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Oscar barde pilotres gran diámetro en arcillas duras

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

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Oscar barde pilotres gran diámetro en arcillas duras

  1. 1. I CONGRESO – SEMINARIO INTERNACIONAL DEI CONGRESO – SEMINARIO INTERNACIONAL DE FUNDACIONES PROFUNDASFUNDACIONES PROFUNDAS SANTA CRUZ DE LA SIERRASANTA CRUZ DE LA SIERRA BOLIVIABOLIVIA PILOTES EXCAVADOS DE GRAN DIÁMETRO ENPILOTES EXCAVADOS DE GRAN DIÁMETRO EN ARCILLAS DURASARCILLAS DURAS Ing. Oscar VardéIng. Oscar Vardé Abril de 2013Abril de 2013
  2. 2. Ubicación del Proyecto
  3. 3. Ubicación del Proyecto
  4. 4. Conexiones Viales de la Provincia de Entre Ríos
  5. 5. Datos Básicos Longitud total de la obra: 59,4 km Longitud total de viaductos y puentes: 12,2 km Longitud del puente principal: 608 metros Viaducto Oeste: 1.122 metros Viaducto Este : 2.368 metros Puentes en zona de islas: 8.184 metros. Longitud total de terraplenes: 47,3 km Cantidad de pilotes de diámetro 2,0 m/1,8 m: 650 Volumen total del hormigón: 250.000 m3 Volumen total de suelo refulado para terraplenes: 25.000.000 m3 Remoción de arcillas superiores: 11.000.000 m3 Peso total del acero: 63.000 Toneladas, tipo ADN-420 Obenques: peso total 682 Toneladas. Asfalto: 17.618 Toneladas
  6. 6. Contratista y Subcontratistas • Consorcio Contratista – Puentes del Litoral S.A. : Impregilo-Iglys, Hochtief, Benito Roggio, Sideco-Iecsa, Techint. • Construcción de Terraplenes : Boskalis-Ballast Nedam (Holanda) • Ejecución de Pilotes : Pilotes Trevi (Argentina/Italia) • Investigaciones Geotécnicas In Situ : Torres y Vercelli (Argentina) y Pilotes Trevi • Ensayos especiales In Situ, ensayos de laboratorio, coordinación y supervisión de estudios, diseño de fundaciones, seguimiento del comportamiento : Vardé y Asociados • Proyectistas : Puente Principal, Leonhardt Andrä und Partner (Alemania), Puentes en Zona de Islas, Inco Ingegneri Consulenti (Italia) • Estudios hidráulicos : Serman y Asociados (Argentina)
  7. 7. Traza Conexíon Física CARBÓN CHICOLA CAMISETA 1 PARANACITO VICTORIA SAN LORENZO BANDERAS CARBÓN GRANDE 2 CARBÓN GRANDE 1 ZANJA LA ZORRA PARANACITO ROSARIO BARRANCOSO PUENTE PRINCIPAL VIADUCTOS ESTE Y OESTE PUENTE PRINCIPAL(608 m) VIADUCTOOESTE (1131 m) VIADUCTO ESTE (2377 m) CEIBO/VICTORIA LA CAMISETA 2
  8. 8. Puente Principal Viaducto Oeste
  9. 9. Puente Principal Viaducto Este
  10. 10. Puente Principal
  11. 11. Puente Principal – Pila Principal Este
  12. 12. Puente Principal Pila Principal Este
  13. 13. Puente Principal Pila Principal Este
  14. 14. Pila Principal Este – Defensa
  15. 15. Puente Principal – Pila Principal Oeste
  16. 16. Puente Principal – Pilas de Anclaje
  17. 17. Viaducto Este – Tramo 1
  18. 18. Puente Principal y Viaducto Este
  19. 19. Viaducto Este
  20. 20. Puentes en Zona de Islas Puente Nombre del Puente Progresiva del eje del cauce Longitud del puente Longitud de transparencia bruta Longitud de transparencia neta m m m m ZA Puente Ceibo/Victoria 56.527,40 512,00 503,34 487,34 ZB Puente Carbón Chico 54.640,15 752,00 743,50 719,50 ZC Puente Carbón Grande 1 51.294,32 632,00 613,90 593,90 ZD Puente Carbón Grande 2 49.375,61 512,00 503,34 487,34 ZE Puente Paranacito Victoria 1 44.926,00 1.112,00 1.101,72 1.065,72 ZG Puente La Camiseta 1 37.659,84 872,00 863,34 835,34 ZH Puente La Camiseta 2 33.313,48 632,00 623,34 603,34 ZI Puente Barrancoso 28.812,30 752,00 743,50 719,50 ZJ Puente Banderas 24.784,49 512,00 503,34 487,34 ZK Puente San Lorenzo 21.193,82 752,00 732,02 708,02 ZN Puente Zanja La Zorra 9.650,15 632,00 623,34 603,34 ZO Puente Paranacito Rosario 6.537,57 512,00 484,78 468,78 Total 8.184,00 8.039,46 7.779,46 Longitud hidráulica actual del valle sobre la traza 57.292,00 Porcentaje de la longitud actual del valle sobre la traza (con P.Pcpal.) 18,81%
  21. 21. Puentes en Zona de Islas Vista aérea
  22. 22. Puente Paranacito Victoria
  23. 23. Puente Principal – Viaducto Este Perfil Geotécnico Longitudinal
  24. 24. Puente Principal – Viaducto Este Perfil Geotécnico Adoptado
  25. 25. Puente Ceibo Victoria – Corte y Planta
  26. 26. Puente Ceibo Victoria – Detalle
  27. 27. Puente Ceibo Victoria Perfil Geotécnico Longitudinal
  28. 28. Puente Ceibo Victoria Perfil Geotécnico Adoptado
  29. 29. Puente Ceibo Victoria – Estribo
  30. 30. Puente Ceibo Victoria – Pilas
  31. 31. Puente Ceibo Victoria – Tablero
  32. 32. Caudales del río Paraná Caudales de Diseño Crecida Centenaria: 60.000 m3 /s Crecida Milenaria: 75.000 m3 /s Crecida 500 años: 70.000 m3 /s Caudales en el Cauce Principal en Pico de Crecida Crecida Centenaria: 27.600 m3 /s Crecida Milenaria: 32.500 m3 /s Crecida 500 años: 31.700 m3 /s
  33. 33. Resumen Datos Geotécnicos, Socavaciones y Punta de Pilotes Nombre Progresiva del eje Lecho del Techo arenas Techo arcillas Socavaciones Punta de del Puente del cauce río muy densas miocénicas centenaria milenaria Pilotes m m I.G.M. m I.G.M. m I.G.M. m I.G.M. m I.G.M. m I.G.M. Puente Principal 1.951,60 –4,70/–7,70 –19,00/–28,00 –35,00/–41,00 –23,50 (1) –51,50/–54,50 Viaducto Este 2.306,60 a 4.632,60 –12,20/+8,00 –22,00/–25,00 –38,00/–41,00 –15,00/–22,00 (1) –46,40/–51,00 Paranacito Rosario 6.537,57 +5,80/+7,20 –12,00 –34,00 –7,00 (1) –29,05 (2) Zanja La Zorra 9.650,15 +5,40/+7,20 –14,00/–28,00 –38,00 –6,50 –8,00 –34,00 (2) San Lorenzo 21.193,82 +5,30/+5,80 –12,00/–16,00 –34,00/–38,00 –11,00 –12,50 –39,60/–43,40 Banderas 24.784,49 +4,60/+5,90 –22,00 –37,00 –10,50 –11,50 –42,40 Barrancoso 28.812,30 +5,20/+7,10 –19,00 –23,00/–24,00 –6,00 –8,00 –30,80/–33,80 La Camiseta 2 33.313,48 +5,30/+5,80 –6,00 –30,00 –6,50 –9,50 –36,40 La Camiseta 1 37.659,84 +2,60/+5,10 –12,00/–21,00 –29,00 –7,00 –9,00 –34,80 Paranacito Victoria 44.926,00 +1,60/+6,80 –11,00/–14,00 –22,00/–23,00 –8,00 –11,00 –30,05 Carbón Grande 2 49.375,61 +3,90/+5,40 –13,00 –21,00 –6,00 –7,00 –28,05 Carbón Grande 1 51.294,32 +1,40/+5,30 –13,00 –18,00 –4,70 –8,10 –27,40 Carbón Chico 54.640,15 +4,40/+6,00 –12,00 –19,00/–27,00 –3,70 –11,20 –27,40/–32,40 Ceibo/Victoria 56.527,40 +2,40/+5,20 –12,00 –22,00 –3,50 –7,50 –29,40 (1) igual socavación centenaria y milenaria (2) pilotes fundados en arenas
  34. 34. Socavaciones Puentes en zona de islas Se adopta una relación S/φ = 2,25. Puente Principal Pila Eje Socavación Localizada (S/φ) Pila Defensa agua arriba Anclaje Este 41 5,00 4,50 Principal Este 42 5,50 4,75 Principal Oeste 43 4,75 4,75 Anclaje Oeste 44 4,00 4,50 Viaducto Este 1. Grupos de 3 pilotes (Tramos 1 y 2): • Sector 3: 2,55 veces el diámetro del pilote • Sector 2: 3,25 veces el diámetro del pilote 2. Grupos de 4 a 6 pilotes (Tramo 3): 3,50 veces el diámetro del pilote 3. Grupo de 5 a 6 pilotes, con defensas contra choque de embarcaciones (Tramo 4): Tipo de Pila Eje Progresiva Socavación localizada /Diámetro (m) Pilas Defensas A 35 2.606,60 3,75 2,50 A 36 2.546,60 3,75 2,50 B 37 2.486,60 3,75 3,00 C 38 2.426,60 4,50 3,25 D 39 2.366,60 4,50 3,75 E 40 2.306,60 4,50 4,00
  35. 35. 1. Criterios Básicos de Diseño Como fue establecido en nuestros informes técnicos, los criterios básicos utilizados en el diseño son: • Uso de pilotes de gran diámetro, 1,80 m y 2,00 m. • Penetración mínima de 3 diámetros en las arcillas duras • Embebimiento total en suelos competentes: 1. Por debajo de socavación centenaria más la socavación localizada: 10 diámetros 2. Por debajo de socavación milenaria más la socavación localizada: 8 diámetros en puentes en zona de islas, 10 diámetros en el Puente Principal y Viaducto Este. 2. Capacidad de Carga de Punta Para el cálculo de la capacidad de carga del suelo se utilizaron los datos obtenidos en los ensayos especiales de laboratorio realizados sobre muestras extraídas con sacamuestras Denison (4 sondeos) y las fórmulas estáticas de Brinch Hansen y Caquot – Kerisel. Como elemento básico comparativo se utilizaron también los resultados de las determinaciones efectuadas con el presiómetro Ménard (3 sondeos). Se considera que las determinaciones del presiómetro Ménard son válidas y representativas de las condiciones geotécnicas de las arcillas. Criterios de Diseño para Pilotes de Gran Diámetro
  36. 36. Fórmula de Brinch Hansen Parámetros Drenados (cohesión: c’; y ángulo de fricción interna: φ’ ) c’ (kg/cm2 ) φ’ (º) tg(φ’) Nq Nc qu (tn/m2 ) 0,25 27 0,5095 13,20 23,94 631 0,40 27 0,5095 13,20 23,94 702 0,20 28 0,5317 14,72 25,80 675 0,30 28 0,5317 14,72 25,80 725 0,25 29 0,5543 16,44 27,86 777 0,30 28 0,5317 14,72 25,80 725 0,30 26 0,4877 11,85 22,25 593 0,35 26 0,4877 11,85 22,25 614 0,20 29 0,5543 16,44 27,86 750 0,25 28 0,5317 14,72 25,80 700 qu = sc.dc (c.Nc + q.Nq) donde: • qu : tensión última de punta • sc : factor de forma • dc : factor de profundidad • sc.dc = 1,95 (se adopta este valor como promedio inferior conservativo) • Nc y Nq : factores de capacidad de carga • c : cohesión • q : sobrecarga debido al suelo en el nivel de punta del pilote, se adopta un valor de 20 tn/m2 Parámetros No Drenados (cohesión: cu; y ángulo de fricción interna: φu ) cu (kg/cm2 ) φu (º) tg(φu) Nq Nc qu (tn/m2 ) 1,90 17 0,3057 4,77 12,34 643 2,50 14 0,2493 3,59 10,37 645 1,70 24 0,4452 9,60 19,32 1.015 1,80 23 0,4245 8,66 18,05 971 2,20 16 0,2867 4,34 11,63 668 1,70 23 0,4245 8,66 18,05 936 2,40 15 0,2679 3,94 10,98 667 1,80 19 0,3443 5,80 13,93 715 2,10 16 0,2867 4,34 11,63 645 1,80 21 0,3839 7,07 15,81 831
  37. 37. Fórmula de Caquot – Kerisel qu = c.Nc + q.N y N = s2 . s'2, si h = 0 N = Nq’si 0 < h < h0 N = Nq si h > h0 donde: • qu : tensión última de punta • Nc y Nq, Nq’: factores de capacidad de carga • h0 : ficha crítica • h : penetración en arcillas duras • s2 . s'2 y s5 : coeficientes de cálculo • c : cohesión • q : sobrecarga debido al suelo en el nivel de punta del pilote, se adopta un valor de 20 tn/m2 Parámetros No Drenados (cohesión: cu; y ángulo de fricción interna: φu ) cu (kg/cm2 ) φu (º) tg(φu) sen(φu) Nq h0 h - h0 Nc s2 . s'2 s5 Nq' qu (tn/m2 ) 1,90 17 0,3057 0,2924 8,5 2,1 3,9 24,5 4,91 2,29 -4,2 636 2,50 14 0,2493 0,2419 5,7 1,6 4,4 19,0 3,66 1,95 -9,9 588 1,70 24 0,4452 0,4067 22,6 4,0 2,0 48,4 10,21 3,41 19,4 1.275 1,80 23 0,4245 0,3907 19,5 3,6 2,4 43,6 9,16 3,21 15,1 1.175 2,20 16 0,2867 0,2756 7,4 1,9 4,1 22,5 4,45 2,17 -6,4 643 1,70 23 0,4245 0,3907 19,5 3,6 2,4 43,6 9,16 3,21 15,1 1.132 2,40 15 0,2679 0,2588 6,5 1,7 4,3 20,6 4,03 2,06 -8,3 625 1,80 19 0,3443 0,3256 11,1 2,5 3,5 29,4 6,02 2,55 1,0 753 2,10 16 0,2867 0,2756 7,4 1,9 4,1 22,5 4,45 2,17 -6,4 621 1,80 21 0,3839 0,3584 14,7 3,0 3,0 35,7 7,40 2,86 7,4 935 Parámetros Drenados (cohesión: c’; y ángulo de fricción interna: φ’ ) c’ (kg/cm2 ) φ’ (º) tg(φ’) sen(φ’) Nq h0 h - h0 Nc s2 . s'2 s5 Nq' qu (tn/m2 ) 0,25 27 0,5095 0,4540 35,4 5,4 0,6 67,5 14,30 4,12 35,1 877 0,40 27 0,5095 0,4540 35,4 5,4 0,6 67,5 14,30 4,12 35,1 978 0,20 28 0,5317 0,4695 41,3 6,0 0,0 75,9 16,05 4,39 41,3 978 0,30 28 0,5317 0,4695 41,3 6,0 0,0 75,9 16,05 4,39 41,3 1.054 0,25 29 0,5543 0,4848 48,4 6,6 -0,6 85,5 18,06 4,70 48,1 1.177 0,30 28 0,5317 0,4695 41,3 6,0 0,0 75,9 16,05 4,39 41,3 1.054 0,30 26 0,4877 0,4384 30,4 4,9 1,1 60,2 12,76 3,86 29,4 788 0,35 26 0,4877 0,4384 30,4 4,9 1,1 60,2 12,76 3,86 29,4 819 0,20 29 0,5543 0,4848 48,4 6,6 -0,6 85,5 18,06 4,70 48,1 1.134 0,25 28 0,5317 0,4695 41,3 6,0 0,0 75,9 16,05 4,39 41,3 1.016
  38. 38. Ensayos Presiométricos El cálculo de las tensiones de punta de pilotes sobre la base de los resultados de los ensayos presiométricos se realizó siguiendo los procedimientos especificados en la norma francesa DTU – 13.2. La capacidad de carga de los pilotes por punta puede calcularse utilizando la fórmula: qu = Kp . Pl donde: • qu : tensión última de punta • Kp : factor que depende del tipo de pilote y de suelo • Pl: presión límite, obtenida del ensayo presiométrico Em (MPa) Pl (MPa) qu (tn/m2 ) 193 8,6 1.376 92 6,7 1.072 93 6,3 1.008 138 5,1 816 135 7,5 1.200 211 9,7 1.552 203 10,9 1.744 173 7,7 1.232 208 10,2 1.632 149 9,6 1.536 171 10,9 1.744 464 11,6 1.856 107 9,7 1.552 87 5,1 816 116 6,6 1.056 155 8,3 1.328 85 6,3 1.008
  39. 39. Presiómetro Ménard
  40. 40. Ejecución del Ensayo Sonda Presiómetro Ménard
  41. 41. Presiómetro Ménard Trabajos de perforación Viaducto Este Panel de Control Presiómetro
  42. 42. Capacidad de Carga por Punta Se adoptó como valor último ponderado, qu = 600 tn/m2 . Capacidad de Carga por Fricción Como valores últimos de resistencia a fricción se adoptaron, en principio los indicados a continuación: • arenas medianamente densas a densas: 8 tn/m2 • arenas muy densas: 15 tn/m2 • arcillas muy firmes y duras: 15 tn/m2 En los pilotes correspondientes a los estribos se evaluó el efecto de la fricción negativa. Capacidad de Carga
  43. 43. Para la verificación del comportamiento de las fundaciones frente a esfuerzos horizontales se utilizaron los siguientes valores del coeficiente de reacción horizontal (kh). a) Arenas Para todas las arenas se utilizaron valores de kh linealmente variables con la profundidad. • Diagrama básico En primer lugar se define un diagrama denominado “básico” de kh que varía linealmente en función de la profundidad, adoptando un valor nulo en el nivel adoptado de socavación generalizada. Los incrementos de kh por metro de profundidad para las arenas se indican a continuación: Material ∆kh (kg/cm3 /m de profundidad) Arenas medianamente densas a densas 0,20 Arenas muy densas 0,40 • Diagrama de uso incluyendo la socavación localizada Se definió, sobre la base del diagrama “básico”, adoptando un valor nulo (0 kg/cm3 ) al nivel de la erosión localizada y uniendo este punto con el diagrama básico a una profundidad igual a 2,5 diámetros por debajo de dicho nivel, mediante una ley lineal. b) Arcillas Para las arcillas se utilizaron valores constantes de kh: Material kh (kg/cm3 ) Arcillas muy firmes 4 Arcillas duras 5 Coeficientes de Reacción Horizontal
  44. 44. Detalle de Guía para Pilotaje en agua
  45. 45. Excavación de Pilote
  46. 46. Herramienta de Excavación
  47. 47. Izado de Camisa Metálica
  48. 48. Colocación de Camisa Metálica
  49. 49. Vibrado de Camisa
  50. 50. Detalle de Vibrador
  51. 51. Vibrado de Camisa
  52. 52. Hormigonado de Pilote (zona de islas)
  53. 53. Hormigonado de Pilote (zona de islas)
  54. 54. Hormigonado de Pilote (zona de islas)
  55. 55. Ensayos de Integridad Método Cross-Hole
  56. 56. Cross-Hole Test Disposición de Sondas – φ 1,80 m
  57. 57. Defensas - Planta
  58. 58. Defensas - Detalles
  59. 59. Defensas – Vista aérea
  60. 60. Defensas – Colocación de armadura
  61. 61. Defensas Colocación de armadura
  62. 62. Defensas Hormigonado
  63. 63. Defensas Hormigonado
  64. 64. Defensas Hormigonado
  65. 65. Comparación Ensayos de Carga
  66. 66. Ensayo de Carga Instrumentación Típica
  67. 67. Ensayo de Carga Instrumentación
  68. 68. Ensayo de Carga Armadura
  69. 69. Ensayo de Carga Detalle Celda Osterberg
  70. 70. Ensayo de Carga Detalle Celda Osterberg
  71. 71. Ensayo de Carga Disposición Celda y Armaduras
  72. 72. Ensayo de Carga Instrumentación - LVWDT
  73. 73. Ensayo de Carga Instrumentación
  74. 74. Ensayo de Carga Instrumentación
  75. 75. Ensayo de Carga – Medición Desplazamiento Punta del Pilote (viga de referencia)
  76. 76. Sondeo en Ensayo de Carga
  77. 77. Ensayo de Carga Curva Carga - Asentamiento
  78. 78. Ensayo de Carga Distribución de Fricción
  79. 79. Curva Integrada Carga - Asentamiento
  80. 80. Ensayo de Carga Curva Carga – Asentamiento Integrada
  81. 81. Ensayo de Carga Curva Carga – Asentamiento Integrada con ajuste por compresión de pilote
  82. 82. Evaluación de Cargas Admisibles Verificación Pilote Pila Principal Estea) Datos del Pilote: • Diámetro: 2 metros • Área transversal: 3,14 m2 • Perímetro: 6,28 m2 /m de longitud • Cota de Punta: -54,50 m I.G.M. b) Niveles de Solicitación • Estado 1: Peso Propio + Sobrecarga de Servicio • Estado 2: Peso Propio + Sobrecarga de Servicio + Viento c) Perfil del Suelo • Cota de socavación generalizada: -23,50 m I.G.M. • Socavación Localizada: 11 m • Cota de socavación total: -34,50 m I.G.M. d) Cargas admisibles para los Estados 1 y 2 Cota Estado 1 Estado 2 Tensiones Cargas Tensiones Cargas (m I.G.M.) (tn/m2 ) (tn) (tn/m2 ) (tn) Arenas muy densas -34,50 a -35,00 7,5 23,55 10,0 31,40 Arcillas -35,00 a -54,50 7,5 918,45 11,25 1.377,68 Fricción 942,00 1.409,08 Punta 160 502,40 240 753,6 Total 1.444,44 2.162,68 Estos valores son superiores a las cargas de trabajo definidas por el cálculo estructural.
  83. 83. CONCLUSIONES • Los estudios realizados para la construcción de las fundaciones de la obra mediante pilotes de gran diámetro han permitido lograr un importante conocimiento de las propiedades de las arcillas duras y de la interacción suelo-pilote.
  84. 84. • Los métodos empleados en los ensayos de carga, instalando celdas hidráulicas en la punta del pilote, han tenido una utilidad relevante en la definición de la carga última de punta y las relaciones tensión – deformación de las arcillas de fundación.
  85. 85. • Las evaluaciones para el dimensionado de los pilotes con el empleo de métodos habituales de la ingeniería geotécnica y el uso de criterios aplicados para el tipo de fundación involucrada dieron resultados satisfactorios.

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