1er Congreso - Seminario Internacional de Fundaciones Profundas - Santa Cruz, Bolivia - 2013

1. Walter I. Paniagua
Santa Cruz de la Sierra, Bolivia
Abril, 2013

2. 1. Conceptos generales
a. Definiciones; tipos de inclusiones
b. Inclusión
c. Plataforma de transferencia
2. Diseño de inclusiones rígidas
a. Métodos analíticos
b. Métodos numéricos
3. Construcción de inclusiones rígidas
Hincadas
de concreto
de acero
Coladas en sitio
CFA
Perforación con kelly
Pilotes de desplazamiento
Comentarios finales

3. Las inclusiones son elementos de forma cilíndrica
o prismática, no conectados con la estructura, que
pueden colocarse en el suelo recurriendo a
diferentes técnicas

4. ¿Para qué sirven?
Resistencia
Deformabilidad
Permeabilidad
Respuesta dinámica

5. Tipos de inclusiones, de acuerdo con el procedimiento constructivo
Rígidas
Hincado
acero
concreto
madera
Colado in situ
con presión
sin presión
Semi-rígidas
Soil mixing
Jet grouting
Columnas de vibro-concreto
Columnas de módulo controlado
Flexibles
Columnas de grava
Pilas de agregado (Geopiers, Vibropiers)
Reemplazo dinámico

6. Transferencia de carga por arqueo
Transferencia de carga por fricción negativa
La relación entre los módulos del
suelo y la inclusión (de varios
órdenes de magnitud) no permite una
compatibilidad de deformaciones.
Hay una interacción
suelo-estructura compleja

7. Existen cuatro (4) componentes principales
que interactúan entre sí:
La estructura / losa
La plataforma de transferencia
La inclusión rígida
El suelo circundante
El diseño de una solución con inclusiones
deberá incorporar todos los componentes

8. Nivel neutro
Fricción
negativa
Fricción
positiva
Esfuerzos
de punta
Esfuerzos
de punta

9. 1. Conceptos generales
a. Definiciones; tipos de inclusiones
b. Inclusión
c. Plataforma de transferencia
2. Diseño de inclusiones rígidas
a. Plataforma de transferencia
b. Métodos analíticos
c. Métodos numéricos
3. Construcción de inclusiones rígidas
Hincadas
de concreto
de acero
Coladas en sitio
CFA
Perforación con kelly
Pilotes de desplazamiento
Comentarios finales

10. 1) La capa de repartición tenga la rigidez suficiente para transmitir la carga de la
superestructura a la cabeza de las inclusiones,
2) No se rebase la capacidad de carga por punta de la cabeza de la inclusión,
3) Que la cabeza de la inclusión no induzca cargas puntuales en la losa de
cimentación,
4) Que la losa de cimentación por si sola cumpla con la revisión de los estados
límite de falla,
5) Que se cumpla con la revisión de los estados límite de servicio.

11. La plataforma de transferencia (LTP)
- Hecha de material granular compactado
- También puede ser de limos / arenas
cementadas o tratadas con cal
- Puede tener georedes o geotextiles,
dependiendo del método de diseño
- Generalmente de 600 a 1200 mm espesor
- Principal objetivo: Transferir la carga de la
estructura a las inclusiones rígidas

12. Enfoques de diseño:
- FHWA (USA) : Método de Collin (Viga)
- British Standard : Membrana (Catenaria)
- France ASIRI: Método de arqueo
qs
Todos estos métodos tienen el mismo objetivo: evaluar (Qp) y (qs) en función del espesor (H),
ángulo de fricción (F ) y módulo (E)
H

13. 1m
Costra
seca
Dq
Cabeza de la
inclusión
Superficie
de falla
s’H
t
qi
Dq
d
g, c, f’
Costra dura
h
Superficie
de fallaCabeza de
la inclusión
qsqs
  












D 
fgf f
tan
2
sin1
4 sin
q
h
OCRc
d
h
qiu

14. Se basa en la suposición de que la LTP trabaja como viga y transfiere toda la carga superior a las
inclusiones rígidas:
• Requiere un mínimo de tres capas de geotextil
• El espesor de la LTP es mayor que la mitad del claro entre inclusiones
/ slab

15. Se utiliza un enfoque de catenaria:
• El geotextil se coloca directamente arriba de la cabeza de las inclusiones rígidas
• El geotextil entre las inclusiones lleva la carga a la inclusión a través de tensión. La tensión en
el geotextil se calcula con la teoría de membranas
Rigid
inclusion
Recomienda que el
espesor de la LTP sea de
cuando menos 1.4 veces
el claro
Britsh Standard German Standard

16. El programa nacional de investigación ASIRI en Francia ha
demostrado que el beneficio de una capa de geotextil es mínimo
bajo la losa (más benéfico bajo un terraplén, ya que provee
confinamiento y restricción lateral)
ASIRI propone que se utilice el método de cono de difusión para
modelar la transferencia de carga en la LTP bajo la losa
El ángulo de difusión (F) se asume el ángulo pico de fricción del
material de la LTP
De la geometría propuesta, la carga en la inclusión rígida (Qp) y el
esfuezo en el suelo (qs) pueden ser estimados y usados para
cálculo de asentamientos.

17. Para tomar en cuenta las interacciones de:
- Transferencia de carga en LTP
- Transferencia de carga a lo largo de la inclusión rígida
- Asentamiento diferencial entre suelo e inclusión
Métodos
• Empíricos
• Analíticos
• Numéricos

18. Principio: Remplazar el suelo
mejorado con inclusiones por un
material homogéneo equivalente
 
total
columna
sueloinclusionHomog
A
A
m
pmpmP

 1  
 
 







sueloinclusionHomog
sueloinclusionHomog
sueloinclusionHomog
mm
cmcmc
EmEmE
ggg 1
1
1
Esta solución es simplista, pero da una buena primera aproximación de los asentamientos.
Algunas limitantes:
• Sobrestima la carga en las inclusiones
• Subestima los asentamientos
• Si la diferencia de rigideces es muy alta, arroja resultados irracionales

19. Diseño de inclusiones: ecuaciones de Mindlin
Hipótesis: Medio semi-infinito continuo y elástico
Zz K
L
f
s

20. Elemento Finito
Diferencias finitas
Elemento distinto
Elementos
finitos
Diferencias
finitas
3D FDM
Elemento
distinto
Diseño de inclusiones: métodos numéricos

21. Diseño de inclusiones: Método de elemento finito (MEF)

22. Los modelos axisimétricos se utilizan
comúnmente bajo losas (simetría)
=> Análisis de celda unitaria
Diseño de inclusiones: MEF axisimétrico

23. Carga = 110ton dmáx = 4.7 [cm]
Asentamiento diferencial con respecto a las zapatas de 1 nivel
Dd 0.7cm
-> g =0.0003 << 0.002
Simulaciónde8inclusionesde4”de
diámetroyconcabezalde6”

24. a) Capacidad de la
losa de cimentación
b) Capacidad del
grupo de inclusiones
d) Capacidad de la
estructura de la
inclusión
c) Capacidad
individual de cada
inclusiones

25. 1. Conceptos generales
a. Definiciones; tipos de inclusiones
b. Inclusión
c. Plataforma de transferencia
2. Diseño de inclusiones rígidas
a. Plataforma de transferencia
b. Métodos analíticos
c. Métodos numéricos
3. Construcción de inclusiones rígidas
Hincadas
de concreto
de acero
Coladas en sitio
CFA
Perforación con kelly
Pilotes de desplazamiento
Comentarios finales

26. Estrato
duro
Pilotes
de fricción
negativa
Cajón de
cimentación
Arcilla
compresible
Pilotes
de fricción
unidos al
cajón
Pilotes entrelazados
Pilotes de fricción (A) + Inclusiones (B)

27. Pilotes entrelazados Fábrica de Jabón “La
Corona” Xalostoc, Edo. México
Costra de arcilla desecada
Arcilla muy blanda I (w>200%)
Arena limosa con gravas muy compacta
Arcilla muy blanda II
Arena limosa muy compacta

28. Pilotes entrelazados Fábrica de Jabón “La Corona”
Xalostoc, Edo. México

29. Pilotes entrelazados Fábrica de Jabón “La Corona” Xalostoc, Edo. México
Silos
Tanques
de dodecil

30. Pilotes entrelazados Fábrica de Jabón “La Corona” Xalostoc, Edo. México
Descarga al suelo: 21 t/m2

31. Inclusiones con pilotes de acero Puente Rion - Antirion

32. Inclusiones con pilotes de acero Puente Rion - Antirion
Suelos blandos: depósitos aluviales; estratos de materiales granulares y cohesivos con lentes de grava y bolsas de arena
licuable.
Prof roca > 1,000 m
Tirante de agua de más de 60 m
Colisión de buques tanque de 180,000 ton, viajando a 16 nudos
Vientos de 250 kg/hr
Sismo de +7.0 Richter; aceleraciones 0.48 g en el fondo marino
200 inclusiones en cada zapata

33. Inclusiones con pilotes de acero Puente Rion - Antirion

34. Deflexión de inclusiones en un modelo de centrífuga

35. Inclusiones con pilotes de acero Puente Rion - Antirion

36. Hincado inclusiones de pilotes de acero Puente Rion - Antirion

37. Inclusiones con pilotes de acero Puente Rion - Antirion

38. Inclusiones con pilotes de acero Puente Rion - Antirion

39. 1. Conceptos generales
a. Definiciones; tipos de inclusiones
b. Inclusión
c. Plataforma de transferencia
2. Diseño de inclusiones rígidas
a. Plataforma de transferencia
b. Métodos analíticos
c. Métodos numéricos
3. Construcción de inclusiones rígidas
Hincadas
de concreto
de acero
Coladas en sitio
CFA
Perforación con kelly
Pilotes de desplazamiento
Comentarios finales

44. En cada silo:
Nº de inclusiones 106
Separación 2 m x 2 m
Diámetro 60 cm
Longitud 22 m
Concreto simple f´c=150 kg/cm2
Capa de repartición
Losa de concreto 0.7 m
Reforzado
Terraplén 0.8 m

50. 66 edificios
Cinco pisos

51. Mecanismo de transferencia de carga

55. 16.65 m
15.90 m
5 niveles

56. Losa de cimentación
reforzada con
contratrabes

57. PROF.m
Resistencia de punta, kg/cm
PROF.m
Resistencia de punta, kg/cm
Resistencia de punta, kg/cm
PROF.m
PROF.m
Resistencia de punta, kg/cm

58. A A
-2.500 0.000 2.500 5.000 7.500 10.000 12.500 15.000
-12.500
-10.000
-7.500
-5.000
-2.500
0.000
Vertical displacements
Extreme vertical displacement -664.27*10
-3
m
m
-0.680
-0.640
-0.600
-0.560
-0.520
-0.480
-0.440
-0.400
-0.360
-0.320
-0.280
-0.240
-0.200
-0.160
-0.120
-0.080
-0.040
-0.000
0.040
Arcilla blanda
Lente de arena arcillosa
Arcilla media
Manto rocoso
Arcilla café oscuro
Terraplén
Asentamiento máximo 68 cm

60. A A
-5.000 -4.000 -3.000 -2.000 -1.000 -0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000
-9.000
-8.000
-7.000
-6.000
-5.000
-4.000
-3.000
-2.000
-1.000
-0.000
1.000
Plastic Points
Inclusión
Arcilla
blanda
Lente de arena arcillosa
Arcilla media
Arcilla café oscuro
Terraplén

61. 7.44
8.25
9.06
9.87
10.68
11.49
12.30
13.11
13.92
14.73
15.54
16.35
17.16
Method (6)
Modulus of Compressibility (Iteration)
Settlements s [cm]
Max. s = 17.61 at node 130, Min. s = 7.03 at node 1
Asentamiento máximo 17 cm

66. 0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
CargaAxial(t)
Desplazamientovertical (mm)

67. 99.7
100.2
100.7
101.2
Dec/05 Mar/06 Jul/06 Oct/06 Jan/07 Apr/07 Aug/07 Nov/07 Feb/08 Jun/08 Sep/08
NIVEL(m)
FECHA
Nivelaciones Edificio 59
CENTRO DE EDIFICIO 59
Esquina 2
ESQUINAS EDIFICIO 59
Esquina 3
Esquina 1
Esquina 4
Hundimiento observado: 12 cm < 17 cm calculado
ESQUINA 1
ESQUINA 2
ESQUINA 3
ESQUINA 4
PUNTO
CENTRAL
NORTE

68. 100
100.5
101
101.5
Nov/07 Jun/08 Dec/08 Jul/09 Jan/10 Aug/10 Feb/11
NIVEL(m)
FECHA
Nivelación Edificio 58
CENTRO DE EDIFICIO 58
Esquina 2
ESQUINAS EDIFICIO 58
Esquina 3 Esquina 1
Esquina 4
ESQUINA 1
ESQUINA 2
ESQUINA 3
ESQUINA 4
PUNTO
CENTRAL
NORTE
Hundimiento observado: 11 cm < 17 cm calculado

69. Planta de Etanol, Navolato, Sinaloa

70. 65238
119910
4299
1004
5600
3935
11145
8209
2187
6000
6701
7600 1500
15999
6977
6382
232
6687
3201
1500
500
139919
29551
10150
N.S.C.+8.649
N.S.C.+8.67
N.C.S.+8.67
N.C.S.+8.67
N.C.S.+8.747
CANAL DESAGUE
CANAL DESAGUE
278
1500
CANALSUBLATERALDELLATERALFRANCISCOCAÑEDO
VIA FERROCARRIL
OPISTA
Movitel
1513 1410 11 126 7 8 91 2 3 4 5
H
G
F
E
D
C
B
A
I
1513 1410 11 126 7 8 91 2 3 4 5
H
G
F
E
D
C
B
A
I
172.9°
4207
4708
4552
143.7°
143.7°
16936
16484
74.1°
105.9°
105.9°
7010
11900
500 11587
1203 6972
10000
1500
22000
9200
12852
3148
15000
3750
7503
7270
27669
47331
11677
19055
12009
25782
24605
23535
18680
2404
28255
8450
3108
8691
1222
6895
11551
1828
3286
8189
419
9970
2685
11945
11810
3133
23004
304
6244
2025
2089
14879
15921
245
10012
1966
13019
3522
7999
960
1276
4765
4633
771
555
700
802
8217
3632
6791
8899
3913
2299
6049
4900
9997
4999
15901
7000
3360
8301
19106
5712
7531
2990
10000
1500
7600
13300 2700
15001
47701
10522
40000 1500
25946
22613
10298
1700
8450
29601
47000
10000
106700
19055
CALDERA 1 CALDERA 2
Almacén DDGS
Sembrado arquitectónico
Almacén DDGS
40 x 75 m
3 a 10 t/m2

71. Sondeos SPT

72. Propiedades mecánicas de los materiales

73. Análisis con cimentación superficial -losa

74. 0
5
10
15
20
25
30
35
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Carga uniformemente repartida, en t/m 2
Asentamiento,encm
Centro
Mitad largo
Esquina
Análisis con cimentación superficial -losa

75. Asentamientos con losa de cimentación
AA
0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000
-30.000
-25.000
-20.000
-15.000
-10.000
-5.000
0.000
Vertical displacements
Extreme vertical displacement -387.72*10-3
m
m
-0.400
-0.380
-0.360
-0.340
-0.320
-0.300
-0.280
-0.260
-0.240
-0.220
-0.200
-0.180
-0.160
-0.140
-0.120
-0.100
-0.080
-0.060
-0.040
-0.020
-0.000
0.020

76. Mejoramiento del suelo con inclusiones
Inclusiones
Diámetro 60 cm
Longitud 6 m
Capa de repartición 60 cm

77. Malla de análisis para inclusiones rígidasA A
Connectivities
Limo de baja
plasticidad
Arena limosa
Arena con gravillas
Terraplén
Inclusión
Carga repartida

78. Variación del asentamiento con la separación de inclusiones y la carga
0
5
10
15
20
25
30
35
2 3 4 5 6 7
Separación centro a centro de inclusiones, en m
Asentamiento,encm
q=10 t/m2
q=6 t/m2
q=3 t/m2
arreglo de inclusiones tercio medio S = 4 m asentamiento máx 21 cm
tercios exteriores S =5 m asentamiento máx 14 cm

79. Asentamientos
• Se supone una losa de concreto reforzado con dimensiones
en planta de 40 x 75 m y espesor de 30 cm
• La cargas sobre la losa corresponden a una carga
uniformemente repartida de 3 t/m2 en toda el área más una
carga triangular, alcanzando en conjunto un valor máximo de
casi 11 t/m2 al centro
A = 40.00 [m]
B=75.00[m]
2.09
3.06
4.03
5.00
5.97
6.94
7.91
8.88
9.85
10.82
11.79
12.76
13.73
Method (6)
Modulus of Compressibility (Iteration)
Settlements s [cm]
Max. s = 14.26 at node 410, Min. s = 1.60 at node 1

80. Configuración de módulos de reacción
A = 40.00 [m]
B=75.00[m]
187.0
291.4
395.8
500.2
604.6
709.0
813.4
917.8
1022.2
1126.6
1231.0
1335.4
1439.8
Method (6)
Modulus of Compressibility (Iteration)
Moduli of subgrade reactions ks [kN/m2]
Max. ks = 1491.6 at node 11, Min. ks = 134.8 at node 21

81. Construcción de inclusiones

82. Almacén DDGS

83. Almacén DDGS

84. Inauguración de planta de etanol

85. Soil excavation during penetration
◦ Continuous flight auger
 Small φ stem, cast in situ
 Large ψ stem, cast in situ
◦ Partial flight auger on steel casing
 Prefabricated
 Cast in situ
Soil displacement during penetration
◦ Prefabricated pile type (torque < 70 kNm)
◦ Lost auger head + regained casing type
 Screwing down
 Pulling up
 Screwing down (torque 150 – 500 kNm)
 Screwing up
First generation
Second generation
Second generation
Third generation

86. Pile /
Technique
Country Developer –
Contractor*
Torque
needed
kNm
Diameter
mm
Length
m
First Generation
Atlas Belgium Franki 460-660
De Waal Belgium
USA
De Waal Palen
Morris Shea
310-610 30
Franki VB Germany Franki
Fundex Belgium
USA
Fundex SV
American Pile Driving
450-670 25-35

87. Pile /
Technique
Country Developer –
Contractor*
Torque
needed
kNm
Diameter
mm
Length
m
Second Generation
Screw injection Neetherlands Funderingstechnick 110-550
SVB Germany Jebens 400-670 < 24
SVV Germany Jebens 440 < 20
Tubex Belgium
USA
Fundex SV
American Pile
Driving

88. Pile /
Technique
Country Developer –
Contractor*
Torque
needed
kNm
Diameter
mm
Length
m
Third Generation
APGD USA Berkel 350-460 < 23
Displacement Germany Bauer 250 600 22
Screw pile UK Cementation 300/600
Soil
Displacement
UK Cementation
Discrepile Italy Trevi > 200 300-750 25-30
Omega Belgium Socofonda
T. France Soletanche-Bachy
TSD UK May Gurney 300-600 25

91. Screw flanges
compact sand
Screw flanges
soft soil

99. Segregation due to use of too dry
concrete

102. Grooving underside screw flange

110. Sociedad Mexicana de
Ingeniería Geotécnica
Deep Foundation
Institute