Actualización de procesos constructivos en pilotes de concreto

 

UNIVERSIDAD DE ORIENTE  FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA    TEMA:  “ACTUALIZACION DE PROCESOS CONSTRUCTIVOS EN  PILOTES DE CONCRETO EN LAS ZONAS: AREA  METROPOLITANA DE SAN SALVADOR, SAN MIGUEL Y LA  UNION EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION”    PARA OPTAR AL TITULO DE:  INGENIERO CIVIL    PRESENTADO POR:  JOSE LUIS BARRERA  PASTOR ENRIQUE DINARTE FUENTES  WILFREDO ERNESTO SORTO    SAN MIGUEL, ENERO 2008   

AGRADECIMIENTO   

 

 

 

A DIOS TODO PODEROSO, por haberme guiado durante el proceso de formación  con  la  luz  del  entendimiento  y  la  razón,  ya  que  sin  ti  no  hubiese  logrado  este  triunfo, y gracias a ti virgencita por habernos dado  tu hijo tan maravilloso que  nunca se olvida de nosotros.    A  MIS  PADRES:  ANA  GLADIS  BARRERA  SARAVIA  Y  SANTANA  DE  JESUS  MEJIA  BERMUDEZ,  por  haberme  apoyado  y  animado  en  los  momentos  más  difíciles  durante  mis  estudios  y  no  solamente  económicos,    sino  moral  y  espiritualmente, ya que nunca se han apartado de mi lado.      A  MI  HERMANO,  por  haberme  brindado  todo  su  apoyo  condicional  y  estar  siempre pendiente de mí durante mi vida.    A MIS ABUELOS, por haberme aconsejado y brindarme todo su amor mientras  estuvieron al lado nuestro.    A  MIS  TIOS,  quienes  estuvieron    pendiente  de  mi  desde  el  comienzo  hasta  el  final de mis estudios, gracias de corazón para todos ellos.    

AL  PADRE  ELISEO  RAMIREZ,  quién    estuvo    muy  pendiente  para  que  pudiera  lograr  mi  meta  y  por  sus  consejos  tan  valiosos  los  cuales  los  tengo  en  mí  corazón gracias infinitas por haberse preocupado mucho por mí.    A MIS AMIGOS, por  haberme apoyado siempre que necesite de su ayuda moral  para poder lograr este triunfo  tan maravilloso en mí vida.  JOSÉ LUIS BARRERA.                               

AGRADECIMIENTO    A  DIOS  TODO  PODEROSO:  Por  darme  la  vida,  por  permitirme  culminar  una  etapa importante en mi vida, en los momentos difíciles de la carrera tú me diste  apoyo,  ánimo  y  perseverancia  para  superar  todos  los  obstáculos  que  se  presentaron.     A  MI  ESPOSA:  Marina  Esther  Gómez  de  Dinarte,  por  apoyarme  en  todo  momento,  también  le  agradezco  la  confianza  y  paciencia  que  tuvo  para  apoyarme  y  hacerme  ver  que  hay  que  luchar  para  alcanzar  las  metas  que  nos  tracemos en nuestra vida.    A  MIS  HIJOS:  Enrique  Samuel  Dinarte  Gómez,  Fernando  Ariel  Dinarte  Gómez,  Andrea Lucia Dinarte Gómez. Por su apoyo y comprensión.    A  MIS  PADRES:  Pastor  Dinarte  y  Maria  Ester  Fuentes  de  Dinarte,  por  darme  todo su apoyo, amor, entrega, sacrificio y haberme inculcado buenos principios  y  el  deseo  de  superación  para  ser  un  hombre  de  bien  los  cuales  han  sido  fundamentales para este triunfo.    A  MI  HERMANO  Y  HERMANAS:  Alexander  Dinarte  Fuentes,  Isaura  Dinarte  Fuentes,  Sonia  Lorena  Dinarte  Fuentes,  Anabel  Dinarte  Fuentes,  Helen  Esther  Dinarte Fuentes, por su  apoyo y comprensión.   

A  MI  FAMILIA:  Gracias  por  todas  sus  muestras  de  afecto,  apoyo  y  haber  contribuido de una u otra manera durante el desarrollo de mi carrera.    A MIS AMIGOS: por  el apoyo desinteresado y solidaridad que me mostraron en  los momentos en que lo necesite.    Al  JURADO  EVALUADOR:  Ing.  Federico  Lowy,  Ing.  Gladis  Patricia  Batres  de  Rivera,  Ing.  David  Flores  Garay.  Gracias  por  compartir  sus  conocimientos  y  experiencias,  los  cuales  han  sido  fundamentales  para  culminar  con  éxito  nuestro trabajo de graduación.    PASTOR ENRIQUE DINARTE FUENTES.                       

 

AGRADECIMIENTO 

  A  DIOS  TODOPODEROSO:  Por  darnos  la  sabiduría  y  la  paciencia  para  realizar  nuestro  trabajo  de  graduación,  sin  la  ayuda  del  Él,  no  hubiésemos  llegado  a  cumplir nuestro objetivo.    A MI MADRE: Ana Miriam Sorto, por su ayuda y apoyo que me ha brindado, por  inculcarme  buenos  valores  y  motivarme  a  estudiar  y  saber  que  puedo  lograr  todo lo que me proponga en la vida.    A MI TÍA: Olga Marina Sorto, por su apoyo incondicional tanto emocionalmente  como  económicamente,  sin  su  ayuda  hubiese  resultado  difícil  finalizar  mi  carrera profesional.    A MI ABUELA: Clara Sorto, por sus consejos sabios que han sido muy útiles en  mi vida, por su ayuda económica y por todo el amor que me ha demostrado. Es  una  de  las  personas  que  más  admiro  y  que  ha  sido  fuente  de  inspiración  y  motivación en mi vida para seguir adelante.     A  MIS  FAMILIARES:  Mis  tíos/as,  primos/as  y  mis  hermanos  Ader  Josué,  Grecia  Iveth, Liliam Guadalupe, a todos ellos por su ayuda y contribución a lograr mis  metas.   

A MIS COMPAÑEROS DE TESIS: José Luis Barrera y Pastor Enrique Dinarte por su  voluntad,  sacrificio,  dedicación  y  responsabilidad  en  nuestro  trabajo  de  graduación.    A  MIS  COMPAÑEROS  DE  ESTUDIO  Y  AMIGOS:  Por  sus  aportes  y  la  amistad  brindada durante la carrera  universitaria.    AL  JURADO  EVALUADOR:  Ing.  Federico  Lowy,  Ing.  Patricia  de  Rivera,  David  Flores,  por  sus  valiosos  aportes,  sus  conocimientos  brindados,  además  agradecer  la  entereza  que  demostraron    cada  uno    ellos  por  el  tema  de  investigación, especialmente al Ing. Federico Lowy por el sacrificio y el tiempo  que nos brindó.    Al ing. Guillermo Moya, asesor de tesis;  ing. Humberto Barrera, ing. de campo  de Rodio Swissboring; ing. Melado, Residente del proyecto de pilotes metálicos  en Puerto Cutuco; Ing. Julio, Geotecnista de la Universidad Gerardo Barrios; Ing.  Arístides Perla; Arq. Milton Andrade; Arq. Felipe Ramos Ramírez, Residente del  proyecto Construcción del Hotel Trópico Inn; a todos ellos gracias por su valiosa  colaboración a nuestro tema de investigación.    WILFREDO ERNESTO SORTO.         

 

INDICE GENERAL  Pág.    CAPITULO I:     INTRODUCCION             

 

 

       

1.1 Planteamiento del problema ..…………………………………………. 

 

1 

       1.1.1 Situación problemática…..………………………………………..  

 

1 

       1.1.2 Enunciado del problema.……………………………………….…  

 

2 

1.2 Justificación..……………………………………..…………………………….. 

 

 3 

1.3 Objetivos.………………………………………….………..……………………. 

 

4 

1.4 Alcances y limitaciones…………………………………………………….. 

 

5 

 

7 

 

8 

       2.2.1 Antecedentes…………………….….………………………………….. 

 

9 

       2.2.2 Investigaciones descriptivas sobre pilotes en el país….. 

 

10  

       2.2.3 Uso de pilotes …………………………………………................... 

 

11 

  CAPITULO II: CIMENTACIONES PROFUNDAS  2.1 Marco Normativo         2.1.1 Antecedentes…….…………………………………….…………………..         2.1.2 Manuales y Reglamentos Internacionales, utilizados          en El Salvador para el desarrollo de cimentaciones                profundas………………………………………………………………  2.2 Marco Histórico 

 

2.3 Marco Teórico         2.3.1 Generalidades…………………………………….……….…….......  

 

14 

       2.3.2 Factores que intervienen en las cimentaciones………... 

 

14 

       2.3.3 Cimentaciones Profundas…………………….…………………... 

 

15 

       2.3.4 Tipos de cimentaciones profundas…………………………….. 

 

16 

       2.3.5 Clasificación de cimentaciones profundas……… …………. 

 

 17 

            cimentación profunda………………………….................... 

  

17 

2.3.5.2 Clasificación según el material de construcción……… 

 

 19 

            subsuelo…………………………………………………………….………   

22 

        2.3.6 Función de los pilotes……………………………………………………...   

25 

2.3.5.1 Clasificación según las dimensiones de la  

2.3.5.3  Clasificación según el procedimiento constructivo 20  2.3.5.4 Clasificación según la  transmisión de carga al  

        2.3.7 Etapas de la selección  y  elección del tipo de           cimentación…………………………………………………………………..…  

27 

        2.3.8 Pruebas preliminares en cimentaciones profundas…………… 

30 

 2.3.9 Desventajas que presentan los pilotes de concreto……………          2.3.10 Ventajas en el uso de pilotes de concreto……………………….. 

31            31 

CAPITULO III: DISEÑO DE PILOTES DE CONCRETO APLICADOS EN                            EL AMSS, SAN MIGUEL Y LA UNION  3.1 Introducción……………………………………………………………………………….. 

32 

3.2 Estudios Geotécnicos…………………………………………………..………….…. 

32 

       3.2.1 Objetivos y etapas de la exploración geotécnica………………… 

32 

            3.2.1.1Objetivos……………………………..…………………………………….… 

32 

            3.2.1.2 Etapas de la exploración geotécnica……………………………. 

34 

       3.2.2 Investigación Preliminar………………….………..…... …………………  

34 

           3.2.2.1 Objetivos………………….……………………………………………..…… 

36 

           3.2.2.2 Recopilación de la información disponible…………………… 

36 

           3.2.2.3 Interpretación de fotografías aéreas……………………………. 

37 

           3.2.2.4 Recorrido de campo…………………………………………………….  

37 

       3.2.3 Investigación Geotécnica de Detalle…………………………………… 

38 

           3.2.3.1  Programa…………………………………..……………………………….. 

38 

           3.2.3.2 Levantamiento geológico…………………………………………….. 

38 

           3.2.3.3 Exploración geofísica……………………………………………………  

39 

           3.2.3.4 Exploración, muestreo y pruebas de campo………………..  

42 

           3.2.3.5 Exploración Geotécnica In Situ…………………………………….. 

54 

      3.2.4 Ensayes de Laboratorio……………………………………………………….  

60 

           3.2.4.1 Introducción……………………………………………………………….   

60 

 

3.3 Diseño geotécnico de pilotes………………………………………………….   

62 

      3.3.1 Introducción……………………………………………………………………….  

62 

      3.3.2 Estimación de la longitud del pilote………………… …………………  

62 

          3.3.2.1 Pilotes de punta…………………………………………………………..  

63 

          3.3.2.2 Pilotes de fricción…………………………………………………………  

65 

          3.3.2.3 Pilotes de compactación………………………………………………  

66     

      3.3.3 Mecanismo de transferencia de carga………………………………..  

66 

     3.3.4 Ecuaciones para estimar la capacidad de un pilote……………..  

69 

3.3.4.1 Capacidad de carga por punta, Qp….………………………….   

69 

3.3.4.2 Resistencia por fricción, Qs…………………………………………  

70 

 3.3.5 Métodos para estimar la carga por punta (Qp)……………………  

71 

     3.3.6 Correlaciones para calcular Qp con resultados SPT y CPT…….. 

75 

     3.3.7 Resistencia por fricción Qs en arena…………………………………….. 

78 

     3.3.8 Capacidad de carga por punta de pilotes sobre roca…………….. 

 78 

     3.3.9 Pruebas de carga en pilotes…………………..……………………………… 

79 

     3.3.10 Asentamiento De Un Solo Pilote…………………….…………………… 

81 

     3.3.11 Pilotes  cargados  lateralmente………………………………………….. 

82 

     3.3.12 Fórmulas para el hincado de pilotes………………. …………………. 

83 

     3.3.13 Grupos de pilotes………………………………………………………………  

85 

            3.3.13.1 Capacidad De Carga Del Grupo De Pilotes…………………  

85 

            3.3.13.2 Eficiencia del grupo de pilotes………………………………..…  

85 

     

     3.3.14 Fricción negativa…………………………………………………………...   

86 

3.4 Diseño estructural en pilotes de concreto…………………………….   

88 

     3.4.1 Introducción…………………………………………………………………..…   

88 

     3.4.2  Diseño estructural…………………………………………………………...   

90 

           3.4.2.1 Solicitaciones…………………………………………………………….   

90 

           3.4.2.2 Diseño por flexión……………………………………………………..   

91 

           3.4.2.3  Selección del diagrama a utilizar…………………………………  

91 

           3.4.2.4  Resistencia estructural del pilote como columna……….  

92 

           3.4.2.5  Secuela del proyecto…………………………………………………..  

95 

CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES DE                           CONCRETO, PREFABRICADOS Y COLADOS IN SITU.  4 .1 Introducción……………………………………………….……………………………   

117 

4.2 Equipo utilizado en los procesos constructivos   aplicados a las  cimentaciones profundas…………………………….  

117 

       4.2.1 Equipos…………………………………………………………………………..…  

118 

4.3 Proceso constructivo de pilotes colados in situ………………………..  

127 

      4.3.1 Introducción………………………………………………………………………   

127  

      4.3.2 Metodología……………………………………………………………….………  

127                   

          4.3.2.1 Tareas Previas………………………………………........................   

127 

          4.3.2.2  Trazo………………………………………….………………………………   

128 

          4.3.2.3 Perforación……………………………………………………………...   

129 

          4.3.2.4 Moldes para pilotes colados in situ…………………………….   

137 

          4.3.2.5 Pilotes sin molde (perforados)……………………………………   

138 

          4.3.2.6 Armaduría…………………………………………………………………   

139 

          4.3.2.7 Concreto…………………………………………………………………….   

142 

4.4 Proceso constructivo de pilotes prefabricados……………………….   

149 

4.4.1 Preparación de camas de colado……………………………………..…   

150 

4.4.2 Moldes……………………………………………………………………….…..…..  

150 

4.4.3 Acero de refuerzo………………………………………………………….……   

151 

4.4.4 Cemento…………………………………………………………………………..….. 

151 

4.4.5 Colocación del Concreto …………….………………………………….……  

153 

4.4.6 Juntas…………………………………………….………………………….…………  

153 

4.4.7 Manejo y Almacenamiento Temporal……………………………..……  

153 

4.4.8 Tolerancias …………………………………………………………………..……… 

156 

4.4.9 Puntas para pilotes …………………………………………………………..…. 

156 

4.4.10 Proceso para hincado de pilotes ……………………………..…….…… 

157 

            4.4.10.1 Guías………………………………………………………………………... 

158 

             4.4.10.2 Ayudas para el hincado ………………………………….……..… 

161 

             4.4.10.3 Selección del martillo ………………….………………………….. 

164 

             4.4.10.4 Secuencia de hincado………………………………..…..………… 

165 

     4.4.10. Instalación del Pilote ……………………….……………………………….. 

165 

     4.4.11 Comportamiento del pilote durante la hinca……………….….…. 

168 

4.5 Otros sistemas de hincado de pilotes………………………………………… 

169 

     4.5.1 Pilotes Inclinados.…………………………………….………………………….. 

169 

     4.5.2 Hincado en Agua …………………………………………………………..…….. 

169 

     4.5.3 Hincado de pilotes metálicos …………………………………………..….. 

170 

CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD                         PARA PILOTES  DE CONCRETO   5.1 Control de calidad………………………………………………………….….……… 

181 

       5.1.1 Acero de refuerzo…………………………..………………………………….. 

182 

       5.1.2 Soldadura……………………………..…………………………………..……….. 

185 

       5.1.3 Aguas………………………..……………............................………………. 

186 

       5.1.4 Agregado fino……………………………………….........................….... 

188 

       5.1.5 Agregado grueso………………………………………………………………… 

190 

       5.1.6 Cemento…………………….………………………………………….…………… 

193 

       5.1.7 Aditivo…………………………………………………………………..…………… 

195 

       5.1.8 Concreto……………………………….………………………………….………… 

199 

       5.1.9 Lodos de perforación………………………………………………….………. 

202 

       5.1.10 Verificación del producto terminado………………………………... 

207 

5.2 Prueba de verificación de carga de los pilotes…………………….…….. 

208 

5.3 Pruebas del  concreto de los pilotes terminados……………….……… 

210 

       5.3.1 Métodos directos…………………...…………………………………….…… 

210 

       5.3.2 Métodos indirecto………………………………………………………….….. 

212 

5.4 Supervisión durante la construcción de pilas o pilotes………………. 

220 

       5.4.1 Guías de supervisión durante la construcción de pilotes                    colados en situ…………………………………………………………….……… 

221 

       5.4.2 Guía de supervisión de pilotes hincados…………………………….. 

231 

             5.4.2.1 Supervisión del hincado de pilotes……………………..……… 

231   

5.5 Medidas de seguridad……………………………………………………….……… 

232 

       5.5.1 Introducción………………………………….…………………………………… 

232 

       5.5.2 Medidas de seguridad de equipo………………………………..……… 

232 

       5.5.3 Colocación del material a utilizar en la obra……………………..… 

235 

       5.5.4 Perforación………………………………………………………………………… 

236 

       5.5.5 Medidas de seguridad para el hincado del pilote……………….. 

238 

5.6 Medio ambiente……………………………………………………………………..… 

240 

      5.6.1 Contaminación……………..…………………………………………………..… 

241 

 5.6.2 Factores ambientales que afectan las cimentaciones                                        profundas……………………………………………………………………..…… 

242 

  CAPITULO VI  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES  6.1 Descripción de técnicas para estabilización de paredes de    

perforación………………………………………………………………………….…… 

243 

6.2 Descripción de tipos de pilotes en el AMSS, San Miguel y         La Unión…………………………………………………………………………….……… 

244 

6.3 Conclusiones……………………………………………………………………….……. 

246 

6.4 Recomendaciones………………………………………………………………..…… 

248 

    ANEXOS  Anexo A……………………………………................................………..……….…….. 

251 

Anexo B………………………………………………………………................................ 

252 

Anexo C………………………………………………………………................................ 

253 

Anexo D…………………………………………….……………...............................…… 

254 

Bibliografía…………………………………………………..............................………… 

255 

Planos.    INDICE DE FOTOGRAFIAS    CAPITULO II: CIMENTACIONES PROFUNDAS 

 

Fotografía. 2.1 Hincado de pilotes en Ámsterdam ……………………….…… 

10 

Fotografía. 2.2 Hotel Gran San Salvador dañado por el terremoto                  de 1986 San Salvador ………………………………………..…..…..   

12 

Fotografía. 2.3   Almacenes Molina Civalleros dañado por el                              terremoto de  1986 en San Salvador…………………….…… 

12 

CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES DE        CONCRETO, PREFABRICADOS Y COLADOS EN EL SITIO  Fotografía.  4.1  Grúas sobre orugas………………………………………..………… 

118  

Fotografía.  4.2  Perforaciones………………………………………..………………… 

120 

Fotografía.  4.3  Oscilador de ademes con almeja……………………………... 

123  

Fotografía.  4.4  Almeja de gajo………………………………………….……………… 

124 

Fotografía.  4.5  Planta de lodos …………………………………………………..…… 

125 

Fotografía.  4.6  Martillo diesel………………………………………………….……… 

126 

Fotografía.  4.7  Nivelación……………………………………………………………….. 

128 

Fotografía.  4.8  Perforadora de hélice continúa……………………………….. 

130 

Fotografía.  4.9  Tipos de broca…………………………………….…………………… 

131 

Fotografía.  4.10  Trepano manual………………………………………………..….. 

132 

Fotografía.  4.11  Planta de lodo ………………………………………………..…….. 

134  

Fotografía.  4.12  Tubo metálico…………………………………………..…………… 

135 

Fotografía.  4.13  Oscilador de ademe ……………………………….…………….. 

136 

Fotografía.  4.14 Ademado metálico ………………………………………………… 

137 

Fotografía.  4.15  Almacenamiento de armaduría……………………….…….. 

139  

Fotografía.  4.16  Colocación de armaduría mediante grúa……………..… 

141 

 

Fotografía.  4.17  Transportación y colocación de armaduría en       Forma manual…………..…………………………..……………. 

141 

Fotografía.  4.18  Armaduría colocada ……………………………………………… 

142 

Fotografía. 4.19 Colado de concreto mediante tubo tremie……………… 

145 

Fotografía.  4.20  Procedimiento para pilotes con el sistema de     hélice continúa………….…………………………….………… 

146 

Fotografía.  4.21  Equipo necesarios para la construcción de pilotes                                 Por el sistema Hélice continúa………………………….….… 

149 

Fotografía.  4.22 Transportación de pilote mediante izaje………………… 

154 

Fotografía 4.23 Muestra de los diferentes equipos para la hinca………. 

158 

Fotografía   4.24 Perforación previa al hincado………………………………….. 

162 

Fotografía 4.25 Actividades para la realización del hincado………………. 

167  

Fotografía 4.26 Secuencia de perforación y extracción de                              suelos………………………………………………………………..………. 

173 

Fotografía  4.27 Pilote metálico colocado con guía………………….………… 

174  

Fotografía 4.28 Secuencia de colocación de pilotes metálicos…………..  

 174 

Fotografía 4.29 Colocación, remoción de ademe………………………….…… 

175 

 

CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD       PARA PILOTES  Fotografía 5.1 Prueba de carga aplicada a un pilote colado         en sitio…………………………………………………………..…….….. 

209 

Fotografía 5.2 Prueba de integridad de pilotes.………………….…………..… 

212 

Fotografía 5.3 Obtención de datos mediante un procesador en la                                 prueba de integridad de pilotes.………………………….……. 

213 

Fotografía   5.4 Instalación de sensores a lo largo del fuste………………. 

218 

Fotografía  5.5 Prueba de revenimiento………………………………….……..…. 

228 

  INDICE DE ESQUEMAS    CAPITULO II: CIMENTACIONES PROFUNDAS   

Esquema. 2.1 Clasificación de las cimentaciones Profundas……………….. 

17 

Esquema.  2.2  Clasificación de los pilotes de acuerdo al    Material…………………………………………………………….…. 

19 

Esquema.  2.3 Clasificación de cimentaciones según el proceso                             constructivo……………………………….………………………………. 

21 

Esquema.  2.4 Transmisión de cargas al subsuelo……………………..………… 

23 

 

CAPITULO III: ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE                 CONCRETO  Esquema.  3.1  Objetivos de la exploración…………………………..…………… 

33  

  CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES CONCRETO,                          PREFABRICADOS Y COLADOS EN EL SITIO  Esquema.  4.1 Diagrama de actividades del proyecto…………………….…… 

171 

    INDICE DE TABLAS    CAPITULO II: CIMENTACIONES PROFUNDAS  Tabla 2.1 Clasificación  según las dimensiones de las           cimentaciones profundas………………………………….……………… 

18 

  CAPITULO III: ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE                          CONCRETO  Tabla  3.1 Métodos de exploración geofísica…………………………..………… 

40  

Tabla. 3.2 Valores representativos de la resistividad………………….……… 

42 

Tabla. 3.3 Espaciamiento de los sondeos……………………………………..…… 

43  

Tabla. 3.4 Profundidad de los sondeos……………………………………………… 

43  

Tabla. 3.5 Correlación numero de golpes vrs capacidad         

        relativa………………………………………………………….…………………. 

48  

Tabla. 3.6 Recuperación de muestras ………………………………….…………… 

60  

Tabla.  3.7 Estudios de laboratorio……………………………………………………… 

61  

Tabla.  3.8 Factores de capacidad de carga de Janbu……………………….… 

73 

Tabla.  3.9 Correlaciones con la resistencia a la penetración                      estándar………………………………………………………………..…………. 

75  

Tabla.  3.10 Técnica usada para una prueba de carga en      Pilotes………………………………………………………….……………… 

81  

CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES CONCRETO,                         PREFABRICADOS Y COLADOS EN EL SITIO  Tabla 4.1 a y b listado de grúas móviles…..……………………………………….. 

119 

Tabla 4.2 Perforadora de barretón………………………………………..………….. 

121 

Tabla 4.3 Perforadora de hélice continúa……………………………..…………… 

122 

Tabla  4.4 Tipos y características de perforadores de fondo………………. 

122 

Tabla  4.5 Osciladores de ademe ……………………………………………….……… 

123 

Tabla  4.6 Tipos martillo para el hincado…………………………..………………. 

126 

Tabla  4.7 Tipos de mezcla para el colado del concreto…………………….. 

143 

Tabla  4.8 Tolerancias en dimensiones de pilotes en concreto      

precolados............................................................................... 

Tabla  4.9 Comparaciones de las guías…………………………….………………… 

156  161 

Tabla 4.10 Cantidad de agua necesaria para chiflones…………………..…… 

163 

Tabla  4.11 Métodos para determinar la capacidad de carga del     martillo................................................................................ 

164 

Tabla   4.12 Listado de equipos……………………………………….………………… 

177 

  CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD       PARA PILOTES  Tabla 5.1 Plastificación del acero…………………………………..………………….. 

182 

Tabla 5.2 Número de asignación para barras corrugadas………………..… 

183 

  Tabla 5.3 Requisitos de tensión fluencia elongación de las     Barras…………………………………………………………………..…………… 

184 

Tabla 5.4 Especificación del diámetro del pin para el ensayo de      

doblado…………………………………………………………..………………… 

184 

Tabla 5.5 Límites máximos tolerables de sales……………………..…………… 

187 

Tabla 5.6 Granulometría de los agregados ……………………………..………… 

188 

Tabla  5.7 Sustancias nocivas en los agregados……………………….………… 

190 

Tabla  5.8 Granulometría de agregado grueso…………………………………… 

191 

Tabla 5.9 Limite de contaminación de los agregados gruesos……………. 

192 

Tabla 5.10 Tipos de cementos…………………………………………………………… 

194 

Tabla 5.11 Características especiales del cemento Pórtland……………… 

194 

Tabla 5.12 Tipos de aditivos……………………………………………….……………… 

198 

Tabla 5.13 Control del concreto………………………………………………………… 

199 

Tabla 5.14 Propiedades de los lodos de perforación…………………..…….. 

204 

Tabla 5.15 Tipo de suelo y tendencia al colapsó…………………….………….. 

205 

Tabla 5.16 Viscosidad de algunos suelos……………………………………..……. 

205 

Tabla  5.17 Control de las propiedades del suelo……………………….……… 

206 

Tabla 5.18 Métodos directos………………………………………………..…………… 

211 

Tabla 5.19  Tolerancia en la fabricación del pilote……………………………… 

227 

    INDICE DE FIGURAS    CAPITULO II: CIMENTACIONES PROFUNDAS  Figura 2.1  Tipos de cimentaciones profundas …………………………………… 

18 

Figura  2.2  Pilote trabajando por punta ……………….…………………………… 

23 

Figura  2.3  Pilote trabajando por fricción …………………………….…………… 

24 

Figura  2.4  Pilote sometido a carga vertical y horizontal………………..…. 

25 

 

CAPITULO III: ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE                         CONCRETO  Figura.  3.1a  Medidas de las resistividades del suelo……………………..…. 

41  

Figura.  3.1b  Velocidades de las propagaciones de ondas en un                           ensayo de Cross Hole…………………………………………………… 

41 

Figura.  3.1c  Método del sondeo sísmico Cross Hole…………………..……. 

41 

Figura. 3.2a  Equipo de penetración estándar ……………………………..…… 

45 

Figura.  3.2b  Registro de sondeos de suelo …………………………….……….. 

47 

Figura.  3.2c  Correlación de números de golpe vrs esfuerzo                          vertical efectivo………………..…….…………………………….…….. 

49 

Figura.  3.2d  Correlación de número de golpe vrs ángulo de                           fricción interna………………………………………………..………….. 

49 

Figura.  3.3a  Corte transversal del penetrómetro eléctrico………………. 

50 

Figura.  3.3b  Gráfica de penetración estática……………………………….…… 

51 

Figura.  3.3c  Clasificación de los suelos con penetrometro                           estático………………………………………………………………………… 

52 

Figura.  3.3d  Clasificación estimativa de los suelos con                  penetrómetro…….……………………………………………………… 

52  

Figura.  3.3e  Parámetros de resistencia al corte ………………………………. 

54  

Figura.  3.4a  Pilote de punta………………….……………………………..………….. 

63 

 

Figura.  3.4b  Pilote de punta prolongado en  estrato        Resistente……………………………..………………………………….. 

64  

Figura.  3.4c  Pilote de fricción …………………………………………..……………… 

65 

Figura. 3.5 a y b Transferencia de carga en pilotes …………………………… 

67 

Figura.  3.5c  Variación  de la fz  con la profundidad…………………………… 

68 

Figura.  3.5d  Resistencia del pilote ……………………………………..…………… 

68  

Figura.  3.5e  Mecanismo de transferencia de cargas en        pilotes…………………………………………………………..…………… 

69  

Figura.  3.6    Variación de los valores máximos de N q* con el                           ángulo Ф′ de fricción del suelo ……………………………..…….. 

72 

Figura.  3.7  Superficie de falla en la punta del pilote …………………..…… 

73 

Figura.  3.8  Variación de Nq* con L/D………………………………………………... 

74 

Figura.  3.9  Método LCPC…………………………………………………………….…… 

76 

Figura.  3.10 Método Holandés…………………………………………….…………… 

77 

Figura.  3.11a Diagrama esquemático del arreglo de una prueba                            de carga de un  Pilote……………………………………………..…… 

79 

Figura.  3.11b Carga vrs asentamiento total ……………………………………… 

80 

Figura.  3.11c Carga vrs asentamiento neto……………………………..………… 

80 

Figura.  3.12a Naturaleza de la variación de la flexión, momento                            y fuerza cortante en pilotes rígidos ………………………………   

82 

Figura.  3.12b Naturaleza de la variación de la  deflexión,                            momento y fuerza   cortante en pilotes          elásticos…………………………………………………………………….. 

83 

Figura.  3.13   Para sección circular y cuadrada ………………………………… 

92 

Figura.  3.14   Edificio de cuatro niveles ..……………………………..…………… 

94 

Figura.  3.15  Muestra de los diferentes N de un estudio de        SPT…………………………………………………………….……………… 

103 

Figura.  3.16  Análisis de la condición más desfavorable del       edificio………………………………………………………….…………….. 

106 

 Figura. 3.17  Muestra el análisis de la zapata del eje A‐3………………….  

106  

 Figura. 3.18  Punzonamiento de columna………………………………………… 

110 

 Figura.   3.19  Punzonamiento del pilote ……………………………….………… 

111       

  Figura.   3.20  Cortante en zapata…………………………………………….……..  

112   

  Figura.  3.21  Diseño de zapata por flexión …………………………..…………. 

113 

  Figura.  3.22  Detalle estructural del pilote ……………………………..……… 

114 

  Figura. 3.23  Detalle estructural de columna, zapata y pilotes…………. 

115 

  CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES CONCRETO,                         PREFABRICADOS Y COLADOS EN EL SITIO   Figura 4.1 Proceso de ejecución de barrena continua…………………….… 

151 

 Figura 4.2a Puntos de izaje con un cable………………………………………….. 

161 

 Figura 4.2b Punto de izaje con dos cables……………………………………….… 

162 

 Figura 4.3 Puntos de izaje con pilotes con balancines……………………..… 

162 

 Figura 4.4 Tipos de puntas ……………….……………………………………...……… 

164 

 Figura 4.5a Punta para el hincado a través de suelos blandos………….. 

165 

 Figura 4.5b Punta para penetración profunda en arenas        

 

   medias……………………………………………………………….……….. 

165    

 Figura 4.6 Tipos de guías para el hincado de pilotes……………………..…… 

167 

 Figura 4.7 Guías suspendidas, fijas y móviles………………………………..…… 

168 

 Figura 4.8 Funcionamiento de perforación por chiflones…………………… 

172 

  CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES  Figura 5.1 Datos obtenidos mediante una prueba de   integridad…………………………………………………………………….  225 

INTRODUCCION  CAPITULO I 

   

CAPITULO I:      INTRODUCCION    1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA  1.1.1 Situación problemática  En  nuestro  país    en  los  últimos  años,  se  ha  implementado  el  uso  de  cimentaciones  profundas  en  construcciones  de:  viviendas,  puentes,  edificios  y  muelles. Especialmente la cimentación profunda más utilizada son los pilotes de  concreto,  incluso  se  utiliza  en  pequeñas  unidades  habitacionales  donde  los  suelos son de baja capacidad de carga. A medida que transcurre el tiempo, se  incrementa  la  necesidad  de  satisfacer  la  demanda  de  nuevas  construcciones  que cumplan con los requisitos de seguridad, economía, y durabilidad.  Los  espacios  para  construir  nuevas  edificaciones,  se  están  reduciendo,  lo  que  obliga  a  construir  en  forma  vertical  sobre  suelos  altamente  compresibles  y  demasiados débiles para soportar la carga transmitida por la superestructura.  Las estructuras de gran altura que existen en nuestro territorio están sometidas  a  fuerzas  horizontales;  viento  y  sismos,  sin  embargo  este  último,  resultan  en  general  más    críticos.    La  recurrencia  sísmica  es  muy  conocida  en  el  país.  Se  producen cinco eventos destructivos en la capital cada cien años y unos siete a  nivel nacional en el mismo período.  Los pilotes de concreto colados  en sitio y los pilotes prefabricados, son los más  utilizados,  el  primero  resulta  más  económico.  A  pesar  de  su  bajo  costo,  en   ocasiones  especiales  es  mejor  utilizar  pilotes  prefabricados.  La  elección  del  método constructivo resulta una problemática debido a que los costos, técnicas  de  construcción,  calidad  de  materiales,  mano  de  obra  y  equipos  que  se  requieren,  varían  de  acuerdo  al  lugar,  magnitud  del  proyecto  y  características   físicas, granulométricas, mecánicas, hidráulicas del suelo.  1   

INTRODUCCION  CAPITULO I 

   

1.1.2 Enunciado del problema  Con    la  problemática  identificada  anteriormente  se  puede  deducir  que  el  país  está experimentando múltiples desarrollos, y no es la excepción el aumento de  obras  civiles  que  se  están  construyendo  en  donde  los  estratos  de  suelo  superiores  son  de  baja  capacidad  de  carga,  cada  vez  las  estructuras  son  más  pesadas  y  rígidas,  por  lo  que  se  hace  necesario  realizar  cimentaciones  profundas aplicando pilotes.  Sin embargo el país no  cuenta con un reglamento interno definido que pueda  regir  los  procesos  constructivos  en  pilotes,  por  lo  tanto  muchos  constructores  se  aventuran  a  diseñar  y  a  ejecutar  cimentaciones  profundas  basadas  en  sus  criterios y experiencia.   Antes de elegir el tipo de cimentación, el ingeniero debe, cuando menos, tener  conocimientos básicos de la estratigrafía del suelo, la profundidad del nivel de  aguas freáticas, la ubicación geográfica del lugar en sí, su accesibilidad para la  transportación  de  materiales,  mano  de  obra  y  equipo  necesarios  para  la  construcción, la puesta en práctica de ciertos tipos de técnicas constructivas así  como  los  posibles  efectos  que  dicha  construcción  puede  acarrear  sobre  su  entorno (efectos sociales, económicos, ecológicos, etc.).                2   

INTRODUCCION  CAPITULO I 

   

1.2 JUSTIFICACIÓN  La presente investigación se considerará importante porque permitiría conocer,  sobre los procesos constructivos que se utilizan en nuestro medio. En todos los  proyectos  de  cimentaciones,  es  fundamental  disponer  de  un  buen  reconocimiento geotécnico. Los ahorros que en estos casos genera el disponer  de un buen estudio geotécnico suelen ser importantes, ya que se puede afinar  mucho más en el cálculo y diseño del pilote.  Las causas  de las posibles fallas en las cimentaciones profundas pueden tener  su  origen  en  los  procesos  constructivos.  Por  lo  tanto  sería  recomendable  usar  los  métodos  constructivos  adecuados  para  evitar  fallas  posteriores  en  las  edificaciones, que pongan en peligro la vida de seres humanos.  Nuestra  investigación  comprenderá  elaborar  un  documento  que  presente  las  nuevas teorías y la renovación de los procedimientos constructivos en el cálculo  y  diseño  de  pilotes  en  el    Área  Metropolitana  de  San  Salvador  (AMSS),  San  Miguel  y  La  Unión,  los  cuales  con  el  transcurso  del  tiempo  han  ido  evolucionando  siendo  unas  más  complejas  que  otras,  así  como  también  se  pretende  crear  una  base  de  datos  de  las  características,  métodos,  técnicas,  mano  de  obra  calificada  que  más  se  emplean  en  nuestro  país.  Logrando  que  estudiantes  de  ingeniería,  profesionales,  docentes  y  proyectistas  en  la  rama,  obtengan una guía de procesos constructivos aplicados en pilotes de concreto.  Al  conocer  los  nuevos  procedimientos  constructivos  en  las  cimentaciones  profundas  se  obtienen  beneficios  de  índole  social,  y      económico,  (se  logran  reducir  los  costos  al  conocer  detalladamente  los  factores  que  influyen  en  el  diseño y el tipo de pilote)      3   

INTRODUCCION  CAPITULO I 

   

1.3 OBJETIVOS    Objetivo general:    ™ Elaborar un documento que proporcione la información reciente en pilotes de  concreto  colados  in  situ,  prefabricados,  y  los  procesos  constructivos  en  edificaciones aplicados en Área Metropolitana de San Salvador, San Miguel, y La  Unión.      Objetivos específicos:    ™ Realizar  una  zonificación  en  las  ciudades:  San  Miguel  y  La  Unión  en  aquellas  áreas donde existen edificaciones con  pilotes colados in situ y prefabricados.    ™ Comparación y análisis de  los  pilotes usados en las distintas zonas de  estudio,  con los datos obtenidos en las visitas de campo.    ™ Elaborar  una  guía  práctica  que  describan  los  métodos,  técnicas,  maquinaria,  equipo y mano de obra calificada empleadas en cimentaciones profundas.      4   

INTRODUCCION  CAPITULO I 

   

1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES    Alcances:  Con el desarrollo de la investigación se pretende cubrir los siguientes aspectos    ™ Actualización  de  las  técnicas  constructivas  de  pilotes  de  concreto  en  el  país,  utilizadas desde 1990 a 2006.    ™ Descripción y análisis de los criterios y normativas de diseño más utilizados en  nuestro medio.    ™ Recopilación  de  información  de  campo  que  describan  los  procesos  constructivos  en AMSS, San Miguel y La Unión.    ™ Descripción de las características y uso de los pilotes de concreto colados en el  sitio y los pilotes prefabricados.    ™ Realizar  una  lista  de  las  empresas  constructoras  en  pilotes  de  concreto,  como  también enlistar los laboratorios de suelos ubicados en las zonas de estudio.        5   

INTRODUCCION  CAPITULO I 

   

Limitaciones:  ™ Nuestra área de estudio se limitara en las zonas de: Área Metropolitana de San  Salvador, San Miguel y La Unión.    ™ La  investigación  se  fundamenta  en  pilotes  de  concreto,  colados  en  el  sitio  y  prefabricados.    ™ La recopilación de información sobre cimentaciones profundas aplicadas en las  zonas  de  estudio  estará  limitada  a  los  datos  obtenidos  por:  libros,  manuales,  reglamentos,  normas,  visitas  de  campo,  empresas  privadas  y  entidades  gubernamentales.    ™ Las  investigaciones  geotécnicas  realizadas  por  el  grupo  se  harán  a  nivel  preliminar,  sin  embargo  la  información  específica  se  obtendrán  por  medio  de  laboratorios de suelos.         

6   

CIMENTACIONES PROFUNDAS  CAPITULO II 

   

CAPITULO II: CIMENTACIONES PROFUNDAS    2.1 MARCO NORMATIVO  En El Salvador, aun no existe un reglamento propio definido que pueda regir los  procesos  constructivos  y  la  aplicación  de  cimentaciones  profundas,  solo  se  cuenta  con  el  Reglamento  para  la  Seguridad  Estructural  de  Construcción  de  la  República de El Salvador1, del cual se desglosa la Norma Técnica para Diseño y  Estabilidad  de  Taludes,  en  dicha  norma,  se  establecen  los  requerimientos  mínimos  sobre  las  cargas  aplicadas  y  las  características  físicas  básicas  de  los  pilotes prefabricados o colados in situ.    2.1.1 Antecedentes   El primer antecedente creado con el propósito de guiar el futuro desarrollo de  las poblaciones de un modo coordinado y armónico, a fin de mejorar el diseño  de las edificaciones se remonta al 9 de Agosto de 1955 en donde se establece el  Decreto Legislativo Nº 1904, publicado en el Diario Oficial Nº 151, Tomo Nº 168,  del 18 del mismo mes y año.  A consecuencia del terremoto del 10 de octubre de 1986 en el que se sufrió la  pérdida  de  gran  cantidad  de  vidas  humanas,  así  como  también,  el  país  sufrió  grandes daños en la infraestructura, se hizo necesario, crear el Reglamento de  Emergencia  de  Diseño  Sísmico  para    la  República  de  El  Salvador,  este  fue  de  carácter transitorio,  mientras  el Ministerio de Obras Públicas en colaboración  con  las  entidades  gremiales  de  la  ingeniería  y  la  Arquitectura  elabora  el                                                  1

 TITULO II CAPITULO VI del Reglamento para la seguridad estructural para las construcciones en El Salvador,  1996. 

7   

CIMENTACIONES PROFUNDAS  CAPITULO II 

   

Reglamento de Diseño Sísmico definitivo. Fue hasta el año de 1989  que se hizo  necesario, de conformidad a la información sismológica registrada y procesada,  corregir las deficiencias más notorias del Reglamento de Diseño Sísmico vigente  en esa época.   En  la  actualidad  se  cuenta  con  una  mayor  información  sobre  la  incidencia  sísmica en el país y con los conocimientos técnicos suficientes para establecer  requisitos mínimos de seguridad estructural de las construcciones.  El 23 de Octubre de 1996  bajo Decreto Ejecutivo Nº 105, se publicó en el Diario  Oficial    Nº  204,  Tomo  333,  del  30  de  octubre  de  1996,  el  Reglamento  para  la  Seguridad Estructural de las Construcciones actualmente vigente.    2.1.2 Manuales y Reglamentos Internacionales, utilizados en El Salvador para  el desarrollo de cimentaciones profundas.    Los criterios que se utilizan para la calidad y especificaciones de los materiales y  el    diseño  de  cimentaciones  profundas  de  concreto,  son  tomados  del  ACI  (Manual  of  Concrete  Practice).  El  uso  de  normas  y  manuales  mexicanos  es   también  muy  aceptable  en  nuestro  país;  así  como  también  normas  de  Perú  y  Japón  son  adaptadas  al  Reglamento  elaborado  por  el  Ministerio  de  Obras  Públicas.          8   

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2.2 MARCO HISTÓRICO  2.2.1 Antecedentes  La cimentación por pilotaje es la más antigua de las cimentaciones profundas.  Los  pilotes  se  hincan  o  se  construyen  en  una  perforación  realizada  en  el  terreno.  Los pilotes pueden ser fabricados de materiales como: madera, concreto, acero,  o  mixtos.  Cada  opción  tendrá  sus  ventajas  y  limitaciones,  de  acuerdo  con  el  problema específicos a resolver.  “El  primer  tratado  sobre  pilotes  se  debe  a  Parronet  (1708‐1794),  y  la  primera  fórmula de hinca aparece en 1851. Después de las estacas de madera aparecen  los pilotes de fundación (1818) y en 1900 los perfiles laminados.  Los pilotes de hormigón aparecen en Suecia en 1939. Los holandeses fueron los  primeros en reconocer entre 1913 y 1936 que los penetrómetros y los pilotes,  elementos largos y delgados se comportan en forma semejante. Antiguamente  la mayor parte de los edificios se construían sobre zapatas corridas o aisladas. Si  el terreno en su superficie era blando y compresible, se hincaban en el terreno  pilotes de madera y se ejecutaban la obra sobre ellos.  Los  asientos  diferenciales  no  tenían  importancia  porque  las  construcciones  presentaban gran facilidad de adaptación. A partir del siglo XVIII los edificios se  van  haciendo  cada  vez  más  pesados  y  rígidos.  Por  otra  parte  las  cuestiones  económicas juegan un papel más decisivo”2. 

                                                2

 Fuente: Cimentaciones (preliminar), Alberto Prado Fernández, 1990. 

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Fotografía 2.1 Jan Luikjen. 1709. Hincado pilotes en Ámsterdam.

    

  2.2.2 Investigaciones descriptivas sobre pilotes en el país.  El  primer  trabajo  que  se  realizó  en  el  país  sobre  pilotes  y  que  recopiló  la  información  existente  en  un  solo  documento  denominado  Piloteado,  fue  desarrollado  por  Arístides  Chávez  Valle  el  cual  se  publicó  en  1959  por  la  Universidad de El Salvador. En él se presento una gran cantidad de información  sobre diseño y construcción de pilotes de madera, concreto y acero.  En  1963  nuevamente  La  Universidad  de  El  Salvador,  investigó  sobre  los  procesos constructivos con pilotes, específicamente en puentes y edificios.  La Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas” en 1985, lleva a cabo una  nueva  investigación  bibliográfica  sobre  pilotes,  aplicando  la  teoría  para  el  diseño  y  procesos  constructivos  de  los  pilotes  para  cimentar  edificios.  En  el  mismo  año  se  inicia  una  investigación  sobre  los  métodos  de  análisis  dinámico  de cimentaciones superficiales y profundas. En 1995 se realiza en la Universidad  10   

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de El Salvador el trabajo de graduación denominado Estudio sobre el efecto de   la fricción en pilotes colados en el sitio. Para el año de 1996 La UCA realiza una  investigación sobre cimientos profundos colados en el sitio.  En el año 2000, en la UCA se realiza la tesis sobre el Estudio de la norma técnica  de  diseño  de  cimentaciones  y  estabilidad  de  taludes.  Recientemente  en  la  Universidad  de  El  Salvador,  se  realizó  el  trabajo  denominado  Procesos  constructivos aplicados a cimentaciones profundas en El Salvador.    2.2.3 Uso de pilotes  “En El Salvador a partir del terremoto de 1965, surgió la necesidad de conocer  las características  de los suelos, sin embargo es hasta 1970 cuando  nacen los  primeros laboratorios de suelos.  Fue hasta el año 1986, cuando tomo auge el uso de pilotes, debido al terremoto  que sucedió en ese mismo año y que destruyó gran parte de las infraestructuras  de la capital salvadoreña, generando de esta manera nuevas edificaciones con  cimentaciones más adecuadas”3. 

                                               

3

 Fuente: Entrevista personal. 

11   

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                Fotografía 2.2                                                    Fotografía  2.3       

Fotografías 2.2 y 2.3 del Hotel Gran San Salvador  y Almacenes Molina Civalleros  respectivamente,  dañados  por el terremoto de 1986 en San Salvador. 

  En nuestro país, los pilotes de concreto más profundos que se han utilizado, son  de 25 metros de longitud (en el proyecto denominado: Reconstrucción de obras  de transporte terrestre, se utilizaron en un puente en Apopa, San Salvador en el  año  2003).  Los  pilotes  de  acero  más  profundos,  se  encuentran  ubicados  en  el  Puerto Cutuco, La Unión con una longitud de 29 metros (colocados en el 2007).  Entre  las  estructuras  cimentadas  con  pilotes  en  el  AMMS  tenemos:  Torre  Cuscatlán  construido  en  1989,  Hogar  del  Niño  construido  en  1992,  La  Prensa  Gráfica en 1993, Plaza Merliot construida en 1993, Plaza San Benito construida  en 1994.  Los  pilotes  son  utilizados  en  algunas  residenciales,  cuyos  suelos  presentan  problemas  para  soportar  las  cargas  de  la  estructura;  de  las  cuales  podemos  mencionar: “Residencial Las Magnolias, Residencial Decápolis, Colonia Escalón,  Cumbres  de  Cuscatlán,  Cumbres  de  la  Esmeralda,  Santa  Elena  entre  otras.  Existen algunos puentes en los que se han utilizado pilotes además, se utilizan  12   

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en  estructuras  de  telecomunicación,  como  ejemplos  tenemos:  Torre  ATT  El  Ángel y Torre ATT Zacamil, ambas construidas en el año de 1995”4.  “En San Miguel el uso de cimentaciones profundas es a menor escala; algunas  de  las  estructuras  piloteadas  son:  Puente  Gavidia  en  el  año  1996,  Texaco  Saquiro  en  1998,  Plaza  Chaparrastique  construida  en  1996,  Edificio  Súper  repuestos en el 2003, Muelle de La Laguna de Olomega construido en el 2003,  costado  oriente  del  Teatro  Nacional  Francisco  Gavidia  en  el  2003,  Centro  Judicial  Isidro  Menéndez  construido  en  el  2004,  Penal  de  Ciudad  Barrios  en  el  2005,  Pollo    Campestre  Avenida  Roosevelt  en  el  2005,  Pollo  Campestre  Mercado  en el 2006, Freund Centro San Miguel  en el 2007, y el Hotel Trópico  Inn en el 2007. En La Unión existen gasolineras como la Texaco La Unión y Esso  desvió al Amatillo, ambas piloteadas en 1999 y el 2000 respectivamente. Para el  caso especial de la ciudad de La Unión, se han utilizado pilotes metálicos en el  Puerto de La Unión”5.   En resumen, la mayoría de pilotes existentes en nuestro país tienen menos de  25 años.                                                            4

 Fuente: Herrera, Willy Bendix y otros: Cimientos Profundos coladas en el sitio. Tesis. Universidad José Simeón  Cañas, 1996.  5

 Fuente: Entrevistas personales. 

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2.3 MARCO TEÓRICO  2.3.1 Generalidades  Es evidente,  para que una estructura ofrezca una seguridad y comportamiento  razonable ha de contar con una cimentación adecuada. Aunque la cimentación  es  algo  que  no  llama  la  atención  y  pasa  inadvertida  por  los  usuarios  de  la  estructura, la organización de sus elementos básicos y el estudio de cada una de  sus partes suele a veces exigir del ingeniero o proyectista la mayor destreza y el  mejor  criterio  del  que  normalmente  necesita  para  redactar  el  proyecto.  La  construcción de una cimentación es, a veces, el trabajo más difícil de todos los  que se presentan al realizar una obra.  La responsabilidad del buen funcionamiento de una cimentación recae sobre el  que la estudia y proyecta. El constructor podrá tener problemas para realizar lo  que  figura  en  los  planos  y  especificaciones  pero  no  es  responsable  del  mal  criterio que se haya seguido para concebir y diseñar el proyecto.     2.3.2 Factores que intervienen en las cimentaciones  Existen varios tipos de cimentaciones, los cuales dependen entre otras cosas de  su  forma  de  interactuar  con  el  suelo,  esto  es,  la  manera  en  que  transmiten  al  suelo las cargas que soportan, también dependen de su técnica de construcción  y del material con que son fabricadas así como: mano de obra y equipo que se  requiere  para  construirlas,  que  puede  ser  sencillo  en  algunos  casos  o  muy  especializado  en  otros,  lo  que  se  refleja  directamente  en  la  dificultad  para  llevarlas a cabo y en su costo.  También puede influir la situación económica del lugar de construcción o bien  podría darse el caso extremo de que la obra sea tan compleja y el terreno tan  malo para construirla que sea necesario desarrollar un tipo de cimentación muy  14   

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especial.  Aunque  cada  país  ha  generado  ciertas  técnicas  constructivas  y  de  diseño  muy  particulares,  basándose  principalmente  en  sus  necesidades  y  experiencias propias.  El  conocimiento  del  terreno  y  de  sus  propiedades  geomecánicas  es  esencial  para  conocer  la  viabilidad  económica  de  algunas    tipologías  de  edificios  y  en  todos los casos una parte sustancial del presupuesto de estructuras.   Los nuevos  terrenos urbanizables tienen estratos de peor capacidad  portante  que exigen en muchos casos soluciones especiales de cimentación. Además es  un  hecho  que  las  reclamaciones  de  mayor  importancia  y  coste  son  motivadas  en problemas derivados del suelo y sus cimentaciones.  Una  correcta  evaluación  de  la  capacidad  portante  del  terreno  y  del  efecto  de  empujes en muros de contención, redunda ya no sólo en la seguridad si no en la  economía de las soluciones técnicas adoptadas.  Por  todo  ello  la  calidad  técnica  y  la  visión  ingenieril  de  los  redactores  de  los  informes  geotécnicos  es  fundamental  para  la  correcta  selección  y  evaluación   de las  pruebas mínimas necesarias. De  hecho es idónea  la aportación  de todo  un equipo multidisciplinar.    2.3.3 Cimentaciones Profundas  Si  el  nivel  apto  para  cimentar  está  muy  por  debajo  de  la  zona  inferior  de  la  estructura,  la  excavación  necesaria  para  proceder  a  una  cimentación  directa  sería muy costosa y se recurre a una cimentación profunda.  El término profunda puede producir confusiones,  por ejemplo,  un edificio con  varios sótanos cimentados con zapatas o losas de cimentación. 

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A las cimentaciones  profundas se les suele llamar también indirecta. Si a 5 o 6  metros, no se alcanza suelo firme, la cimentación directa resulta excesivamente  cara y es preferible estudiar un sistema de cimentación profunda.   En general se recomienda el uso de una cimentación profunda para apoyar una  estructura cuando los esfuerzos inducidos en el suelo por las cargas o acciones  a  que  está  sometida  exceden  la  resistencia  o  capacidad  de  soporte  de  los  estratos  más  superficiales,  o  cuando  las  restricciones  de  funcionamiento  u  operación obliguen a dicha solución.    2.3.4 Tipos de cimentaciones profundas   Pilotes  Son  elementos  esbeltos  que  se  emplean  para  transmitir  las  cargas  de  la  superestructura y peso propio a través de estratos de suelo de baja capacidad  de  carga  hasta  suelos  más  profundos  o  estratos  de  rocas  que  posean  la  resistencia requerida.   Pilas  Son  elementos  de  cimentación  profunda  con  secciones  mayores  que  la  de  los  pilotes,  las  cuales  también  transmiten  al  subsuelo  las  cargas  provenientes  de  una  estructura  y  de  la  misma  cimentación  con  el  propósito  de  lograr  la  estabilidad del conjunto.  Micropilotes  Son elementos estructurales cuyos diámetros están comprendidos entre 0.15 y  menores  de  0.30  m.  Los  de  más  frecuente  aplicación  en  el  recalce  de  estructuras son los de diámetro 0.22 m. Se define como un pilote de pequeño  diámetro,  que  transmite  la  carga  de  una  estructura  a  estratos  de  suelos  más  16   

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profundos,  principalmente  por  fricción  de  su  fuste  con  el  suelo  y  en  menor  medida por su punta, con asentamientos prácticamente nulos.     2.3.5 Clasificación de cimentaciones profundas  Para    clasificar  las  cimentaciones  profundas,  es  necesario  mencionar  la  intervención de algunos factores que se muestran en el siguiente esquema 2.1. 

Esquema 2.1: Clasificación de las cimentaciones profundas 

    2.3.5.1 Clasificación según las dimensiones de la cimentación profunda  La  clasificación  de  las  cimentaciones  profundas  se  basa  en  los  anchos  de  sus  secciones transversales, tal como se muestra en la tabla 2.1:       17   

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    Tabla 2.1: Clasificación de cimentaciones profundas según sus dimensiones Cimentación profunda

Dimensiones (Diámetro) 

Micropilotes

15 a 30 cm 

Pilotes

30 a 60 cm 

Pilas 

60 a 300 cm 

 

  a) Micropilotes   b) Pilotes   c) Pilas            

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2.3.5.2 Clasificación según el material de construcción  En el esquema 2.2 se muestran los materiales más utilizados para la fabricación  de pilotes. 

     Pilotes de concreto.  a)  Elementos  prefabricados:  son  elementos  estructurales  de  cimentación  profunda  que  son  fabricados  en  moldes,  de  acuerdo  con  las  especificaciones,  antes de ser instalados en el subsuelo.  b)    Elementos  colados  en  lugar:  el  concreto  es  depositado  directamente  en  perforaciones realizadas en el subsuelo, por lo que la cimentación es fabricada  en el lugar donde quedara ubicada.  19   

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Pilotes de acero.  Resistentes a cargas de altas magnitudes y a esfuerzos cortantes y flexionantes  considerables;  pueden  alcanzarse  grandes  profundidades  con  unión  de  piezas  por  roscado  o  soldadura.  Su  principal  desventaja  es  que  el  área  de  la  sección  disminuye por efectos de la corrosión.    Pilotes mixtos.   Constituidos  por  piezas  de  distintos  materiales.  Los  más  comunes  son  los  formados  por  piezas  metálicas  y  de  concreto.  El  propósito  principal  es  aprovechar las ventajas de cada material según las condiciones del terreno.    Pilotes de madera.  Es el pilote más antiguo que se conoce. Generalmente posee sección circular no  uniforme  y  su  longitud  rara  vez  alcanza  los  20  metros.  Es  necesario  proporcionarles  un  tratamiento  adecuado  con  la  finalidad  de  prolongarles  su  vida útil.    2.3.5.3  Clasificación según el procedimiento constructivo  El procedimiento constructivo depende de las condiciones del subsuelo, de las  especificaciones  estructurales,  así  como  de  los  recursos  disponibles,  pudiéndose  clasificar  considerando  el  desplazamiento  del  subsuelo  generado  durante la instalación de los elementos (ver esquema 2.3). 

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  Con desplazamiento:   • Hincados a percusión, presión y vibración.          Los  elementos  prefabricados,  así  como  los  perfiles  y  tubería  metálica,              son  instalados  en  el  subsuelo  sin  realizar  previamente  una  perforación,  aplicándoles  energía  dinámica  y  presión  en  suelos  blandos,  y  vibración  en  suelos predominantemente friccionante.        21   

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Con poco desplazamiento:  • Hincado en una perforación previa  En el caso de que las características del subsuelo por su resistencia no permitan  la  instalación  de  los  elementos  de  cimentación,  se  especifica  una  perforación  previa a su hincado.  • Hincado con chiflón  El chiflón de agua es utilizado para hincar elementos precolados o de acero en  suelos  compuestos  por  arena  suelta,  la  cual  es  transportada  por  el  flujo  al  exterior.  • Sección transversal pequeña   Se      instalan    tubos  y  perfiles  metálicos  sin  perforación  previa,  debido  a  su  reducida área trasversal, provoca un desplazamiento del subsuelo en ocasiones  imperceptible.    Pilotes sin desplazamiento  Son  aquellos  pilotes  que  en  su  proceso  constructivo,  el  terreno  es  removido  para posteriormente construir o colocar el pilote dentro de la perforación.    2.3.5.4 Clasificación según la  transmisión de carga al subsuelo.  La forma en que las pilas y los pilotes transfieren las cargas al subsuelo define el  tipo de cimentación clasificándose de la siguiente manera (ver esquema 2.4).   

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  Carga vertical:  • Punta   La  carga  vertical  es  transmitida  al  estrato  localizado  en  la  punta  de  los  elementos de cimentación profunda. Ver fig. 2.2   

Fig. 2.2: Pilote trabajando por punta    

  23   

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•

Fricción 

La transmisión de las cargas al subsuelo se desarrolla a través del contacto de  los  diferentes  estratos  con  el  fuste  de  los  pilotes  o  las  pilas  dependiendo  del  sentido de los esfuerzos, la cimentación puede ser de apoyo o de anclaje. Ver  fig. 2.3   

 

Figura 2.3: Pilote trabajando por fricción. 

  • Mixta   Se considera mixta la transmisión de la carga vertical descendente al subsuelo,  cuando en el diseño de los elementos los esfuerzos son distribuidos en la punta  y en el fuste; en la realidad esta condición es la que prevalece, la cual depende  de la compatibilidad de los desplazamientos, sin embargo cuando los esfuerzos  en la punta o en el fuste son reducidos en el cálculo se desprecia    Carga horizontal y vertical  En  estructuras  que  generan  cargas  horizontales  hacia  la  cimentación,  además  de  las  verticales,  puede  ser  recomendable  el  uso  de  pilotes  inclinados,  con  el  propósito  de  que  la  fuerza  resultante  sea  transmitida  adecuadamente  al  24   

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subsuelo  por  la  cimentación  profunda  elegida.  En  el  caso  de  la  ocurrencia  de  acciones sísmicas, los pilotes inclinados provocan concentraciones de esfuerzos  considerables en la losa que se apoya en ellos, lo cual debe ser analizado en su  diseño. Si la carga horizontal es moderada, es preferible usar pilotes instalados  verticalmente  y  aprovechar  la  reacción  pasiva  del  suelo  superficial.  Ver  figura  2.4. 

 

Figura  2.4:  Pilotes  sometidos  a  carga  vertical y horizontal. 

  2.3.6 Función de los pilotes  Los pilotes son miembros estructurales hechos de acero, concreto o madera y  se usan para construir cimentaciones que son profundas y cuestan más que las  cimentaciones  superficiales.  A  pesar  del  costo,  el  uso  de  pilotes  es  a  menudo  necesario  para  garantizar  la  seguridad  estructural.  La  siguiente  lista  identifica  algunas de las condiciones que requieren cimentaciones de pilotes.   ♦ Cuando  las  cargas  transmitidas  por  el  edificio  no  se  pueden  distribuir  adecuadamente  en  una  cimentación  superficial  excediendo  la  capacidad  portante del suelo.  25   

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♦

Puede darse que los estratos inmediatos a los cimientos produzcan asientos  imprevistos y que el suelo resistente esté a cierta profundidad; es el caso de  edificios que apoyan en terrenos de baja calidad. 

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Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por  hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas. 

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Cuando la edificación está sobre agua. 

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Cuando  los  cimientos  están  sometidos  a  esfuerzos  de  tracción.  Aquí  tenemos varios casos: 

♦

En edificios de altura expuestos a fuertes vientos. 

♦

En  construcciones  que  requieren  de  elementos  que  trabajen  a  la  tracción,  como estructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo. 

♦

Las  cimentaciones  de  algunas  estructuras,  como  torres  de  transmisión,  plataformas  fuera  de  la  costa  y  losas  de  sótanos  debajo  del  nivel  freático  están sometidas a fuerzas de levantamientos. Algunas veces se usan pilotes  para estas cimentaciones y así resistir la fuerza de levantamiento. 

♦

Cuando  se  necesita  resistir  cargas  inclinadas;  como  en  los  muros  de  contención de los muelles. 

♦

Cuando se deben recalzar cimientos existentes. 

♦

Los  estribos  y  pilas  de  puentes  generalmente  se  construyen  sobre  cimentaciones  de  pilotes  para  evitar  la  posible  pérdida  de  capacidad  de  carga  que  una  cimentación  superficial  sufrirá  por  erosión  del  suelo  en  la  superficie del terreno.     

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CIMENTACIONES PROFUNDAS  CAPITULO II 

   

2.3.7 Etapas de la selección  y  elección del tipo de cimentación  El  tipo  de  cimentación  más  adecuado  para  una  estructura  dada  depende  de  varios factores, como su función, las cargas que deben soportar, las condiciones  del  subsuelo  y  el  costo  de  la  cimentación  comparado  con  el  costo  de  la  superestructura. Puede ser que sea necesario hacer otras consideraciones, pero  las anteriores son las principales.  Debido  a  las  relaciones  existentes  entre  estos  varios  factores,  usualmente  pueden  obtenerse  varias  soluciones  aceptables  para  cada  problema  de  cimentación. Cuando diferentes ingenieros con su gran experiencia se ven ante  una situación dada, puede llegar a conclusiones algo diferentes. Por lo tanto el  criterio juega un papel muy importante en la ingeniería de cimentaciones.  Es de dudar que alguna vez pueda elaborarse un procedimiento estrictamente  científico  para  el  proyecto  de  cimentaciones,  aunque  los  progresos  científicos  hayan contribuido mucho al perfeccionamiento de la técnica.  Cuando un ingeniero experimentado comienza a estudiar una obra nueva, casi  instintivamente  desecha  los  tipos  más  inadecuados  de  cimentación  y  se  concentra en los más prometedores; cuando su elección se ha reducido a unas  cuantas alternativas que se adaptan  bien a las condiciones del subsuelo  y a la  función de la estructura estudia la economía relativa de estas selecciones, antes  de tomar la decisión final.  Los  ingenieros  con  menos  experiencias  pueden  seguir  un  procedimiento  semejante,  sin  peligro  de  cometer  errores  serios  si  aprovechan  los  resultados  de los estudios científicos y el trabajo experimental de otros. Sin embargo para  que sea útil esta información debe estar organizada lógicamente.    

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CIMENTACIONES PROFUNDAS  CAPITULO II 

   

“Al  elegir  el  tipo  de  cimentación,  el  ingeniero  debe  dar  los  siguientes  5  pasos  sucesivos:  1. Obtener  cuando  menos,  información  aproximada  con  respecto  a  la  naturaleza de la superestructura y de las cargas que se van a transmitir a las  cimentaciones.  2. Determinar las condiciones del subsuelo en forma general.  3. Considerar  brevemente  cada  uno  de  los  tipos  acostumbrados  de  cimentación,  para  juzgar  si  pueden  construirse  en  las  condiciones  prevalecientes;  si  serian  capaces  de  soportar  las  cargas  necesarias,  y  si  pudieran  experimentar  asentamientos  perjudiciales.  En  esta  etapa  preliminar se eliminan los tipos evidentemente inadecuados.  4. Hacer estudios más detallados y aun anteproyectos de las alternativas más  prometedoras.  Para  hacer  estos  estudios  pueden  ser  necesarios  tener  información adicional con respecto a las cargas y condiciones del subsuelo,  y  generalmente,  deberán  extenderse  lo  suficiente  para  determinar  el  tamaño  aproximado  de  las  zapatas  o  pilas,  o  la  longitud  aproximada  y  numero  de  pilotes  necesarios.  También  puede  ser  necesario  hacer  estimaciones  más  refinadas  de  los  asentamientos,  para  predecir  el  comportamiento de la estructura.  5. Preparar  una  estimación  del  costo  de  cada  alternativa  viable  de  cimentación,  y  elegir  el  tipo  que  represente  la  transacción  más  aceptable  entre el funcionamiento y el costo”6.                                                     6

 Fuente: Peck, Ralph. B. Ingeniería de Cimentaciones, 2006. 

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CIMENTACIONES PROFUNDAS  CAPITULO II 

   

“Conviene tener presente que durante el diseño de una cimentación se pueden  cometer diversos errores, entre otros, los siguientes:                 1. Suposición errónea de las cargas.  2. Condiciones del suelo diferentes de las previstas en el diseño.  3. Teoría calculada en los cálculos imprecisa o inadecuada.  4. Susceptibilidad  de  la  estructura  a  movimientos  diferenciales  definida  incorrectamente y.  5. Defectos  en  la  construcción  de  la  cimentación  que  pueden  invalidar  el  diseño,  aun  cuando  el  conocimiento  de  cargas,  condiciones  del  suelo  y  de  las teorías sea virtualmente perfecto.  Toda  cimentación  debe  diseñarse  para  satisfacer  dos  requisitos  esenciales:  seguridad adecuada contra falla y funcionalidad de la estructura. Para un caso  especifico,  uno  de  estos  requisitos  condicionara  las  dimensiones  de  las  cimentación;  por  tanto,  es  necesario  calcular  la  capacidad  de  carga  y  las  deformaciones probables de la cimentación”7.  La  capacidad  de  carga  de  una  cimentación  profunda  depende  fundamentalmente de la resistencia al corte del suelo en el cual se apoya y del  mecanismo de transferencia de carga al suelo.  Por  otra  parte  la  sensibilidad  de  la  estructura  a  los  asentamientos  debe  considerarse sabiendo que, tanto las muy flexibles como las muy rígidas pueden  juzgarse  como  insensibles,  ya  que  las  primeras  se  acomodan  a  los  asentamientos  irregulares  sin  daño  estructural,  y  las  segundas  se  asientan  monolíticamente                                                  7

 Fuente: Peck, Ralph. B. Ingenieria de Cimentaciones, 1967. 

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CIMENTACIONES PROFUNDAS  CAPITULO II 

   

En  conclusión,  la  selección  del  tipo  de  cimentación  profunda  se  efectúa  con  base en el estudio de las condiciones de apoyo, en los principios de la mecánica  de suelos y en la experiencia local de este tipo de cimentaciones; en cada caso  se  considera,  además,  el  equipo  de  construcción  disponible  y  las  restricciones  por  la  localización  de  la  obra  como  colindancias  y  accesos.  A  partir  de  esta  información,  puede  definirse  uno  o  varios  procedimientos  constructivos  factibles económicamente que deben estudiarse en detalle para seleccionar el  más adecuado.  También  la  elección  inicial  de  las  características  de  los  elementos  de  cimentación,  pueden  hacerse  estudiando  la  historia  de  las  estructuras  existentes cimentadas con pilotes o pilas vecinas a la estructura por construir.  En  tal  caso  se  deben  comparar  las  similitudes  de  esas  estructuras  con  la  propuesta, en lo referente al tamaño y geometría, condiciones de  carga y tipos  de  suelos;  en  las  zonas  donde  prevalezcan  condiciones  de  cimentación  similares, siempre debe tomarse en cuenta la practica empleada a través de los  años.    2.3.8 Pruebas preliminares en cimentaciones profundas   En  todos  los  proyectos  importantes  es  común  que  se  justifique  económicamente  efectuar  pruebas  de  carga  preliminares  en  pilotes  o  pilas  como una guía para seleccionar el tipo, longitud y capacidad permisible de los  cimientos antes de llegar al diseño final; esta prueba debe realizarse durante la  construcción  cuando  el  objetivo  sea  verificar  las  hipótesis  de  diseño.  En  obras  pequeñas  en  las  que  se  tiene  un  número  reducido  de  pilotes  o  pilas,  generalmente  es  más  económico  diseñar  conservadoramente  la  cimentación  que  efectuar  pruebas  de  carga,  de  la  cual  estaremos  mencionando  más  adelante.   30   

CIMENTACIONES PROFUNDAS  CAPITULO II 

   

2.3.9  Desventajas que presentan los pilotes de concreto.  ™ Un  pequeño  corrimiento  de  tierra  alrededor  del  pilote  sin  reforzar  puede  quebrarlo.  ™ Un  empuje  hacia  arriba,  actuando  sobre  el  fuste  de  un  pilote  sin  camisa  permanente, ni el refuerzo puede destruirlo al hacerlo trabajar a tensión.  ™ Es difícil efectuar un buen colado si el tubo del pilote se llena de agua, a no  ser que se emplee aire comprimido.  ™ La  dificultad  de  aumentar  o  reducir  su  longitud  en  caso  de  que  ésta  no  sea  bien estimada.  ™ Es  difícil  saber  a  simple  vista  cuando  un  pilote  ha  fallado,  ya  que  no  es  necesario  que  el  pilote  desaparezca  en  las  profundidades  subterráneas  ni  tampoco que se rompa o doble.  ™ Si  un  pilote  es  colocado  en  un  lugar  equivocado,  ya  no  es  posible  su  extracción para reutilizarlo.   

 

2.3.10 Ventajas en el uso de pilotes de concreto  ™ Resultan  convenientes  cuando  las  condiciones  del  suelo  no  son  favorables  para la utilización de otro tipo de cimentaciones.  ™ Proporcionan  buenas  soluciones  para  la  distribución  de  cargas  en  el  subsuelo ya que pueden trabajar individualmente o en grupos de pilotes.  ™ Presentan resistencia a los ataques químicos y biológicos  ™ Los  pilotes  hincados,  en  un  estrato  de  suelo  friccionante    pueden  llegar  a  alcanzar elevadas resistencias por fricción.  31   

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0   CAPITULO III 

CAPITULO III: DISEÑO DE PILOTES DE CONCRETO APLICADOS EN EL AMSS, SAN  MIGUEL Y LA UNION.     3.1 INTRODUCCIÓN   La secuencia lógica que permite obtener la calidad requerida en forma eficiente  para  construir  pilotes  de  concreto,  tanto  en  tiempo  como  en  economía,  es  aquella que se lleva a cabo ordenada y oportunamente sin eliminar ninguna de  las siguientes actividades:    3.2 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS   La  exploración  del  subsuelo  en  el  que  se  pretende  construir  una  estructura  debe realizarse antes de continuar con el desarrollo del proyecto, ya que de los  resultados  obtenidos  y  la  interpretación  de  las  características  y  comportamiento  del  suelo,  dependerán  las  decisiones  que  se  tomen  para  la  realización del diseño geotécnico y estructural, así como para la determinación  del  procedimiento  constructivo.  Un  estudio  geotécnico  deficiente  provocará  que  las  actividades  siguientes  no  se  desarrollen  adecuadamente,  generando  modificaciones  durante  la  construcción,  las  cuales  estarán  en  función  de  la  inexactitud de la información obtenida.     3.2.1Objetivos y etapas de la exploración geotécnica  3.2.1.1Objetivos   El programa de exploración geotécnica deberá proporcionar información sobre  las  condiciones  estratigráficas  del  sitio  en  estudio,  las  condiciones  de  presión  del  agua  del  subsuelo  y  las  propiedades  mecánicas  de  los  suelos  (resistencia,    32  

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compresibilidad  y  permeabilidad),  a  fin  de  facilitar  el  diseño  racional  de  la  cimentación  de  estructuras  y  la  selección  del  método  constructivo  adecuado  para su ejecución (Ver esquema 3.1).   

    Para asegurar que se alcanzarán los objetivos de la exploración geotécnica, los  trabajos  de  campo  los  supervisará  un  ingeniero  especialista  en  suelos  y  su  realización  estará  a  cargo  de  una  brigada  de  trabajadores  entrenados  en  los  trabajos de perforación, muestreo y ejecución de pruebas de campo.      33  

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3.2.1.2 Etapas de la exploración geotécnica  El  programa  de  exploración  geotécnica  del  sitio  donde  se  construirá  una  estructura consta de tres etapas:   • Investigación preliminar   • Recopilación de la información disponible  • Investigación de detalle     3.2.2 Investigación Preliminar  3.2.2.1 Objetivos  El  objetivo  de  esta  etapa  de  exploración  es  el  recopilar  la  información  geotécnica que exista de un sitio, para realizar una interpretación preliminar de  los problemas que podrían presentarse en la cimentación de una estructura de  características y requerimientos conocidos.     Tipos  de  suelos  y  sus  características  en  el  Área  Metropolitana  de  San  Salvador (AMSS), San Miguel y La Unión.   El  Área  Metropolitana  de  San  Salvador,  está  ubicada  dentro  del  graben  que  atraviesa la República en dirección O – NO y en las faldas orientales del volcán  de San Salvador.   Extendiéndose sobre una superficie relativamente plana, erosionada entre 650  y 850 msnm. La parte Este presenta una superficie plana, cortada por muchos  surcos erosivos y ríos, que originan fuertes y profundos taludes en los cauces.  En el Sur esta bordeada por la montaña costera (Altura hasta de 1100 msnm) y  el Cerro de San Jacinto (1154 msnm) hacia el Oeste el Volcán de San Salvador    34  

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(1967 msnm), en el Este por el Lago de Ilopango (450 msnm), y al Norte por el  Cerro de Mariona (798 msnm)  Las  diferencias  de  altura  son  relativamente  altas,  entre  1,967  msnm  para  el  Picacho y el lecho de valle del Río Acelhuate, cerca de 400 msnm. Estos son los  extremos, pero la mayoría del área poblada está ubicada 500 y 800 msnm que  es un nivel común de la depresión salvadoreña y sus planicies.  El Área Metropolitana de San Salvador está constituida básicamente de cenizas  volcánicas,  productos  piroplásticos  depositados  de  erupciones  sucesivas  violentas  de  los  volcanes  de  Ilopango  y  Boquerón.  En  estos  depósitos  predominan  la  pómez,  que  es  un  silicato  de  aluminio  y  hierro  generalmente  acido,  de  reducida  densidad  como  espuma  solidificada  cuyos  huecos  y  tubos  intercomunicados  de  variedad  fibrosa  se  originaron  debido  al  gran  desprendimiento  de  gases  en  su  formación.  La  forma  de  los  granos  de  suelo  predominante,  es  equidimensional  y  su  textura  es  rugosa,  la  distribución  granulométrica  varia,  pero  básicamente  se  puede  clasificar  como  un  limo  arenoso (ML) o una arena limosa (SM);  y se encuentran mayormente en la zona  central de San Salvador. Dentro de las características de estos suelos tenemos  las  siguientes:  resistencia  en  estado  seco  desde  muy  pequeña  hasta  regular,  bajo  el  limite  liquido  y  alto  índice  de  plasticidad,  entre  regular  y  pobre  para  fundaciones, malo para el desgaste aun con tratamiento bituminoso, casi nada  de encogimiento (elasticidad), bastante fácil de compactar con equipo; tiene un  peso volumétrico aproximado a 100 y la relación de vacios es más o menos 0.70  y el California Bearing Rattio (C.B.R) oscila entre 6 a 25.   “Para San Salvador corresponden en su mayoría los siguientes tipos de suelos:  arena limosa, limos arenosos, limos arcillosos y suelos altamente contaminados  de materia orgánica. 

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No  obstante,  los  suelos  de  características  friccionantes  predominantes  en  el  área  son  desde  el  punto  de  vista  petrológicos,  cenizas  volcánicas  de  edad  reciente producto del marcado volcanismo explosivo del área.  En  cuanto  a  los  suelos  arcillosos  se  han  formado  como  consecuencias  del  arrastre de las zonas altas del volcán de San Salvador donde la meteorización es  mayor como producto de la condición climática”8.  “Los departamentos de San Miguel y La Unión, están ubicados en el oriente del  país.  Según  los  mapas  geológicos  de  El  Salvador,  al  Oeste  de  la  ciudad  de  San  Miguel,  esta  conformada  por  rocas  del  tipo  volcánico,  piroclásticas,  tobas  fundidas y no fundidas, en la zona Este de la ciudad se encuentra conformada  por sedimentos recientes, como aluviales, pie de monte y fluviales. En el Área  Metropolitana  de  San  Miguel,  predomina  el  material  arcilloso  combinado  con  limos, pómez y arenas a profundidades variables”9.     3.2.2.2 Recopilación de la información disponible  En  El  Salvador  existen  las  siguientes  instituciones  donde  puede  encontrarse  información  sobre  las  condiciones  geotécnicas  del  suelo:  Servicio  Nacional  de  Estudios Territoriales (SNET), Centro Nacional de Registros (CNR), Ministerio de  Agricultura y Ganadería (MAG). Y para el AMSS La Oficina de Planificación para  el Área Metropolitana de San Salvador (OPAMSS)                                                     

8

 Fuente: Campos Mauricio Arturo”Estudio de Clasificación Preliminar del suelo de la republica de El Salvador.  Tesis. Universidad de El Salvador, 1959.  9

 Fuente: Mapa Geológico de El Salvador. 

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3.2.2.3 Interpretación de fotografías aéreas  La  interpretación  geológica  de  las  fotografías  aéreas  de  un  sitio,  realizada  por  un  ingeniero  geólogo  capacitado  para  ello,  permite  identificar  de  manera  preliminar  las  características  geológicas  del  sitio,  tales  como  fallas,  fracturas  y  los  fenómenos  geodinámicos  relacionados  con  zonas  de  taludes  inestables  y  zonas  erosionables.  Con  respecto  a  los  suelos,  se  pueden  identificar  las  características probables de los suelos superficiales e inferir en las del subsuelo  así como definir posibles bancos de préstamo.    3.2.2.4 Recorrido de campo  El  recorrido  de  campo  lo  debe  realizar  un  ingeniero  especialista  en  geotecnia,  acompañado de un ingeniero geólogo; los objetivos serán: 

♦ Comprobar  la  interpretación  foto  geológica  antes  descrita,  además  de  identificar y clasificar los suelos superficiales.  ♦  Visitar  las  estructuras  construidas  en  la  zona  e  indagar  sobre  su                   comportamiento.  ♦  Obtener  información  adicional  que  permita  programar  la  investigación  de  detalle.  ♦  Topografía general del sitio.  ♦  Estratificación del suelo, observada en los cortes profundos: carreteras, vías  férreas, etc.  ♦  Tipo de vegetación del sitio, indica la naturaleza del suelo.  ♦  Altura  de  las  aguas  máximas,  especialmente  en  el  caso  de  puentes  y  bóvedas.  ♦  Nivel de agua subterránea (observación en pozos próximos al lugar).  ♦  Tipo  de  construcción  en  la  vecindad  (agrietamientos  en  paredes,  tipo  de  cimentación, etc.)      37  

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3.2.3 Investigación Geotécnica de Detalle  3.2.3.1  Programa  El  ingeniero  especialista  en  geotecnia  deberá  formular  el  programa  de  la  investigación  de  detalle,  para  lo  cual  deberá  considerar  la  aplicación  de  las  técnicas  que  se  mencionan  más  adelante  y  fundamentar  su  propuesta  en  la  información de la investigación preliminar. Debe además tomar muy en cuenta  que tratándose de cimentaciones con pilotes, las propiedades de los suelos se  modifican  en  la  vecindad  del  elemento,  aunque  se  trate  de  un  procedimiento  constructivo de no‐desplazamiento, como el de colado en el lugar, y que en el  caso  de  pilotes  que  desplazan  el  volumen  de  suelo  que  ocupan,  se  induce  mayor alteración y cambios estructurales al suelo vecino aún a varios diámetros  de distancia.    3.2.3.2 Levantamiento geológico  Excepcionalmente se realiza este tipo de levantamiento, ya que usualmente la  geología  de  la  región  donde  se  construirá  la  estructura  ha  sido  estudiada  anteriormente  o  se  considera  que  el  recorrido  de  campo  en  la  etapa  de  investigación  preliminar  proporciona  la  información  geológica  necesaria  y  suficiente para el diseño de la cimentación (profunda) de una estructura.  En caso de que se trate de la cimentación de estructuras muy importantes o de  desarrollos industriales localizados en áreas poco estudiadas, se justifica realizar  el levantamiento geológico de la zona.           38  

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3.2.3.3 Exploración geofísica   Los  métodos  de  exploración  geofísica  aplicables  en  geotecnia  se  basan  en  la  medición de la variación de la velocidad de propagación de ondas sísmicas o de  la  resistividad  eléctrica  (poco  confiable)  de  los  suelos,  y  mediante  su  interpretación  y  correlaciones  se  deducen  las  características  estratigráficas,  posición del nivel freático, posibles tipos y propiedades de suelos y rocas. Estos  métodos  se  utilizan  para  obtener  información  preliminar  del  subsuelo,  para  complementar la información geológica y reducir el número de sondeos.   En  nuestro  país,  el  uso  más  generalizado  en  la  exploración  geotécnica  es  el  método  de  resistividad  eléctrica  y  el    arreglo  más  común  es  el  de  Wenner  el  cual  consiste    en  utilizar  cuatro  electrodos  hincados  en  el  suelo  y  espaciados  uniformemente  a  lo  largo  de  una  línea  recta.  Los  dos  electrodos  exteriores  se  usan  para enviar una corriente eléctrica I (generalmente  una corriente directa  con  electrodos  de  potencial  no  polarizantes)  al  terreno.  La  corriente  eléctrica  varía entre 50 y 100 miliamperios. La caída de voltaje, V, se mide entre los dos  electrodos interiores.     Método de cross‐hole  El principio de este procedimiento se ilustra en la figura 3.1c10 que muestra dos  agujeros  perforados  en  el  terreno  a  una  distancia  L  entre  sí.  Se  genera  un  impulso vertical en el fondo de un barreno por medio de una barra de impulso.  Las  ondas  cortantes  así  generadas  se  registran  por  medio  de  transductor  verticalmente sensible.  La  tabla  3.1  muestra  los  diferentes  métodos  que  conforman  la  exploración  geofísica.                                                  10

 Fuente: Gonzáles de Vallejo, Luís I. Ingeniería Geológica, 2002. 

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ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0   CAPITULO III  Tabla 3.1 Métodos de exploración geofísica11 Método  Descripción    Consiste  en  determinar  el  tiempo  de  arribo  de    las ondas longitudinales sísmicas, generadas por    una  pequeña  explosión  o  impacto,  a  geófonos    captadores que envían su señal a un sismógrafo  Refracción  receptor;  con  esta  información  se  calcula  la  sísmica total  velocidad de propagación de las ondas.   

        Resistividad  eléctrica 

Consiste  en  determinar  la  variación  con  la  profundidad  de  las  resistividades  aparentes  de  un  medio  en  que  se  ha  inducido  un  campo  eléctrico.   El  equipo  consiste  en  una  fuente  de  poder,  voltímetro,  amperímetro  y  cuatro  electrodos.  Ver figura 3.1a   

       Radar  

Este  método  esta  basado  en  la  propagación  de  impulsos  de  ondas  electromagnéticas  de  muy  alta  frecuencia  (100  a  1000MHZ)  hacia  el  interior  del  suelo:  estas  hondas  son  reflejadas  por  anomalías  del  subsuelo  (irregularidades,  interfaces  o  discontinuidades)  a  diferentes  profundidades  que  después  se  captan  por  medio de una antena en la superficie del suelo.  Consiste  en  determinar  la  velocidad  de  las  ondas  de  cortante  creadas  como  resultado  de  un  impacto  a  un  estrato  del  suelo  dado.  Ver  figura 3.1b 

  Cross Hole 

Resultados Esperados  ‐Interpretar la estratigrafía del sitio ‐Clasificar los suelos y rocas  ‐Estimar  el  módulo  elástico  dinámico  del  medio  Nota:  La  interpretación  de  esta  prueba  siempre  debe  correlacionarse  con  la  información  de sondeos convencionales con extracción  de muestras, porque tiene la limitante de  no  detectar  la  presencia  de  estratos  blandos  que  subyacen  a  otros  duros,  debido a las condiciones de refracción que  se desarrollan.  ‐Definir la estratigrafía.    ‐Por  correlación,  clasificar  los  suelos  y  rocas del sitio.    ‐Definir la posición del nivel freático.  Nota:  La precisión de este método para predecir  la  estratigrafía  de  un  sitio  es  generalmente menor que la de refracción  sísmica  y  por  ello  se  utiliza  menos,  sin  embargo  es  más  confiable  para  determinar la posición del nivel freático.  El  sistema  de  monitoreo  permite  conocer  la  profundidad  de  la  anomalía.  La  profundidad  máxima  de  exploración  no  sobrepasa los 30 mt (98ft).   

Obtener  los  valores  del  modulo  de  cortante  para  el  diseño  de  cimentaciones  que  soportan  maquinaria  vibratoria  y  aspectos similares. 

                                                  11

  Fuente: Manual de Cimentaciones Profundas, 2001. 

  40  

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0   CAPITULO III 

                 Figura3.1a: Medidas de las  resistividades del suelo. 

   

  Figura 3.1b: Velocidades de  propagación de ondas P y S en  un ensayo de cross‐hole 

   

Figura 3.1c: Método de sondeo sísmico cross‐hole

La tabla 3.2 muestra las diferentes resistividades de acuerdo al material con que  está compuesto el suelo. 

  41  

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Tabla 3.2: Valores representativos de la resistividad12  Material   Resistividad (ohm‐m)  Arenas  500‐1500  Arcillas, limo saturado  0‐100  Arena arcillosa  200‐500  Grava  1500‐4000  Roca intemperizada  1500‐2500  Roca sana  >5000 

   3.2.3.4 Exploración, muestreo y pruebas de campo  El planeamiento del trabajo de exploración tiene como objetivo determinar las  condiciones del suelo o roca en la cual  se va a cimentar  una estructura; entre  ellas  tenemos:  profundidad,  espesor,  extensión  de  cada  uno  de  los  estratos;  profundidad  de  la  roca  y  del  agua  subterránea  así  como  la  resistencia  y  compresibilidad.   Un programa cuidadosamente planeado y llevado a cabo, así como la correcta  interpretación  de  los  resultados,  será  un  factor  determinante  para  el  éxito  de  una obra de ingeniería.   Entre  los  aspectos  a  considerar  dentro  del  trabajo  de  exploración  es  el  determinar  el  espaciamiento  entre  los  sondeos,  de  tal  manera  que  se  pueda  obtener  la  información  anteriormente  descrita.  Al  iniciar  la  investigación  exploratoria, es imposible determinar el espaciamiento y profundidades de los  estratos no varían entre los sondeos, ya que éste no depende sólo del tipo de  estructura, sino también de la uniformidad y regularidad del depósito del suelo,  por ello se deberá comenzar con un espaciamiento estimado, el cual aumentará  si se necesita datos adicionales o disminuirá si los espesores son demasiado en  todos  los  sondeos.  El  espaciamiento  debe  ser  menor  en  áreas  que  serán                                                 

12

 Fuente: Braja Das, Principios de Ingeniería de cimentaciones, 1942 

  42  

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sometidas a cargas pesadas y mayor en las áreas menos críticas. A continuación  se  detalla  en  la  tabla  3.3  los  espaciamientos  entre  sondeos  que  se  utilizan  a  menudo en el planeamiento de trabajos de sondeos.      Tabla 3.3 Espaciamiento de los sondeos13 Estructura u obra Carretera (investigación de la sub rasante) Excavación para préstamo  Edificio industrial de un piso  Edificio industrial de dos pisos Edificio de varios pisos

Espaciamiento (mt)  300 – 600  30 – 120  30 – 90  30 – 60  15 – 30 

  Otro  aspecto  importante  a  considerar  es  la  profundidad  de  los  sondeos.  El  objetivo  principal  es  determinar  un  estrato  suficientemente  resistente  que  no  permita  que  la  estructura  experimente  asentamientos  diferenciales  excesivos  que  puedan  dañarla  ni  a  la  cimentación  misma.  Para  determinar  dicha  profundidad,  se  cuenta  con  una  relación  hecha  por  el  Instituto  Geotécnico  de  Bélgica, que indica la profundidad del sondeo de acuerdo al tipo de estructura.  Estos se describen en la tabla 3.4.Teniendo claro los criterios a tomar para los  sondeos  en  campo,  es  necesario  determinar  qué  método  utilizar  para  lograr  obtener la información requerida.  Tabla 3.4: Profundidades de los sondeos14  Ancho del  edificio (mt)  30 

Número de pisos / profundidades de los  sondeos (mt)  1  2  4  8  16  3.5  6.0  10.0  16.0  24.0 

60 

4.0 

6.5 

12.5 

21.0 

33.0 

120 

4.0 

7.0 

13.5 

26.0 

44.0 

                                                13

 Fuente: Sowers , Georje B Y Sowers Georje F, Introducción a la mecánica de suelos y cimentaciones,1972 

14

 Fuente: Braja Das, Principios de Ingeniería de Cimentaciones, 1990. 

  43  

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0   CAPITULO III 

Para  realizar  estos  sondeos,  se  cuenta  con  los  siguientes  mecanismos  de  exploración:     Penetrómetros.   Son conos o tubos de acero que se hincan a presión (estáticos) o con el impacto  de una masa (dinámicos) y permiten definir indirectamente la estratigrafía del  sitio, la variación de la compacidad relativa y la resistencia al corte (drenada) de  las arenas con la profundidad, así como la resistencia al corte no drenada de las  arcillas.  Con  el  Penetrómetro  estándar  se  recuperan,  además,  muestras  alteradas que permiten definir confiablemente la estratigrafía. Cabe aclarar que  la  resistencia  al  corte  drenado  de  las  arenas  depende  de  la  permeabilidad  de  éstas,  así  como  de  sus  condiciones  de  frontera  para  el  flujo  de  agua;  aunque  esto  ciertamente  es  cuestionable  cuando  las  arenas  están  contaminadas  con  limos y se trata de ensayos de penetración dinámica.   En la exploración de un sitio los Penetrómetros se emplean de acuerdo con tres  criterios de aplicación:   • •   •

Como instrumento de exploración para definir la estratigrafía y facilitar con  ello la selección de los muestreadores de suelo que deberán emplearse.   Para disminuir el costo de realización de sondeos complementarios para  cubrir un área grande.  Como técnica única de exploración, en proyectos de bajo costo que no  puedan justificar sondeos de muestreo.  

A continuación se detallan los ensayos de penetración de mayor utilidad en el  campo de la geotecnia.      44  

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0   CAPITULO III 

Penetrómetro Estándar (SPT).  El Penetrómetro Estándar es un tubo de dimensiones normalizadas que se hinca  a  percusión.  Consiste  en  un  tubo  de  pared  gruesa  partido  longitudinalmente,  con  una  zapata  de  acero  endurecido  y  una  cabeza  que  lo  une  al  extremo  inferior  de  la  columna  de  barras  de  perforación  con  que  se  hinca;  la  cabeza  tiene  un  conducto  para  la  salida  de  azolves  a  través  de  una  válvula  esférica  o  una  válvula  de  varilla.  Opcionalmente  se  utiliza  una  trampa  de  paso  para  retener las muestras (ASTM D‐1586).  El equipo auxiliar para el hincado consiste en una masa golpeadora de acero de  64kg  con  una  guía  de  caída  libre  de  75cm  y  barras  de  perforación  AW  ó  BW  (4.44 y 5.40cm de diámetro; 6.53 y 6.23 Kg/m de peso, respectivamente) con un  yunque de golpeo incorporado a la columna de barras. La masa golpeadora se  levanta con un malacate de fricción (cabeza de gato). Ver figura 3.2a. 

   

Figura 3.2a: Equipo de penetración estándar (SPT) 

  45  

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0   CAPITULO III 

Este penetrómetro se hinca 45cm en el fondo de una perforación de 7.5cm de  diámetro mínimo, con los impactos de la masa de 64Kg se cuenta el número de  golpes  para  hincar  cada  tramo  de  15cm.  Se  define  como  resistencia  a  la  penetración  estándar,  al  número  N  de  golpes  necesarios  para  introducir  el  penetrómetro los dos últimos tramos de 15cm.; cuando la dureza del suelo no  permite  introducir  más  el  tubo  partido  o  cuchara  partida,  N  se  define  por  extrapolación.  Cabe  mencionar,  que  las  presiones  generadas  por  el  suelo  a  una  profundidad  determinada, influyen en el número de golpes obtenidos a dicha altura. Por lo  tanto, es necesario realizar la corrección respectiva de N. Entre las ecuaciones  de corrección tenemos las siguientes:  (1) NSPT corregido = NSPT de campo x C n  Donde:   C n = 0.77 log10 (20/p);               p= γsuelo x profundidad de sondeo  (2) NSPT corregido = 4NSPT de campo / (3.25+ 0.5P);  Resultados Esperados.  • Definir la estratigrafía del sitio.  • Determinar por correlación  la compacidad relativa de suelos granulares y la  consistencia de suelos cohesivos.  • Obtener  muestras  alteradas  para  determinar  en  el  laboratorio  sus  propiedades índices.  A través del número de golpes NSPT para cada tramo de 30cm y basándose en la  clasificación  de  campo  de  suelos,  con  base  en  el  Sistema  Unificado  de  Clasificación SUCS, se define la estratigrafía del sitio explorado. Ver figura 3.2b      46  

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0   CAPITULO III  EMPRESA:   

PROYECTO: 

SITUACION:   

  1.80 

0.90 

2.00    2.60 

0.20 

3.20        6.45 

0.60  0.60  3.25 

7.0    7.60 

  1.15 

  11.0     

  3.40             

  11.5 

  0.50 

12.0 

 

Suelo vegetal. 

Grava arenosa similar a la anterior con pasadas  limo  arenosas,  más  abundantes  según  se  produzca. 

   

Limo  con  algo  de  arena,  contiene  cantos  dispersos, de color blanquecino. Medianamente  denso y duro en cuanto a resistencia. 

                                     

 

 

 

 

 

 

ML 

5‐7‐8‐9 

33.0 

15.9 

16.8 

CL 

SPT 

5‐8‐9‐12 

 

 

MI 

3‐4‐5‐8 

24.8 

8.5 

16.2 

ML 

SPT 

 

 

 

 

MI 

15‐20‐ 30‐40 

30 

20 

8.5 

CL 

SPT 

25‐50‐R 

 

 

 

 

Grava  arenosa,  bien  graduada,  de  cantos  angulares de color negruzco. 

   

   

CLASIFIC. U.S.C.S 

0.65 

       

COORDENADAS: X:                                 Y:                                 Z:    HOJA:    LIMITE DE  ATTERBERRG  LL  IP  (%)  (%) 

HUMEDAD % 

  0.90 

                                                7.30     

Nº DE GOLPES   S.P.T/M.I 

0.25 

PROFUNDIDAD:    COLUMNA 

LONGITUD.  TRAMO (m.) 

 

NIVEL FRIATICO 

PROFUNDIDAD.  (m.) 

FECHA: 

MUESTRA 

  Sondeo Nº   

 Figura 3.2 b: Registro de sondeo en suelos 

Limo arcillo‐arenoso, con cantos de 2 a 3cm de  tamaño,  angulosos,  color  marrón  oscuro.  El  material se encuentra suelto y  con módulos de  material cohesivo.  Limo  arenoso  con  cantos  dispersos,  subred  ondeados, pueden alcanzar tamaño máximo de  5 cm. El material se encuentra suelto y presenta  un color marrón blanquecino.  Limo  arcilloso  marrón  oscuro,  con  gran  contenido en materia orgánica. Presenta cantos  de grava de 0.5 a 1 cm. De tamaño.    Limo arenoso, suelto, de color marrón claro. 

 

 

Limo con algo de arena, más cohesivo de color  2 marrón claro. Firme (qu=>2‐2.5Kg/cm ). 

Margas arcillosas con algún canto dispenso, de  2).  color azulado. Duras (qu=4.5Kg/cm

OBSERVACIONES:  MI: muestra inalterada                                                         MNC: muestra no conseguida  MA: muestra alterada                                                           TP: testigo parafina  SPT: ensayo de penetración estándar                                   N.F: nivel freático. 

  47  

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Basado en el número de golpes necesarios para penetrar el suelo en un tramo  de  15cm,  puede  correlacionarse  a  través  de  la  tabla  (3.5)  la  compacidad,  considerando  su  validez  sólo  para  arenas  localizadas  arriba  del  nivel  freático.  Para considerar la profundidad a la que se realiza la prueba y el nivel freático, se  utiliza la correlación de la figura 3.2c.  

Tabla 3.5 Correlación numero de golpes vrs    Compacidad relativa (Terzaghi and Peck) Numero golpes  Capacidad  0‐4  Muy suelta  4‐10  Suelta 10‐30  Media 30‐50  Compacta  >50  Muy compacta 

 

   

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  Figura 3.2 c: Correlación de número  de golpes vrs. Esfuerzo vertical efectivo      Así mismo puede correlacionarse N con el ángulo de fricción interna por medio  del nomograma mostrado en la figura 3.2d. 

Figura  3.2.d:  Correlación  de  número  de  golpes  vrs.  Angulo  de  fricción  interna  ф.  Terzaghi  and Peck    1. Relación para arenas medianas a gruesas de grano anguloso ha redondeado.  2. Relación para arenas finas y arenas limosas. 

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  Cono Holandés tipo Eléctrico (CPT)  Para hincarse a presión (estático) tiene incorporadas celdas instrumentadas con  deformímetros  eléctricos  que  permiten  la  medición  simultánea  de  las  fuerzas  necesarias para el hincado de la punta cónica de 60º, ángulo de ataque y 3.6cm  de diámetro y  de funda cilíndrica de fricción también  de 3.6cm de diámetro  y  13.25cm de longitud. Ver figura 3.3.a. 

  Figura 3.3 a: Corte transversal del penetrometro eléctrico. 

 

  50  

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  Para hincarse de forma dinámica se utiliza un mecanismo hidráulico que aplica  2.5,  10  ó  20T  de  fuerza  axial.  La  velocidad  de  hincado  es  de  2cm/s.  La  interpretación de este método se realiza a través de la gráfica de la resistencia  de punta y fricción de este elemento, que actualmente se procesa por medio de  computadoras.  En  la  figura  3.3.b  puede  observarse  cómo  se  registran  los  datos  del  sondeo,  a  través  del  registro  de  la  profundidad  con  sus  respectivas  resistencias  a  la  fricción (fs) y de punta (qc). 

Figura 3.3 b: Gráfica de  penetración estática 

  Resultados esperados.  ♦ Clasificar los suelos a través de la correlación empírica, sólo si se cuenta con  la medición de la resistencia de punta y fricción fs y qc.  ♦ Los parámetros de resistencia al corte. 

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  Esta  clasificación  puede  realizarse  a  través  de  correlaciones  basadas  en  las  gráficas que se muestran en la figura 3.3.c y 3.3.d. 

  Figura 3.3 c: Clasificación de los suelos con penetrometro estático 

 

  Figura 3.3.d: Clasificación estimativa de los suelos con penetrómetro. 

 

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  Los parámetros de resistencia al corte.  Estos parámetros pueden encontrarse por medio de nomogramas y ecuaciones  iterativas que se muestran en la figura 3.3.e. 

   

 

  53  

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  Figura 3.3 e: Parámetros de resistencias al corte.

   

3.2.3.5 Exploración Geotécnica In Situ  Piezometría: (Método Piezocono):   Es un dispositivo que permite medir la presión de poro del agua intersticial del  suelo a diferentes profundidades en un sitio determinado.  Con él se conoce la distribución de presiones en el sitio explorado.  Equipo:  • • •  

Transductor  electrónico  calibrado,  colocado  en  el  interior  de  una  camisa  metálica Ø2” con punta cónica.  Dos piedras porosas diametralmente opuestas.  Cámara con glicerina desairada.    54

 

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  Procedimiento de Ejecución  1. Hincado  a  velocidad  constante  de  2.5  m/s  hasta  una  profundidad  determinada.  2. Se  detiene  el  hincado  y  se  lee  presión  de  poro,  midiendo  el  tiempo  transcurrido después de detener el hincado.  3. Repetir  este  paso  hasta  alcanzar  presión  de  equilibrio  del  suelo,  es  decir  hasta que las lecturas de presión se mantengan constantes.  4. En  cada  medición  se  grafica  curva  de  disipación  de  presión  de  poro  vrs.  tiempo transcurrido de lectura.  5. Se  gráfica  los  resultados  del  sondeo  relacionando  presión  de  poro  con  la  profundidad.    Cono Sísmico  Es un dispositivo mediante el cual pueden medirse en campo las velocidades de  las ondas de corte y de compresión en el suelo a diferentes profundidades. Es  muy útil para determinar las propiedades dinámicas de suelos blandos y arenas  sueltas.  Equipos   • • • •

Péndulos unidireccionales  Camisa metálica con punta cónica de Ø5cm  Sistema de amplificación  Tarjeta de adquisición de datos conectada a computadora. 

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ESTUDIO GEOTECNICO Y  DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0    CAPITULO III 

  Procedimiento de Ejecución.  Consiste en generar ondas de cortante en la superficie golpeando los extremos  de  un  tablón  de  madera  tal  que  se  le  coloca  un  geófono  testigo  que  permite  determinar  el  instante  en  que  se  provocan  los  impactos.  Considerando  las  trayectorias de propagación que siguen las ondas de corte, debe cuidarse que el  sondeo de cono se ubique perpendicularmente a la dirección del impacto a una  distancia entre 1 y 3m. Las ondas de cortante así generadas viajan a través de la  masa  hasta  ser  detectadas  por  el  cono  sísmico  a  una  cierta  profundidad.  El  sistema  de  adquisición  de  datos  permite  monitorear  simultáneamente  al  geófono testigo y a los péndulos unidireccionales del cono: consecuentemente,  es posible determinar el tiempo que las ondas de corte tardan en viajar desde la  superficie hasta el cono. Para maximizar la señal que recibe el cono, éste debe  orientarse  de  manera  que  el  plano  de  oscilación  de  uno  de  los  péndulos  sea  paralelo  a  la  dirección  del  impacto.  Con  los  datos  del  sondeo  se  construye  el  perfil de la curva dromocrónica, que es una gráfica de tiempos de arribo de la  onda  de  corte  para  cada  profundidad  de  prueba,  haciendo  una  corrección  del  tiempo  para  tomar  en  cuenta  la  trayectoria  inclinada  respecto  del  punto  de  impacto;  la  pendiente  entre  dos  puntos  de  medición  consecutivos  es  la  velocidad  de  la  onda  de  corte.  A  partir  de  la  densidad  del  suelo  se  obtiene  el  módulo de rigidez al corte máximo Gmáx con la siguiente ecuación:     Donde:  ρ: densidad del suelo    Vs: velocidad de onda de corte m/s2).    

G=ρVs2

Así mismo se calcula la velocidad de onda a través de la siguiente ecuación:     To = 4h/Vs Donde:  To: período natural del sitio (seg.)   H: profundidad total de exploración (m) 

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  Procedimiento de Muestreo    i) Muestreo Alterado  Consiste en la recuperación de muestras en las que el acomodo estructural de  sus  partículas  se  ha  modificada  en  forma  significativa  debido  al  proceso  de  extracción. Estas muestras se utilizan en el laboratorio para identificar el suelo,  conocer  algunas  propiedades  índices,  definir  la  estratigrafía  y  preparar  especímenes compactados o reconstituidos.    • Técnicas  ‐ Manuales, excavación de pozos a cielo abierto, pozos someros, cortes y  zanjas.  ‐ Con el penetrómetro estándar y equipo de perforación, sobre todo cuando se  requieren a mayor profundidad.    Procedimiento de Ejecución  El  Método  manual  consiste  en  recuperar  a  mano  muestras  alteradas  que  se  conservan en un recipiente hermético que puede ser una bolsa de polietileno o  un  frasco  hermético  de  vidrio  convenientemente  identificado.  Las  muestras  pueden  ser  de  0.5  a  20Kg,  dependiendo  de  si  se  emplearán  sólo  para  identificación  y  determinación  de  propiedades  índice,  o  si  se  usarán  también  para  realizar  pruebas  de  compactación.  Las  muestras  se  obtienen  realizando  una perforación con herramientas manuales como pala posteadora y barrenas  helicoidales, y con pozos a cielo abierto, zanjas y cortes excavados con picos y  palas  o  maquinaria  de  excavación  y  haciendo  un  muestreo  con  espátulas  y  cinceles.  Las  muestras  pueden  ser  representativas  de  una  sola  profundidad  o  integrales, mezclándolas de todo el pozo.    57  

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  ii) Muestreo Inalterado  Consiste  en  obtener  especímenes  de  suelo  que  conservan  el  acomodo  estructural de sus partículas sólidas; sin embargo, es posible evitar la relajación  de esfuerzos y sus consecuencias en el comportamiento mecánico, que pueden  ser  ligeras  o  importante  dependiendo  del  cuidado  y  la  técnica  con  que  se  obtengan.    •

Técnica 

‐Pozo a Cielo Abierto (PCA)    Procedimiento de Ejecución  Esta  técnica  puede  ejecutarse  mediante  excavación  manual  o  excavación  con  maquina.  Permite observar las características estratigráficas del suelo y rescatar muestras  inalteradas  de  los  estratos  principales.  Este  procedimiento  es  recomendable  para suelos secos y duros. Pueden excavarse de dos formas: sección cuadrada o  circular.  La primera se extrae de pozos a cielo abierto, zanjas y cortes. Consiste en labrar  in situ cubos de suelo de 20 a 30cm de lado que se protegen con manta de cielo  impermeabilizada. Para obtenerlas se empieza por eliminar el suelo alterado y  después  con  espátula  se  labran  las  paredes,  que  se  cubren  con  polietileno  delgado conforme se termina cada una; una vez terminados los lados se cubren  con tela de manta de cielo que se impregna con una mezcla líquida de parafina,  a continuación se coloca la caja de protección y se corta la base del cubo, que  después se cubre con manta.    58  

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  La segunda, es conveniente cuando se estabilizan las paredes de la excavación  con  lámina  corrugada  o  ferrocemento.  Consiste  en  colocar  anillos  de  malla  electrosoldada separados por lo menos 2cm de la pared de excavación. La malla  se  fija  con  anclas  cortas  de  varilla  corrugada  hincadas  a  percusión  y  posteriormente  se  aplica  manualmente  el  mortero  con  un  espesor  mínimo  de  4cm. Los anillos generalmente empleados son de 1m de altura; si el terreno es  estable, esta altura puede incrementarse.  •

  Técnica  

‐Tubo de Pared Delgada    Procedimiento de Ejecución  Es  utilizado  para  el  muestreo  inalterado  de  suelos  blandos  a  semiduros  localizados arriba y abajo del nivel freático; tiene de 7.5 a 10cm de diámetro y  se hinca presión.  El  tubo  se  una  a  la  cabeza  con  tornillos  Allen  o  mediante  cuerda  repujada.  La  cabeza tiene cuatro drenes laterales para la salida del fluido de perforación y de  los azolves durante el hincado. La válvula de bola impide que la muestra se vea  sujeta  a  presiones  hidrodinámicas  durante  la  extracción  del  muestreador.  El  muestreador se hinca con un solo movimiento una longitud igual a la del tubo  menos 15cm, para dejar espacio a los azolves; la velocidad de hincado debe ser  entre 15 y 30cm/s.  Después se deja en reposo 30seg para permitir que la muestra se expanda y se  adhiera  al  muestreador;  a  continuación  se  gira  para  cortar  la  base  y  posteriormente  se  extrae  a  la  superficie  y  se  mide  la  longitud  de  muestra  recuperada.  Un  criterio  para  juzgar  en  el  campo  la  calidad  del  muestreo  se    59  

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  indica  en  la  tabla  3.6.  En  el  laboratorio  la  calidad  de  las  muestras  se  define  observando  cortes  longitudinales  para  identificar  la  alteración  que  pudieran  mostrar  lentes  delgados  de  algún  material  o  bien,  observando  el  proceso  de  secado lento de placas delgadas de suelo cortadas longitudinalmente.    Tabla 3.6:  Recuperación de muestras15 Recuperación % Rec = 100  Rec = 80  50