descarga total = 10200 t

OK

3m

Sea Df = 6.2m

Peso estructura.................................7000t

losas.........................................2400t

Ciment. muros long 4[0.5*5.2*40]*2.4= 994.4t

Muros trans 2[0.5*5.2*25]*2.4=312.0t

Wt2=10710.4t

Descarga: (40*25*3)*1.2 = 3600t

(40*25*3.2)*1.2 = 3840t

Subpresin: (40*25*3.2)*1 = 3200t

10640 t

Df

Wt

-

Des

carg

a

CAPACIDAD DE CARGA

Las cimentaciones tienen por finalidad recibir las cargas de la estructura y transmitir las

presiones al terreno de cimentacin en un rea mayor, para que los esfuerzos sean

compatibles con la capacidad de carga o de sustentacin del terreno de apoyo, y para que

los hundimientos que originen dichos esfuerzos estn dentro de rangos tolerables por la

estructura.

As en el diseo de cimentaciones se debern analizar dos aspectos fundamentales del

terreno de apoyo:

- La capacidad de carga - Los asentamientos

TIPOS DE FALLAS EN CIMIENTOS

Formas de fallas de cimentaciones por capacidad de carga.

Teora de plsticidad

En la rama de las matemticas aplicadas a la solucin de problemas del medio continuo,

Prandtl estudi en 1921 la indentacin de un slido rgido perfecto en un medio

homogneo, semi-infinto e istropo, y obtuvo la frmula de capacidad de carga crtica

siguiente (qc):

B

qc = (+ 2) c qc

Donde qc = capacidad de carga crtica

c = cohesin del medio

zona estado zona estado zona estado

plstico activo plstico radial plstico pasivo

Teora de Terzaghi

En 1943 Terzaghi adapt la teora de Prandtl para aplicarla a los suelos cuya ley de

resistencia al esfuerzo cortante es:

B S = c + tan

Df qc

m .Df E

plstico activo radial plstico pasivo

Hiptesis de la teora de Terzaghi:

1.- No existe resistencia al esfuerzo cortante del suelo arriba de la profundidad de

desplante, nicamente se considera como una sobrecarga de valor m * Df.

2.- A lo largo de la superficie de falla se desarrollan los estados plsticos de

Rankine.

3.- El cimiento es de longitud infinita.

4.- La superficie de contacto entre suelo y cimiento es rugosa.

5.- La carga se distribuye uniformemente.

As obtuvo la siguiente expresin para capacidad de carga crtica qc.

qc = C Nc + m Df Nq + B N

Donde:

C = cohesin del suelo.

m Df = presin a nivel de desplante.

= peso volumtrico del suelo de apoyo.

B = ancho del cimiento.

Cimentacin cuadrada qc =1.3 C Nc + m Df Nq + 0.4 B N

Cimentacin circular qc =1.3 C Nc + m Df Nq + 0.6 D N

Suelo cohesivo = 0o

Nc = 5.7

Nq = 1.0 qc = 5.7 C + m Df

N = 0

Tabla. Factores de capacidad de carga usados en las ecuaciones anteriores para condiciones

de falla general Nc, Nq, N, y condiciones de falla local Nc , Nq , N .

Nc Nq N Nc Nq N

0 5.7 1.0 0.0 5.7 1.0 0.0

5 7.3 1.6 0.5 6.7 1.4 0.2

10 9.6 2.7 1.2 8.0 1.9 0.5

15 12.9 4.4 2.5 9.7 2.7 0.9

20 17.7 7.4 5.0 11.8 3.9 1.7

25 25.1 12.7 9.7 14.8 5.6 3.2

30 37.2 22.5 19.7 19.0 8.3 5.7

34 52.6 36.5 35.0 23.7 11.7 9.0

35 57.8 41.4 42.4 25.2 12.6 10.1

40 95.7 81.3 100.4 34.9 20.5 18.8

45 172.3 173.3 297.5 51.2 35.1 37.7

48 258.3 287.9 780.1 66.8 50.5 60.4

50 347.5 415.1 1153.2 81.3 65.6 87.1

Nc Factores de capacidad Nq de carga que depende N del ngulo .

Teora de Meyerhof.

En 1951 Meyerhof tom en cuenta la resistencia al esfuerzo cortante del suelo arriba de la

profundidad de desplante.

a) Cimientos superficiales ( Df B ).

Factores de profundidad:

dc = 1 + 0.2 N (Df / B)

dq = d = 1 para = 0 (suelo cohesivo)

dq = d = 1 +0.1 N (Df / B) para > 10

N = tg2 (45+ ( / 2))

Factores de forma (emprico)

c = 1 + 0.2 N B/L

q = = 1 para = 0 (suelo cohesivo)

q = = 1 + 0.1 N B/L

qc = C Nc + m Df Nq + B N

Nc, Nq, N } Factores de

capacidad de

carga

b) Cimientos profundos Df >> B

Teora de Skempton.

Skempton propone para suelos cohesivos una ecuacin similar a la de terzaghi.

Capacidad de carga admisible.

Las capacidades de carga definidas con las teoras anteriores, son valores lmites que

debern reducirse para obtener la capacidad de carga admisible o de trabajo; es comn

utilizar en el caso de diseo de cimentaciones el factor de seguridad FS = 3.

a) Cimentaciones en suelos cohesivos.

qc = C Nc + m Df

qadm = (C Nc / FS) + m Df

b) Cimentaciones en suelos friccionantes o cohesivo friccionantes:

qc = C Nc + m Df Nq + B N

qc = C Nc* + m Df Nq*

Nc* y Nq* } Factores de capacidad de carga para

cimientos profundos.

Esta frmula se aplica cuando los pilotes penetran en el

estrato resistente a una profundidad:

D = 4d N d = dimetro de pilote.

qc = C Nc + m Df

En la cual el factor Nc depende de

la relacin D / B; donde D es la

profundidad en la que el cimiento

queda empotrado en el estrato

resistente.

qadm = qc / 3

Ejemplo 1. Se va construir una nave industrial en un rea de 280 m2 (10x28m), el proyecto

contempla columnas a cada 7 m en sentido longitudinal, con una carga de 20 t por columna

y un momento a nivel de desplante de 5 t-m. Las cargas anteriores no toman en cuenta ni el

peso de la cimentacin ni del relleno sobre la misma.

Elementos sobre la cimentacin

20 t 20 t

5 t-m

28 m

10 m

Estratigrafa

SCE PCA-1

25 50 kg/cm2

0 0.6 xx relleno 1.6 -- -- -- -- --

--

arcilla

2.7 CH 1.3 56 60 20 2 0

97

Toba

5 arcillosa 1.5 13 45 15

3.8 16 81

CL

7.8

Arena 1.6 15 -- -- 0 28

6

8.2

10 Arcilla

11 CH 1.25 65 73 33 3 0

96

m w% LL LP C %F

(t/m3) (t/m3) 0

1.-PROPUESTA DE CIMENTACIN

Zapata corrida de concreto Df = 3.00 m y B = 2.00 m

0.4m

3m

0.4m

2m

20 t

e 20t

5 t - m

A *

20 t

Nota: para tomar en cuenta la excentricidad se reducir el ancho efectivo de la cimentacin

por un ancho equivalente.

B = B 2e

B = 2.0 2 (0.25) = 1.5 m

2.- CAPACIDAD DE CARGA.

Utilizando la frmula general de Terzaghi.

qc = CNc c + m Df Nqq + B N

= 160 Nc = 11.63

Nq = 4.34 Factores de capacidad de carga.

N = 3.06

c = 1 + (B/L) (Nq/Nc) = 1 + (2/28) (4.34/11.63) = 1.027

q = 1 + (B/L) tan = 1 + (2/28) tan 160 = 1.02 Factores de forma

= 1 - 0.4 (B/L) = 1 0.4(2/28) = 0.97

Df / B = 3/2 = 1.5 < 2 cimentacin

superficial

MA = F* e

e = M/F = 5/20 =

0.25m

qc = 3.8*11.63*1.027 + 4.14*4.34*1.02 + *1.5*1.5*3.06*0.97 = 67.05

m*Df = 1.6*0.6 +2.1*1.3 + 0.3*1.5 = 4.14 t/m2

3.- ESFUERZOS EN EL TERRENO

0.4m

2.6m

0.4m

2m

Esfuerzos: = P/A +- My/I

= 410/(1.5*28) +- (5*0.75) / [(28*1.53)/12] = 9.76 +- 0.48

mx. = 9.76+0.48 = 10.24 t/m2

< qadm ok

mn. = 9.76 0.48 = 9.58 t/m2 < qadm ok

9.28 t/m2

10.24 t/m

2

CLCULO DE ASENTAMIENTOS.

Tarea: Analizar, si la cimentacin se propone en arcilla a Df = 1.50 m., evaluar que ancho

equivale B.

qadm = qc / 3 = 22.35 t/m2

Peso de la estructura = 20t*5col = 100 ton

Peso cimentacin = [(2*0.4)+(2.6*0.4)]*28*2.4 = 123.65 ton

Peso relleno = [0.8*2.6*28]*2*1.6 = 186.37 ton

= 410 ton.

Capacidad de carga de pilotes.

Segn su forma de trabajo, los pilotes se divisen en:

- Punta. - Friccin.

Pilotes de punta. Estos elementos desarrollan su capacidad de carga a travs de su punta,

por lo que su capacidad se obtiene mediante la siguiente expresin:

Suelo

blando

D

Qp

Para determinar la capacidad de carga del terreno de apoyo qc, se pueden utilizar las

siguientes formulas:

Terzaghi: qc = 1.3 C* Nc + Df Nq + 0.6 d N

Nc

Nq factores que dependen de

N

Meyerhof : qc = C N*c + Df N

*q

N*c y N

*q factores que dependen de , siempre y cuando el pilote penetre en el

estrato resistente una profundidad D = 4d *tan( 450 + /2)

Donde d= dimetro del pilote

Qp = qc * Ap

Donde: Qp =capacidad de carga por punta del pilote

qc = capacidad de carga del terreno de apoyo

Ap = rea de la punta.

Qp adm = Qp/ 3

Grupo de pilotes de punta

a) Cimentacin sobre un depsito homogneo.

* * * *

* * * *

L

* * * *

* * * *

* * * *

B Qp

Planta del cimiento

Qp grupo = Qp adm pilotes

Asentamientos t = pilote + elstico del estrato resistente de apoyo

pilote = Qpadm pilote / Ap * 1 / E * L

Donde Ap = rea de la punta del pilote.

E = mdulo elstico del concreto = 10 000 f`c

elstico del suelo = Qp adm pilote / Ap (1- 2)/E d *0.85

Donde E y = propiedades elsticas del terreno de apoyo

d = dimetro del pilote.

b) Cimentacin sobre un depsito estratificado.

* * * *

* * * *

L

Lc * * * *

* * * *

* * * *

Qp

B

Qp grupo = Qp adm pilote

Suelo Blando

Estrato resistente

Espesor mnimo

1 vez B

Suelo Blando

Estrato resistente

Arcilla blanda

Asentamientos t = pilote + elstico estrato resistente + consolidacin arcilla

consolidacin de la arcilla: considerar una sobrecarga p

aplicada a nivel de

desplante de los pilotes y calcular

asentamientos por consolidacin en

la arcilla.

p = Qp admpilote / rea cimiento (B*Lc)

Pilotes de friccin. Estos elementos desarrollan su capacidad de carga a travs de la

adherencia entre el suelo y el area lateral del pilote, su capacidad de carga se obtiene

mediante la siguinte expresin:

Qfu = a * l

Suelo

L blando

d

Fs

dLCu ** Q admfu

Donde Qfu= Capacidad de carga por friccin del pilote

a = adherencia entre pilote y suelo

l = rea lateral del pilote = * d *L

Por su parte a = * Cu

= 1 Reglamento D.F.

Donde = coeficiente= 1 Peck para Cu < 4.5

= 0.45 Skempton (pilotes con

perforacin previa).

Cu = resistencia en prueba triaxial UU

Qfu

Grupo de pilotes de friccin.

* * * *

* * * *

* * * * Qfu L

* * * *

B

+ + + + +

+ + + +

Qfu grupo = Qfu adm pilote

Asentamientos:

Terzagui: aplicar p a 1/3 L y calcular asentamientos por consolidacin

Tmez: aplicar p en la punta y calcular asentamiento por consolidcin.

p = Qfu adm pilote

Area cimiento (B*Lc)

o tomar la menor

p = Primetro * L * Cu

B *Lc

arcilla

Lc

CIMENTACIONES PROFUNDAS

Este tipo de cimentaciones se utilizan en terrenos de mala calidad o cuando las cargas que

bajan de la estructura son muy grandes, las cuales se requiere transferir a travs de

depsitos de suelo de baja resistencia al esfuerzo cortante y/o de alta compresibilidad, hasta

apoyarse en estratos mucho ms resistentes.

Pilotes y pilas. Los pilotes y las pilas son cimentaciones profundas cuyo dimetro es menor

de 60 cm para los primeros, y entre 60 cm y 3.00 m para las segundas; se clasifican en

funcin de los siguientes parmetros:

- La forma de trabajo - El material de fabricacin - El procedimiento constructivo

Forma de trabajo. Las cimentaciones profundas transmiten la carga vertical a travs de su

punta a estratos resistentes profundos o por friccin lateral al suelo que los rodea.

Los pilotes de punta se utilizan par transmitir el peso de la estructura a travs de suelos

compresibles de gran espesor, para apoyarse en estratos profundos de suelo resistente. Por

su parte los pilotes de friccin se utilizan cuando no se encuentra ningn estrato resistente a

profundidades razonables para apoyar los pilotes de punta.

suelo suelo blando

compresible

Suelo

resistente

Pilote de punta Pilote de friccin

Las pilas de punta se utilizan cuando las cargas de la estructura son grandes y adems se

tienen suelos blandos y compresibles.

suelo suelo

compresible compresible

suelo

resistente

Pilas de punta

Material de fabricacin. Las pilas se construyen siempre de concreto simple o reforzado

colado en el lugar, mientras que los pilotes pueden ser de concreto (prefabricado o colado

en el sitio), de acero, de madera y mixtos (concreto y acero). A continuacin se describen

estos elementos:

Pilas y pilotes de concreto colados en el sitio. Estos se construyen generalmente de

concreto reforzado, empleando el mtodo de colado con tubo tremie

Pilotes prefabricados de concreto. Se fabrican generalmente de concreto reforzado, cuyo

acero puede ser presforzado o postensado, empleando cemento normal tipo I o tipo IV

resistente a los sulfatos.

Segn su seccin transversal pueden ser cuadrados, triangulares, hexagonales, circulares,

etc.

Pilotes de acero. Pueden ser de seccin estructural ligera o pesada, dependiendo de la carga

que transmitirn. Se utilizan generalmente perfiles H y tubos de acero que pueden quedar

huecos o rellenarse con concreto.

Las ventajas de estos pilotes es su facilidad de maniobra y la rapidez con que se pueden

unir en tramos, adems que pueden atravesar con relativa facilidad estratos duros. Su

desventaja es que son susceptibles de corrosin principalmente en ambientes marinos.

Pilotes de concreto y acero. En general se utilizan poco, se construyen de tramos de

concreto que tienen puntas de acero para proteccin durante el hincado.

Pilotes de madera. Se utilizan poco ya que han sido sustituidos por los pilotes de concreto,

su principal desventaja es que son atacados por microorganismos y duran poco.

Procedimiento constructivo. Las pilas se fabrican de concreto simple o reforzado, coladas

en una perforacin realizada previamente por lo que no hay desplazamiento lateral del

suelo que las rodea. Los pilotes pueden ser prefabricados e hincados posteriormente o

colados en el sitio; el procedimiento constructivo de las pilas y los pilotes depende en gran

medida de las condiciones estratigrficas del sitio, a continuacin se describen estos

procedimientos:

Pilotes hincados a percucin. El pilote se sostiene verticalmente con una estructura gua en

la que desliza el martillo de impacto con el que se hinca el pilote. Cuando existen

restricciones verticales de espacio y no se puede manejar el pilote en su longitud total, se

pueden hincar en tramos unidos con una junta rpida o por medio de placas sujetadas en los

extremos que permiten soldarse en la medida que se hinca el elemento.

Pilotes hincados a presin. Este procedimiento se emplea comnmente en recimentaciones

y consiste en hincar el pilote en tramos, utilizando un pistn hidrulico y un marco de carga

que puede muy bien reaccionar contra la cimentacin de la estructura a reforzar.

Pilotes hincados con vibracin. Se utiliza en suelos granulares en los que el pilote se hinca

con un vibrador pesado de frecuencia controlada, generalmente se utiliza en pilotes

metlicos.

Pilotes hincados en una perforacin previa. Los pilotes descritos anteriormente producen

desplazamiento del suelo durante el hincado, siendo necesario en algunas ocasiones

realizar una perforacin previa que puede requerir estabilizacin con lodo bentnitico o

con el mismo suelo arcilloso, mezclado con agua previamente. Los casos en los que suele

requerirse perforacin previa son los siguientes:

a) Cuando el hincado de los pilotes sin perforacin previa reduce la resistencia al esfuerzo cortante.

b) Cuando el pilote debe atravesar estratos duros que puedan daarlo estructuralmente.

c) Cuando el nmero de pilotes por hincar es alto y los desplazamientos acumulados puedan provocar el levantamiento del terreno con el arrastre de los

pilotes previamente hincados o con dao a las estructuras vecinas.

d)

Pilotes hincados con chifln. Este procedimiento se utiliza para el hincado de pilotes en

arena, consiste en inyectar agua a presin que sale por la punta del pilote que erosiona y

transporta a la superficie las partculas de suelo, a la vez se aplican impactos con un

martillo o excitacin con un vibrador.

Pilotes y pilas de concreto colados en el lugar. Estos elementos se construyen realizando

una perforacin previa que despus es rellenada con el concreto, por lo que no producen

ningn desplazamiento del suelo que los rodea.

MATERIALES DE CONSTRUCCIN DE PILAS Y PILOTES.

Los materiales con los que se construyen los pilotes y las pilas son los siguientes:

- Acero de refuerzo - Concreto - agua - agregados (grava - arena)

- cemento

- aditivos

Acero de refuerzo.

El acero de refuerzo deber habilitarse, cortarse, doblarse, armarse y colocarse segn lo

indiquen los planos estructurales.

Traslapes. Cuando un elemento estructural requiera varillas de mayor longitud que las que

existen en le mercado, se recurre a traslaparlas o a empalmarlas.

Para varillas del No.8 y menores se recomienda usar traslapes de longitud equivalente a 45

dimetros, si el acero trabajar a tensin; y de 30 dimetros en compresin, aunque nunca

menores de 30 cm.

Para varillas del No.10 o mayores se recomienda el soldado de las mismas.

Ganchos y dobleces. La geometra de ganchos y dobleces se indica en la siguiente figura:

Tabla Geometra de ganchos y dobleces en varillas.

Varilla No dh Ganchos a 90 Ganchos a 180

a (cm) j (cm) a (cm) j (cm) h (cm)

2

2.5

3

4

5

6

7

8

9

10

12

6 dv

6 dv

6 dv

6 dv

6 dv

8 dv

8 dv

8 dv

10 dv

10 dv

10dv

9

11

14

19

23

27

32

37

42

47

58

10

13

15

21

27

32

37

42

49

59

71

10

12

13

15

18

20

25

33

38

50

60

5

6

8

10

13

15

18

25

29

39

50

9

10

10

12

13

15

18

23

26

32

40

Recubrimiento y espaciamiento. Se denomina recubrimiento al espesor de concreto

ubicado entre la cara exterior del elemento de concreto y la del acero de refuerzo ms

cercano, cuyo objetivo es proteger al acero de los agentes ambientales o qumicos para

evitar que se produzca corrosin. Se recomiendan los siguientes recubrimientos:

Elemento Ambiente no agresivo Ambiente agresivo

Pilote

Pila

5 cm

7.5 cm

7.5 cm

10 cm

La separacin libre entre varillas paralelas no debe ser menor de:

. El dimetro nominal de la varilla

. 1.5 veces el tamao mximo del agregado

. 2.5 cm

La separacin entre estribos no debe ser mayor de:

. 16 veces el dimetro de la varilla longitudinal

. 48 veces el dimetro del estribo

. La dimensin menor del elemento

Concreto.

El concreto est integrado por el cemento, agua, agregados y aditivos; la resistencia ser la

que especifique el proyecto.

Cemento.

Tipo I. Condiciones normales

TipoII. Resistencia moderada a los sulfatos o calor de

hidratacin moderado

Tipo III. Resistencia rpida

Tipo IV. Alta resistencia a los sulfatos

Agua.- para la fabricacin del concreto deber ser potable, limpia y libre de contaminantes.

Agregados para concreto.- grava y arena, recomendndose un tamao mximo de 2/3" la

abertura mnima entre en acero de refuerzo o el espesor del recubrimiento.

Aditivos. Son sustancias qumicas o minerales que se agregan al concreto para modificar

sus propiedades; incluyen los siguientes:

Aditivos qumicos: Reductor de agua

Retardante de fraguado

Acelerante de fraguado

Inclusor de aire: Se recomienda cuando los agregados puedan

reaccionar con los alcalis del cemento, o cuando el concreto este

sometido a condiciones climticas severas, incluyendo medios con

alto contenido de sulfatos. Este aditivo tiene presentacin lquida que

se incorpora al agua de la mezcla.

Aditivos minerales: son polvos con finura menor a la del cemento que

se utilizan para mejorar alguna propiedad fsisca.

Inertes : bentonita, cal, tobas, etc.

Puzolanas: cenizas, vidrio volcnico, pmez, etc.

Cementantes: cemento de escoria

Especificaciones granulomtricas de agregados para concreto hidrulico.

PILOTES DE CONCRETO PRECOLADOS

El diseo de estos pilotes deber tomar en cuenta los esfuerzos de manejo e hincado,

adems de las cargas que le transmitir la estructura.

- Fabricacin.

a) Camas de colado. Son firmes de concreto de 5 a 10 cm de espesor, que sirven para el apoyo de los moldes de concreto.

b) Moldes. Utilizados para resistir el concreto, pueden ser de madera, lmina, plastico, etc.

Los pilotes ms comunes se fabrican de las siguientes secciones transversales: cuadrada,

hexagonal, octagonal y en algunas ocaciones circular.

Para facilitar el descimbrado del pilote, los moldes se debern recubrir interiormente

empleando grasa, aceite quemado, parafina, etc.

c) Acero. Deber estar libre de oxidos, aceite, grasa o sustancias extraas que afecten su

adherencia con el concreto.

d) Concreto. Con la resistencia fc que especifique el proyecto, debiendo realizar el colado en forma continua y tener especimenes de concreto para verificar la calidad del

elemento.

- Equipo.

Gras: Son maquinas que sirven para el izado y manejo de equipos pesados.

Marca Modelo Capacidad (t) Peso (t)

Link belt

Bucyras Erie

Link belt

P H

Link belt

LS 108-B

61 B

LS 118

670 WCL

LS 318

45

66

60

70

80

38

67

55

60

63

Perforadoras: Son equipos utilizados en la perforacin del terreno para facilitar el

hincado de pilotes, hasta alcanzar los estratos resistentes, asegurando la

verticalidad del elemento y para evitar el desplazamiento lateral del

suelo que provoca levantamiento alrededor del pilote penetrado.

La perforacin puede ser:

- Extrayendo el material y sin ademe - Extrayendo el material y con ademe - Remoldeando el suelo con una broca espiral sin extraer el material

Marca Modelo Tipo

(montado en)

Par (t-

m)

Dimetro perfor. Profundidad

mx. (m) mn (m) mx (m)

Calweld

Watson

Watson

Watson

Soilmec

Soilmec

Sanwa

Casagrande

Casagrande

Casagrande

Casagrande

200 B

2000

3000

5000

RTA/S

RT3/S

D40K

CBR 120

CBR 12Q

CADRILL 12

CADRILL 21

camin

camin

camin

camin

camin

gra

gra

gra

gra

gra

gra

10

10.8

13.8

18.4

10.5

21.0

1.8

12.0

12.0

12.0

21.0

0.30

0.30

0.30

0.30

0.30

0.50

0.30

0.45

0.45

0.45

0.45

1.20

1.50

1.50

2.00

1.50

2.50

0.60

1.50

1.50

2.00

2.50

26.0

32.0

32.0

35.0

32.0

42.0

40.0

32.0

32.0

42.0

42.0

Vibrohincadores. Son mquinas utilizadas para el hincado o extraccin de tubos y perfiles

de acero; para trabajar el vibrohincador se cuelga de una gra mvil.

Tipos de vibrohincadores

Marca Modelo Peso (kg) Momento

excntrico (kg-m)

Frecuencia

mxima (rpm)

ICE

ICE

ICE

ICE

ICE

TOMEN VIBRO

TOMEN VIBRO

TOMEN VIBRO

TOMEN VIBRO

MULLER

MULLER

MULLER

MULLER

MULLER

PTC

PTC

PTC

PTC

PTC

116

216

416

815

1412

VM2-400

VM2-500

VM4-10000

VM2-25000

MS-5 HV

MS-20 H

MS-50 H

MS-60 E

MS-60 TWIN

10 A2

20 A2

20 H4

40 A2

40 HA

1542

2050

5400

6670

11800

3522

5100

8450

7590

800

2700

6500

7200

20000

2350

3700

4500

7400

10500

7.0

11.5

20.7

46.1

115.2

-

-

-

200.0

5.8

20.0

50.0

71.0

142.0

-

-

-

-

-

1600

1600

1600

1500

1250

1300

1800

1100

620

1762

1762

1653

1500

1500

1140

1100

1450

1045

1450

Martillos. Son equipos que generan impactos para hincar pilotes, tubos, tablestacas, etc.

Los martillos golpeadores inicialmente fueron masas de cada libre, posteriormente se

utiliz vapor de agua y aire comprimido, recientemente se han desarrollado los de

combustin interna que utilizan diesel como energtico.

Para el hincado eficiente del pilote se recomienda que el peso del pistn sea de 0.30 a 0.50

del peso del pilote.

Tipos de martillos piloteadores diesel

Marca Modelo Peso del

pistn

(kg)

Energa por

golpe (kg-m)

Peso mx

de pilote

(kg)

Relacin de

pesos

pistn/pilote

Peso del

martillo

(kg)

DELMAG

DELMAG

DELMAG

DELMAG

DELMAG

DELMAG

DELMAG

KOBE

KOBE

KOBE

KOBE

MITSUBISHI

MITSUBISHI

MITSUBISHI

MITSUBISHI

D5

D12

D22-13

D30-13

D36-13

D46-13

D62-12

K13

K25

K35

K45

MH15

MH25

MH35

MH45

500

1250

2200

3000

3600

4600

6200

1300

2500

3500

4500

1500

2500

3500

4500

1250

3125

6700-3350

9100-4450

11500-5750

14600-7300

22320-11160

3700

7500

10500

13500

3900

6500

9100

11700

1500

4000

6000

8000

10000

15000

25000

-

-

-

-

3800

6300

8800

11300

0.30

0.31

0.37

0.38

0.36

0.31

0.25

-

-

-

-

0.39

0.40

0.40

0.44

1240

2750

5160

5960

8050

9050

12800

2900

5200

7500

10500

3800

6000

8400

11100

Dispositivos para el manejo e hincado de pilotes.

a) Resbaladeras b) Gorros de proteccin

CONSTRUCCION DE PILAS

Se construyen de concreto simple o reforzado colado en el sitio, rellenando una perforacin

realizada previamente, la cual puede ser ademada o sin ademar dependiendo de la

estabilidad del subsuelo.

El mtodo constructivo de las pilas est influenciado por los siguientes factores:

- La estratigrafa (uso de ademe metlico o lodos) - La posicin del NAF (empleo de bombeo) - La profundidad y caractersticas del estrato resistente de apoyo - Las tolerancias permisibles (asentamientos, contaminacin, vibracin, etc.) - La presencia de construcciones o instalaciones cercanas a la obra.

El comportamiento de una pila colada en el lugar depende fuertemente del procedimiento

constructivo, cuyas actividades incluyen las siguientes:

1. Perforacin cilndrica vertical de las dimensiones que especifique el proyecto (dimetro y profundidad).

2. Habilitado, armado y colocado del acero de refuerzo perfectamente centrado en el interior de la perforacin.

3. Colocacin del concreto en el barreno de manera continua evitando segregacin. 4. Verificacin de la calidad del concreto colado (obtencin de corazones o

pruebas no destructivas).

Perforacin del terreno.

La perforacin es la etapa inicial en la construccin de las pilas y consiste en formar un

agujero en el terreno evitando en lo posible la sobreexcavacin, posteriormente se coloca el

material que formar la pila: concreto simple, reforzado, ciclpeo, etc.

Las dimensiones de la perforacin son definidas mediante el proyecto y su seccin

transversal puede tener ampliacin en su base, en forma de campana.

La perforacin puede efectuarse utilizando mquinas perforadoras mediante dos

procedimientos:

. Percusin

. Rotacin

Las mquinas de percusin hincan la herramienta de corte (pulsetas) mediante impactos, su

aplicacin principal es en rocas.

Las mquinas de rotacin perforan al hacer girar una barra o barretn en cuyo extremo

inferior se encuentre un cortador que penetra el terreno.

La herramienta de avance puede ser la siguiente.

Brocas espirales. Pueden ser cilndricas o cnicas y estn formadas por una hlice

alrededor de una barra central, el corte se efecta con dientes o cuchillos de acero ubicados

en la parte inferior de la broca.

Los espirales cilndricos se emplean para perforar suelos cohesivos, mientras que las barras

cnicas se utilizan en terrenos duros o donde existen boleos.

Botes cortadores. Son cilindros de acero con una tapa articulada en su base, donde se

localizan los elementos de corte y las trampas para contener el material cortado. Esta

herramientas sirven en suelos cohesivos y friccionantes.

Trpanos. Son herramientas pesadas de acero que se dejan caer libremente y sirven para

romper rocas o boleos, y para empotrar las pilas en terrenos rocosos.

Excavadoras de almeja.

Se utilizan generalmente para excavar pilas de seccin rectangular u oblonga. Las almejas

estn integradas por dos quijadas mviles que se accionan con gatos hidrulicos; las

almejas estn adosadas al extremo inferior de un barretn o kelly rgido que se gua

tambin hidrulicamente. Estos equipos pueden tener capacidades del orden de las 45

toneladas.

Las almejas hidrulicas guiadas se utilizan para construir pilas de secciones transversales

variadas.

. Secciones transversales de pilas

Ademe

El empleo de ademe para estabilizar las paredes de la excavacin depende de las

caractersticas del subsuelo y de la presencia del nivel de aguas freticas; en suelos firmes y

duros en general no se requiere ademar, pero en suelos blandos y compresibles es frecuente

usar lodo bentontico o ademe metlico.

Los suelos firmes o compactos con o sin nivel fretico, que no presenten derrumbes o

socavaciones al ser cortados por la herramienta de perforacin, no requieren ademe.

Ejemplo de estos suelo son: Arcillas y limos firmes y duros, limos arenosos compactos y

tobas.

En excavaciones inestables es comn el empleo de ademe metlico o lodo de perforacin, a

continuacin se describe cada uno:

Ademe metlico. Son tubos de acero disponibles en diferente dimetro y espesor, este

ltimo depende de los esfuerzos a que estar sometido durante el hincado y la extraccin; la

longitud depende de las zonas inestables que haya que atravesar.

El hincado del tubo ademe se realiza con un martillo golpeador o un vibrohincador. El

trabajo puede efectuarse en un sola operacin o colocando varios tramos de ademe soldados

a tope o acoplados hasta lograr la profundidad requerida.

La extraccin del material del interior del ademe se puede efectuar con herramientas de

corte apropiadas. Los ademes metlicos pueden recuperarse al finalizar el colado de la pila

o pueden perderse.

Lodo de perforacin. Est constituido a base de bentonita mezclada con agua, cuyas

funciones son las siguientes:

- Estabilizar las paredes por la presin hidrulica que ejerce contra el propio terreno.

- Estabilizar el NAF al producir una pelcula plstica e impermeable que se infiltra en las paredes de la perforacin (cake)

.

- Remover y transportar recortes de suelo

- Enfriar y lubricar la herramienta de corte

- Contrarrestar subpresiones.

Colado de la pila .

Previamente al colado de la pila se deber limpiar perfectamente el fondo de la excavacin,

para eliminar el azolve o los recortes de la perforacin.

Existen dos mtodos para la colocacin del concreto: el colado en seco y el colado bajo

agua o lodo, a continuacin se describirn cada uno:

Colado en seco. La colocacin del concreto en seco debe realizarse evitando la

segregacin, por medio de bachas que se bajan con malacates o gras y se descargan en el

fondo. Tambin se pueden utilizar tuberas segmentadas conocidas como trompas de

elefante, o bien se pueden emplear bombas para concreto.

El concreto deber colocarse de manera continua para evitar las juntas fras.

Colado bajo agua o lodo. En este caso se utilizar un tubo tremie que est integrado por

tramos acoplables de 3 m de longitud, la tubera deber estar completamente lisa interior y

exteriormente.

En el extremo superior de la tubera se coloca una tolva cnica para recibir el concreto. Los

dimetros usuales de estas tuberas son de 20 a 25 cm y sus espesores de 6 a 8 mm.

Se busca colocar el concreto a partir del fondo de la perforacin, dejando el extremo

embebido en el fondo de la misma, cuya tubera se va levantando conforme el colado

progresa.

La diferencia de desniveles entre el concreto fresco (2.4 t/m3) y el lodo (1.04 t/m3), permite

el desplazamiento de este ltimo hacia la superficie en la medida que se llena la perforacin

de concreto.

Verificacin de calidad. Corazones concreto mtodos indirectos (vibracin o rayos G).