Tesis Micropilotes

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN Y EL
HÁBITAT
REGIÓN VERACRUZ
POSGRADO
PROYECTO DE INTERVENCIÓN PROFESIONAL
TESIS
DISEÑO DE CIMENTACIONES ESPECIALES PARA
BARDAS PERIMETRALES PORTUARIAS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
MAESTRIA EN INGENIERÍA APLICADA
PRESENTA:
ING. ANTONIO HONORATO MORENO
DIRECTOR DEL PROYECTO:
DR. SERGIO AURELIO ZAMORA CASTRO
CO – DIRECTOR DEL PROYECTO
DR. ROLANDO SALGADO ESTRADA
BOCA DEL RÍO, VERACRUZ.
AGOSTO 2018.
1
AGRADECIMIENTOS
Deseo agradecer al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT)
por la beca de posgrado que me otorgo para realizar la Maestría en Ingeniería
Aplicada en la Facultad de ingenierías de la Universidad veracruzana.
2
RESUMEN
La presente tesis tiene como objetivo encontrar una solución óptima a los problemas
de socavación y asentamientos que presentan las cimentaciones de las bardas
perimetrales del Puerto de Veracruz. La eficiencia de los sistemas de cimentación
fue comprobada mediante una experimentación de campo, comparando los
resultados con dos prototipos de micropilotes, uno fabricado de concreto reforzado
y otro fabricado de acero cédula 40.
Se realizó un análisis de mecánica de suelos en la zona de estudio para extraer la
propiedades físicas y mecánicas del sitio, llegando a diferentes recomendaciones
de cimentación para desplantar la barda perimetral, la cimentación óptima según los
resultados encontrados consta de una cimentación combinada a base de zapata
corrida con micropilotes de concreto reforzado, ya que así se logra contrarrestar los
problemas de asentamiento, socavación y además que funcionan como anclaje
para soportar las fuerzas del viento que azotan en la zona de análisis. Los
asentamientos totales máximos que se registraron en el micropilote de concreto
reforzado se encuentran en un orden del 0.5 cm, por lo que son mínimos tomando
en cuenta que los asentamientos máximos permisibles de una estructura de obra
civil son de hasta 2.5 cm.
3
ABSTRACT
The objective of this thesis is to find an optimal solution to the problems of scour and
settlements that present the foundations of the perimeter walls of the Port of
Veracruz. The efficiency of the foundation systems was proven by field
experimentation, comparing the results with two prototypes of micropiles, one made
of
reinforced
concrete
and
another
made
of
schedul
40
steel.
An analysis of soil mechanics was carried out in the study area to extract the physical
and
mechanical
properties
of
the
site,
arriving
at
different
foundation
recommendations to displace the perimeter fence, the optimum foundation
according to the results found consists of a combined foundation with micropiles of
reinforced concrete, since this way it is possible to counteract the problems of
settlement, scour and also work as an anchor to withstand the wind forces that hit in
the area of analysis. The maximum total settlements recorded in the micropile of
reinforced concrete are in the order of 0.5 cm, so they are minimal taking into account
that the maximum permissible settlements of a civil works structure are up to 2.5 cm.
4
TABLA DE CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 2
RESUMEN .............................................................................................................. 3
TABLA DE CONTENIDO......................................................................................... 5
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. 10
LISTA DE TABLAS................................................................................................ 11
LISTA DE GRAFICAS ........................................................................................... 11
1.1.
OBJETIVOS .......................................................................................... 13
1.1.1.
Objetivos específicos ............................................................................ 13
1.2.
JUSTIFICACIÓN ................................................................................... 13
1.3.
ANTECEDENTES CIENTÍFICOS. ........................................................ 15
1.4.
FACTIBILIDAD DEL PROYECTO. ........................................................ 16
2.1.
CIMENTACIONES ESPECIALES ......................................................... 17
2.1.1.
MICROPILOTES ................................................................................... 17
2.1.2.
PROCESO CONSTRUCTIVO DE MICROPILOTES ............................ 18
2.1.2.1.
Perforación............................................................................................ 19
2.1.2.2.
Colocación de la armadura ................................................................... 20
2.1.2.3.
Tareas de inyección .............................................................................. 20
2.1.2.4.
Soldadura de armaduras....................................................................... 21
2.1.2.5.
Aspectos a tomar en cuenta ................................................................. 21
2.1.3.
CLASIFICACIÓN DE MICROPILOTES................................................. 22
2.1.3.1.
Micropilote clásico ................................................................................. 22
2.1.3.2.
Micropilote Tubfix .................................................................................. 22
2.1.3.3.
Micropilote de Barra de Gewi ................................................................ 23
5
2.1.3.4.
Micropilote “Pila de la raíz con bulbo” ................................................... 23
2.1.4.
CONTROL DE CALIDAD ...................................................................... 23
2.2.
SUELOS ............................................................................................... 24
2.2.1.
ARENAS LICUABLES........................................................................... 24
2.2.2.
ESTABILIZACIÓN DE ARENAS ........................................................... 25
2.3.
BARDAS PERIMETRALES PORTUARIAS .......................................... 26
2.3.1.
SOCAVACIÓN DE CIMENTACIÓN EN ARENAS EÓLICAS ................ 26
CAPITULO 3. METODOLOGIA ............................................................................. 28
3.1.
HIPOTESIS ........................................................................................... 28
3.2.
CRONOGRAMA ................................................................................... 29
3.3.
RECONOCIMIENTO DE LA ZONA DE ESTUDIO ................................ 30
3.4.
ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS ............................................... 31
3.4.1.
EXPLORACIÓN Y MUESTREO ........................................................... 31
3.4.2.
PRUEBAS DE LA BORATORIO ........................................................... 36
3.4.2.1.
Consistencia de humedad..................................................................... 36
3.4.2.2.
Granulometría simple ............................................................................ 36
3.4.2.3.
Granulometría completa........................................................................ 36
3.4.2.4.
Ensaye de corte directo ........................................................................ 37
3.4.2.5.
Estimación de la capacidad de carga del terreno ................................. 38
3.5.
ANÁLISIS
DE
SOCAVACIÓN
EÓLICA
DE
UN
MODELO
EXPERIMENTAL................................................................................................... 39
3.5.1.
DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO .................................................. 39
3.5.2.
EQUIPO EXPERIMENTAL ................................................................... 39
3.6.
ANÁLISIS DE CARGAS DE LA ESTRUCTURA ................................... 42
3.6.1.
DESCRIPCIÓN ..................................................................................... 42
6
3.6.2.
ESPECIFICACIONES DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES .............. 42
3.6.3.
BAJADA DE CARGAS DE BARDA PERIMETRAL ............................... 43
3.7.
DISEÑO DE MICROPILOTE DE CONCRETO REFORZADO .............. 43
3.7.1.
MÉTODO DE CAPACIDAD POR PUNTA DE MEYERHOF ................. 43
3.7.2.
CÁLCULOS DE CAPACIDAD DE CARGA POR FRICCIÓN ................ 43
3.7.3.
CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS ....................................................... 44
3.8.
MODELO EXPERIMENTAL .................................................................. 46
3.8.1.
EXCAVACIÓN DEL CAJÓN ................................................................. 46
3.8.2.
MEJORAMIENTO DEL SUELO DE DESPLANTE ................................ 47
3.8.3.
COLOCACIÓN DEL PROTOTIPO DE MICROPILOTE DE CONCRETO
REFORZADO ........................................................................................................ 48
3.8.3.1.
PRUEBAS DE CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO................. 49
3.8.4.
COLOCACIÓN DEL MICROPILOTE DE ACERO MEDIANTE EL
PROCESO DE HINCADO ..................................................................................... 50
3.9.
APLICACIÓN DE CARGAS A LOS MODELOS EXPERIMENTALES .. 51
3.9.1.
Tipo de prueba experimental. ............................................................... 51
3.9.2.
Instrumentación a utilizar para la medición de desplazamiento ............ 51
CAPITULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIONES .................................................. 53
4.1.
RESULTADOS DEL ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS .............. 53
4.1.1.
ESTRATIGRAFÍA ................................................................................. 53
4.1.2.
ENSAYE DE RESISTENCIA AL CORTE DIRECTO ............................. 57
4.1.3.
ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA DEL TERRENO ........ 57
4.1.4.
ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS ELÁSTICOS ........................... 58
4.1.5.
MODULO DE REACCIÓN DEL SUELO, ks .......................................... 59
4.1.6.
PROFUNDIDAD DE DESPLANTE ....................................................... 59
7
4.1.7.
CAPACIDAD DE CARGA RECOMENDABLE ...................................... 59
4.1.8.
CIMENTACIÓN RECOMENDABLE ...................................................... 59
4.1.9.
RELLENOS ........................................................................................... 60
4.1.10.
EXCAVACIONES .................................................................................. 60
4.1.11.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO .................................................. 60
RESULTADO DEL ENSAYE DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL
CONCRETO .......................................................................................................... 61
4.1.12. ................................................................................................................... 61
4.2.
RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE SOCAVACIÓN EÓLICA ................ 62
4.3.
RESULTADOS DE LOS ASENTAMIENTOS EN LOS MICROPILOTES
DE ACERO Y CONCRETO REFORZADO ........................................................... 64
4.3.1.
Deformación unitaria en los micropilotes por carga aplicada y acumuladas
en el tiempo ........................................................................................................... 64
4.3.2.
RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS MÁXIMOS
ACUMULADOS ..................................................................................................... 69
CAPITULO 5. CONCLUSIONES .......................................................................... 71
CAPITULO 6. RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS .................. 72
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 73
ANEXOS 76
ANEXO 1: ENSAYE DE RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE POR MEDIO
DEL ENSAYE DE CORTE DIRECTO ................................................................... 76
ANEXO 2: MEMORIA DE CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE
DEL SUELO .......................................................................................................... 77
ANEXO 3 ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS ELÁSTICOS ........................... 78
ANEXO 4: PRUEBA PROCTOR ESTANDAR PARA EL CÁLCULO DE P.V.S.M. 79
8
ANEXO 5: PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN LA BASE DE LA CIMENTACIÓN
.............................................................................................................................. 80
ANEXO 6: TABLAS Y GRÁFICAS DE DEFORMACIONES DE CADA CARGA
APLICADA EN EL TIEMPO................................................................................... 81
ANEXO 7. RESULTADOS DE DEFORMACIONES MAXIMAS DE CADA CARGA.
.............................................................................................................................. 97
APÉNDICES........................................................................................................ 100
APENDICE 1. REGISTRO DE PROYECTO ....................................................... 101
APENDICE 2. CARTA DE CONVENIO CON INDUSTRIA .................................. 102
APENDICE 3. EVIDENCIA DE BECA ................................................................. 103
APENDICE 4. PUBLICACION DE ARTICULOS ................................................. 104
AP
4.1 ANÁLISIS DE LA SOCAVACIÓN EÓLICA EN UN MODELO
EXPERIMENTAL................................................................................................. 104
AP
4.2 ANÁLISIS DE SOCAVACIONES PARA LA PROPUESTA ÓPTIMA
DE CIMENTACIONES PARA OBRAS DE INGENIERÍA DESPLANTADAS EN RÍO
111
AP
4.3 ALTERNATIVAS DE INGENIERÍA PARA LA FALLLA GEOLÓGICA
DEL RÍO ATOYAC, VERACRUZ ......................................................................... 118
AP
4.4 UTILIZACIÓN DE DESECHOS URBANOS EN LA REALIZACIÓN DE
CONCRETOS ECOLÓGICOS ............................................................................ 125
AP
4.5 ANÁLISIS DE CIMENTACIONES DE OBRAS DE INGENIERÍA EN
SUELOS COLAPSABLES ................................................................................... 130
APENDICE 5. IMPRESIÓN DEL CVU ACTUALIZADO ...................................... 134
APENDICE 6. RESUMEN DE PRODUCTOS OBTENIDOS DURANTE LA
MAESTRÍA. ......................................................................................................... 136
AP
6.1 CONSTANCIA: “ANÁLISIS DE LA SOCAVACIÓN EÓLICA EN UN
MODELO EXPERIMENTAL” ............................................................................... 136
9
AP
6.2
CERTIFICADO:
“ANÁLISIS
DESOCAVACIONES
PARA
LA
PROPUESTA ÓPTIMA DE CIMENTACIONES PARA OBRAS DE INGENIERÍA
DESPLANTADOS EN RÍOS” .............................................................................. 137
AP
6.3 CERTIFICADO: “ANÁLISIS DE ASENTAMIENTOS DE OBRAS DE
INGENIERÍA CIMENTADOS A BASE DE PILOTES HINCADOS EN SUELOS
ARENOSOS LICUABLES” .................................................................................. 138
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Propuesta de cimentación especial a base de zapata corrida y micropilotes
para la barda perimetral. ....................................................................................... 14
Figura 2. Esquema de micropilotes donde se observa la fricción que se genera entre
el fuste y el suelo (Fuente: Pastor, 2018) .............................................................. 18
Figura 3. Proceso constructivo de un micropilote. ................................................. 19
Figura 4. Tipos de movimiento de las partículas de arena (Fuente: Williams, 1964)
.............................................................................................................................. 26
Figura 5. Cronograma de actividades ................................................................... 29
Figura 6. Vista satelital de la ubicación de la zona experimental en la zona centro
del estado de Veracruz. ........................................................................................ 31
Figura 7. Localización de los pozos de exploración en el estado de Veracruz. .... 32
Figura 8. Túnel de viento utilizado para la experimentación. ................................ 40
Figura 9. Perfil estratigráfico del sondeo de exploración PCA-1 ........................... 54
Figura 10. Perfil estratigráfico del sondeo de exploración PCA-2 ......................... 55
Figura 11. Perfil estratigráfico del sondeo de exploración PCA-3 ......................... 56
10
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Coordenadas Universal Transversal de Mercator (UTM) de los sondeos de
exploración. ........................................................................................................... 32
Tabla 2. Escala de Beaufort de la fuerza de los vientos. ....................................... 40
Tabla 3. Longitudes de desarrollo para traslapes de varillas ................................ 42
Tabla 4. Resultados de la resistencia a la compresión del concreto. .................... 61
Tabla 5. Resultados de las deformaciones con una carga de 100kg. ................... 64
Tabla 6. Tabla comparativa de resultados de desviación estándar de deformaciones
de micropilotes para carga de 100kg. ................................................................... 65
Tabla 7. Resultados de las deformaciones con una carga de 800 kg. .................. 67
Tabla 8. Tabla comparativa de resultados de desviación estándar de deformaciones
de micropilotes para carga de 800kg. ................................................................... 68
Tabla 9. Resultados de las deformaciones máximas acumuladas ........................ 69
LISTA DE GRAFICAS
Grafica 1. Material desalojado en los tres movimientos de partículas a una velocidad
de 16 km/h............................................................................................................. 62
Grafica 2. Material desalojado en los tres movimientos de partículas a una velocidad
de 34 km/h............................................................................................................. 63
Grafica 3. Material desalojado en los tres movimientos de partículas a una velocidad
de 64 km/h............................................................................................................. 63
Grafica 4. Resultados de deformación unitaria con carga de 100 kg. ................... 65
Grafica 5. Resultados de deformaciones acumuladas con carga de 100 kg. ........ 66
Grafica 6. Deformación unitaria para los micropilotes en una carga de 800 kg. ... 67
Grafica 7. Resultados de deformaciones acumuladas con carga de 800kg. ......... 68
Grafica 8. Resultados de deformaciones máximas acumuladas ........................... 70
11
CAPITULO 1. INTRODUCCION
En este trabajo se pretende dar soluciones de cimentación a los problemas que
presentan las construcciones desplantandas en suelos de arena de compacidad
suelta o propensos a la licuefacción, de manera específica a las bardas perimetrales
portuarias situadas a lo largo del puerto de Veracruz. El tipo de suelo de la zona
costera de Veracruz-Boca del Rio es eólico (compuesto por una textura granular),
ya que es transportado por el viento, dado que en este tipo de suelos se sufre con
problemas geotécnicos como deformaciones, asentamientos, momentos de volteo
y socavaciones en las bardas perimetrales, se da la propuesta de dicho análisis de
la cimentación a base de micropilotes de concreto y/o acero, con la finalidad de
evitar o limitar la problemática; éste análisis de cimentación es un procedimiento
constructivo moderno, por lo que se pretende hacerla eficaz para la aplicación en la
actualidad en construcciones de obras civiles con la existencia de esta problemática.
Es de gran importancia llevar a cabo un análisis sintetizado de la mecánica de
suelos del lugar, para conocer el comportamiento y estructura del suelo por medio
de muestras representativas sometidas a pruebas de laboratorio. La mecánica de
suelos da a conocer las bases primordiales de ingeniería para calcular y obtener el
diseño de cimentaciones que nos garanticen calidad, resistencia y la estabilidad
adecuada de cada estructura a realizar. De acuerdo a la información obtenida del
estudio de mecánica de suelos, se realiza la selección adecuada del tipo de
cimentación para el suelo en estudio.
En la zona de la costa de Veracruz, la falta de espacio ha obligado a grandes
empresas a corromper y alterar ecosistemas como: manglares, manantiales, ríos,
playas, etc. Por lo que se ven en la necesidad de rellenar dichas zonas para la
construcción de fábricas, almacenes, bodegas ampliaciones de muelles; sin
embargo, en muchas de las construcciones se producen fenómenos como
asentamientos, volteo de bardas perimetrales o colindantes, agrietamientos
superficiales, los cuales pueden ser originados por malos procesos constructivos
12
realizados, malas decisiones de cimentaciones, o a la alteración del ecosistema del
lugar.
1.1. OBJETIVOS
Diseñar la cimentación de las bardas perimetrales a base de micropilotes, capaces
de soportar los problemas de socavación presentados en la zona, así como también
los problemas ocasionados por los fuertes vientos. La eficiencia de los sistemas de
cimentación planteados será comprobada mediante una experimentación.
1.1.1. Objetivos específicos
1. Realización de un estudio de mecánica de suelos en un sitio experimental en
la zona del API para extraer las propiedades físicas y mecánicas de los
depósitos eólicos.
2. Simulación a escala del sistema de cimentación planteado para documentar
las problemáticas de este tipo de estructuras.
3. Medición de la capacidad de carga micropilotes en escala real y monitorear
las deformaciones del sistema para discutir su comportamiento.
4. Simulación numérica de elementos finitos con el software ANSYS para
extraer gráficas de comportamiento de las deformaciones que se generaran
y probar su eficiencia.
1.2. JUSTIFICACIÓN
Los suelos donde se ubican las Obras Portuarias del Golfo de México son en su
mayoría arenas sueltas con formaciones de dunas, por lo que al desplantar las
bardas perimetrales sobre éstos terrenos se sufren múltiples consecuencias hasta
el punto de llegar al colapso, éstos problemas se traducen en pérdidas económicas
por reparaciones y restauración total, por lo que se sugiere obtener una propuesta
alternativa para resolver la problemática de asentamientos, momentos de volteo y
13
socavaciones de bardas perimetrales; mediante un sistema de cimentaciones
especiales a base de zapatas corridas y micropilotes desplantados en arenas
sueltas (eólicas), como se muestra en la Figura 1, para esto se realizaron pruebas
experimentales y de laboratorio para calcular y obtener los asentamientos con
cargas máximas a los de la estructura, con esto se disminuyeron las fallas que
presentan actualmente las bardas perimetrales en la zona de estudio.
Figura 1. Propuesta de cimentación especial a base de zapata corrida y micropilotes para la
barda perimetral.
14
1.3. ANTECEDENTES CIENTÍFICOS.
Existen una serie de antecedentes en cuanto al diseño de los micropilotes y sus
aplicaciones en el campo de la ingeniería geotécnica, en los que destaca un nuevo
método de diseño para estabilización de taludes (Sun et al., 2013), que incluye
detalles sobre cómo elegir una ubicación para los micropilotes dentro de la
pendiente existente, seleccionando la sección transversal de micropilotes,
estimando la longitud del micropilote, evaluando la capacidad de corte del grupo de
micropilotes, calculando el espaciamiento requerido para proporcionar fuerza para
estabilizar la pendiente y el diseño de la viga de hormigón.
Los micropilotes tienen un gran campo de aplicaciones debido a su gran facilidad
de instalación, incluso en espacios restringidos, por lo que se han propuesto sistema
de micropilotes para la estabilización de taludes (Sun et al., 2013) ; a su vez se han
realizado modelos de elementos finitos tridimensionales para probar su eficiencia
ante movimientos sísmicos suponiendo el suelo elástico, donde se extrajo
resultados favorables en micropilotes inclinados y una capacidad de carga alta al
ser colocados estos en estratos firmes y rígidos (Alnuaim et al., 2016). El uso de
micropilotes se ha implementado en la agricultura para la construcción de
invernaderos (Gilman et al., 2016), así como también ha quedado demostrado que
una balsa micropilotada (MPR) ofrece un sistema de cimentación eficiente que
combina las ventajas de los micropilotes y las balsas apiladas que pueden utilizarse
como sistema de cimentación primaria o para mejorar una base de balsa existente
(Alnuaim et al., 2016), un total de 78 casos diferentes fueron analizados en este
estudio para evaluar el comportamiento de MPR en arena teniendo en cuenta una
serie de factores que pueden influir en su comportamiento, tales como: el número
de micropilotes (MP), el espaciamiento al diámetro del micropilote (S / Dmp), el
espesor de la balsa, el tipo de carga y la densidad del suelo.
Los micropilotes se adoptan cada vez más para la rehabilitación sísmica de las
estructuras existentes, además, tanto los micropilotes verticales como los inclinados
se usan a menudo como sistema de cimentación para nuevas construcciones,
mejoras de suelo y muchas otras aplicaciones, por lo que se han realizado
15
investigaciones y estudios experimentales en un depósito de suelo limoso aluvial en
dos micropilotes verticales simples y en un grupo de cuatro micropilotes inclinados
conectados a la cabeza por un hormigón gorra (Capatti et al., 2017), se explotan
varios procedimientos de prueba para investigar el comportamiento dinámico de
micropilotes bajo diferentes condiciones de carga y aumentar el nivel de fuerza.
Otra aplicación de los micropilotes es la pared Micropilote-MSE, especialmente
diseñada para carreteras de montaña, se utiliza para aumentar simultáneamente la
estabilidad local de la pared MSE, la estabilidad global y la resistencia al impacto de
las barreras de carretera (Zhang et al., 2017), La carga de impacto en las barreras
del Muro Micropile-MSE en realidad es apoyada por toda la estructura de retención,
lo que aumenta significativamente la resistencia al impacto de la barrera vial.
Así como también se han utilizado principalmente para aumentar la capacidad de
carga o para reducir el asentamiento en la ingeniería de cimentación y para apoyar
nuevas estructuras y estabilizar pendientes (Hwang et al., 2017).
1.4. FACTIBILIDAD DEL PROYECTO.
Los suelos donde se ubican las Obras Portuarias del Golfo de México son en su
mayoría arenas sueltas con formaciones de dunas, por lo que al desplantar las
bardas perimetrales sobre éstos terrenos se sufren múltiples consecuencias hasta
el punto de llegar al colapso, éstos problemas se traducen en pérdidas económicas
por reparaciones y restauración total, por lo que se sugiere obtener una propuesta
alternativa para resolver la problemática de asentamientos, momentos de volteo y
socavaciones de bardas perimetrales; mediante un sistema de cimentaciones a
base de micropilotes (acero/concreto reforzado) en arenas sueltas (eólicos), para
esto se realizaran pruebas de laboratorio de hidráulica y túnel del viento; para
calcular y obtener sus resistencias al momento de volteo y a cargas vivas, lo cual
disminuirá las fallas de las bardas perimetrales.
16
CAPITULO 2. REVISION LITERARIA
2.1. CIMENTACIONES ESPECIALES
La cimentación es la parte de la estructura de una obra civil que se encarga de
transferir las cargas de la misma al suelo donde está apoyada, generalmente debe
ser un estrato de compacidad media a densa que ofrezca una resistencia mayor a
las cargas que está sometido, , todos los suelos se comprimen al someterlos a
cargas el cual resiste de manera estable causando asentamientos por consolidación
y elásticos en la edificación durante su vida útil. Existen dos requisitos principales
para el diseño de cimentaciones, los cuales son: que el asentamiento total de la
estructura no rebase el límite permisible según el criterio del constructor y que el
asentamiento diferencial de las distintas partes de la estructura se elimine, (Costa
et al., 2010), Para reducir las presiones de contacto de una cimentación. Existen
sitios donde el suelo no es capaz de soportar cargas de una estructura, ya que tiene
estratos superiores con problemas de compacidad suelta (suelos friccionantes) o
problemas de consistencia blanda (suelos cohesivos), en estos caso es necesario
solucionar los problemas utilizando cimentaciones de tipo profundas, hasta
encontrar un estrato resistente donde se puedan transmitir las cargas.
2.1.1. MICROPILOTES
El micropilote es un tipo de pilote de pequeño diámetro y longitud (generalmente
menos de 300 mm), los refuerzos de acero de alta capacidad se utilizan como el
principal elemento de carga en micropilotes, (Hadis et al, 2018). Aprovechando la
fricción generada a lo largo del eje del micropilote, la carga aplicada se transfiere
desde la lechada a la tierra circundante. Su gran interés radica en la facilidad de
instalación, en particular en un entorno de acceso restringido, se pueden usar en
todos los tipos de suelos y condiciones del suelo, (Lahuta et al, 2016).
Debido a sus pequeños diámetros, la capacidad de carga final es insignificante y
generalmente se descuida en los sistemas de micropilotes, aunque el rango de
capacidad se ha incrementado considerablemente y, en consecuencia, los
17
micropilotes se están convirtiendo en la opción de base preferida en muchas
aplicaciones, incluidos edificios de gran altura, (Alnuaim et al, 2018).
En la base geotécnica, los micropilotes se usan comúnmente para transferir cargas
de estructuras a estratos profundos cuando el suelo poco profundo es demasiado
blando o suelto para soportar esas cargas. Estos elementos transfieren sus cargas
axiales al estrato del cojinete a través de la fricción de lechadas al suelo circundante
(Pastor et al, 2018), como se muestra en la Figura 1. Dado que las cargas dinámicas
más frecuentes en un sistema de pila-suelo-estructura son las debidas a terremotos
(Hadis et al, 2018), se considera que la carga sísmica juega un papel importante en
el diseño de cimentaciones de pilotes y también debe considerarse en los estudios
centrados en sistemas de pilotes.
MOMENTO FLEXIONANTE
CARGA VERTICAL
CARGA HORIZONTAL
MICROPILOTES
CARGA
HORIZONTAL
Figura 2. Esquema de micropilotes donde se observa la fricción que se genera entre el fuste
y el suelo (Fuente: Pastor, 2018)
2.1.2. PROCESO CONSTRUCTIVO DE MICROPILOTES
El proceso constructivo de los micropilotes en general se construye perforando un
pozo, colocando refuerzo y rejuntado en el orificio de perforación (Hadis et al, 2018),
en la Figura 2 se presenta un esquema de procedimientos para la correcta ejecución
de un micropilote.
18
Figura 3. Proceso constructivo de un micropilote.
A.-Perforación.
B.-Colocación de la armadura tubular.
C.-Inyección de la vaina.
D.- Inyección del bulbo de anclaje
2.1.2.1.
Perforación
Para el colado de los micropilotes se comienza con la excavación mediante una
máquina perforadora situada justo en el centro del micropilote; se aploma la torre o
pluma y se inicia la tarea de taladrar mediante sistema de rotación. Se fija el
diámetro de la barrena del micropilote especificado en el proyecto. La barrena
perfora con movimiento compuesto de giro y descenso. La máquina se opera desde
su interior controlando la presión inducida al perforar, por lo que se pueden detectar
los estratos más densos, sin embargo el operador debe prestar atención, pues si se
encuentra con una capa muy densa, el exceso de presión puede generar problemas
con el equipo. La profundidad a la que se desean desplantar los pilotes se regulan
con la longitud de la barrena llegando a la cota exigida. Con la disposición de
micropilotes perforados, se calcula que la desviación en planta no supere al 10%
del diámetro del micropilote; en relación a su verticalidad, la desviación no debe
superar el 4% de la longitud. El vaciado de realiza por medio de aire a presión.
19
2.1.2.2.
Colocación de la armadura
Previo a los trabajos de armado, se lleva a cabo la limpieza del terreno y del fondo
de la excavación inyectando agua a presión para remover suelo suelto en los
taludes. La armadura se coloca centrada respecto al eje del micropilote, verificando
que se mantenga la verticalidad antes mencionada.
La armadura se habilita fuera de la zona a pilotar, una vez terminando el armado se
introduce en la excavación previendo los tramos de tubo necesarios para efectuar
los empalmes mediante rosca o soldadura y se corta el tramo del tubo con la longitud
necesaria.
Esta armadura debe sobresalir del terreno una longitud determinada en el orden de
60 a 90 cm., a fin de soldar unos redondos que garanticen la adherencia
entre encepados y micropilotes.
2.1.2.3.
Tareas de inyección
Las tareas de inyección se realizan 24 horas después de introducir el armado de
acero, con el fin de evitar contaminación dentro de la excavación, lo que causaría
que el concreto no alcance su máxima resistencia.. El tiempo máximo entre fases
subsiguientes no debe superar las 24 hrs. en relación al cemento empleado y los
tiempos de fraguado en obra. Por lo general, la inyección se realiza en tres fases:
o En la primera fase se inyecta el cemento por gravedad, hasta que exceda el
espacio anular entre la armadura tubular y el terreno. Para continuar con la
segunda fase, esta debe de fraguar, por lo que se continúa después de 24 h.
o En la segunda fase se realiza la formación del bulbo de anclaje del
micropilote al terreno, inyectando a presión.
o En la tercera fase se rellena el interior de la tubería con la mezcla de cemento.
Si se observan admisiones anormales, se fuerza la penetración del relleno
con presión de aire obturando en cabeza. Cada tipo de micropilote requiere
de diferentes proporciones de acuerdo a la resistencia especificada en el
proyecto.
Es recomendable descabezar los micropilotes, pues el hormigón de la capa superior
suele siempre ser de resistencia baja.
20
2.1.2.4.
Soldadura de armaduras
Para garantizar un buena adherencia entre el micropilote y el encepado, se procede
con la ejecución de soldaduras continuas en la armadura tubular del micropilote que
sobresale del nivel del terreno natural y unos redondos de acero corrugado o
capuchones.
Posteriormente se realiza el tendido de un hormigón de limpieza. seguido de la
colocación de la armadura de la zapata de acuerdo a los planos y especificaciones
del proyecto.
2.1.2.5.

Aspectos a tomar en cuenta
Para garantizar los trabajos realizados y el buen funcionamiento de los
aparatos de elevación y dispositivos de manejo o perforación, se recomienda
hacer una revisión previa a los trabajos de ejecución.

Con la finalidad de llevar un control con el orden de ejecución de cimentación
con micropilotes, se debe realizar desde el interior hacia el exterior o
perímetro de la obra.

El empotramiento del micropilote en su encepado debe ser como mínimo de
5 cm.

Debe vigilarse que no existan grandes cantidades de desperdicio de concreto
y mortero, realizando correctamente el cálculo de volumen teórico a utilizar.

Es recomendable hacer anotaciones en una bitácora para cada micropilote,
especificando las características y condiciones de trabajo, como por ejemplo:
o Fecha y hora de inicio y termino de construcción.
o Diámetro y profundidad alcanzada en el taladro.
o Longitud de la armadura y profundidad hasta la introducción de la
misma.
o Volumen de concreto y mortero..
o Altura del descabezado.
o Variaciones que se produzcan y no estén previstas en el proyecto.
21
2.1.3. CLASIFICACIÓN DE MICROPILOTES
2.1.3.1.
Micropilote clásico
Los pasos básicos para la construcción y desarrollo de un micropilote clásico se
detallan a continuación.
a). - Desarrollo de la perforación y colocación de la vaina. La perforación se puede
desarrollar en prácticamente cualquier tipo de terreno. Si está hecho correctamente,
no causa alteraciones significativas a las estructuras adyacentes o a la estructura
que se pretende recalzar. Se procede a la perforación a rotación o roto percusión y
se introduce agua circulante a través de la vaina para limpiar los cortes del suelo
con un chorro de agua a través del espacio entre la vaina y el suelo.
b). - Refuerzo de acero
c). - Inyectar la lechada. La lechada típica usada en la práctica es una mezcla limpia
de agua y de cemento con un cociente de agua/cemento (w/c) entre 0,40 y 0,55. Es
típico, en algunos casos que se agregue arena para disminuir el coste de la mezcla.
La inyección repetitiva se utiliza en algunos casos. Aunque es más cara que la
inyección única, la capacidad de carga de estos aumenta notablemente en
comparación con los últimos.
2.1.3.2.
Micropilote Tubfix
El micropilote Tubfix utiliza una tubería de acero para el refuerzo y tubería de
inyección. Esta barra de acero se rodea sin válvulas de retorno y se proporciona la
presión para definir la zona de la inyección.
La inyección se realiza en etapas repetidas. Después de que la primera lechada se
haya inyectado, se vuelve a inyectar a presión a través de las válvulas de anti
retorno de la barra de acero para una zona definida por los inyectores internos. La
inyección se puede repetir tantas veces como sea necesario después de que la
lechada primaria haya fraguado.
22
2.1.3.3.
Micropilote de Barra de Gewi
La pila de Gewi fue desarrollada en Alemania. Al igual que en el caso del micropilote
Tubfix es inyectado en varias etapas. En este caso el refuerzo es una barra de
acero de alta resistencia y la lechada se inyecta a través de una tubería de plástico
situada adyacente a esta barra. En los últimos tiempos se están desarrollando
procesos en los cuales la tubería de plástico rodea la barra de acero referida.
2.1.3.4.
Micropilote “Pila de la raíz con bulbo”
Este micropilote se construye de la misma manera que la pila de la raíz o micropilote
descrito anteriormente con la inclusión de una célula deformable en el extremo de
la misma. Después de que la lechada exterior del refuerzo haya endurecido, una
lechada limpia de cemento se inyecta a través de una vaina de acero para “hinchar”
la célula. La burbuja que se hincha rompe las paredes de la célula y se crea un
bulbo con una presión casi uniforme en el suelo. El propósito de esta base ampliada
es aumentar la fuerza de la punta del micropilote mientras que mantiene la alta
resistencia friccional lateral. Este micropilote es raramente usado hoy día.
2.1.4. CONTROL DE CALIDAD
Toda obra de ingeniería civil se realiza con su respectivo control de calidad, y la
construcción de pilotes no es la excepción, para esto se debe tomar en cuenta lo
siguiente:

Se debe verificar que el replanteo del micropilote se ejecute de acuerdo a los
planos de proyecto, así como también debe comprobarse el replanteo de los
ejes, aplomado y nivel de la cabeza del micropilote.

Se bebe tener un control para conocer el diámetro de la perforación. Tener
al alcance los datos de los micropilotes por cada grupo y la profundidad de
perforación de cada micropilote.

Montaje y disposición de armaduras interior y camisa, conviene realizar una
inspección por cada 3 grupos de micropilotes controlando la longitud y el
diámetro de la armadura.
23

Para cumplir con las especificaciones del proyecto se realizan pruebas de
resistencia y revenimiento del concreto, para así alcanzar su resistencia
máxima a la compresión con su consistencia adecuada.
2.2. SUELOS
2.2.1. ARENAS LICUABLES
Comprender el comportamiento de los suelos bajo cargas cíclicas / dinámicas ha
sido uno de los temas desafiantes en la ingeniería geotécnica (Rouholamin et al.,
2017), la respuesta de los suelos licuables ha sido bien estudiada, sin embargo, el
comportamiento de licuefacción posterior a las arenas necesita una mejor
comprensión.
La licuefacción es uno de los fenómenos más dramáticos que ocurren en arenas
sueltas saturadas durante un terremoto. En consecuencia, las estructuras
construidas en la parte superior o dentro del terreno licuado pueden fallar debido al
aumento de la presión lateral del suelo, pérdida de la capacidad de carga,
asentamiento del suelo debido a la re consolidación posterior a la licuación y otras
deformaciones
del
terreno
asociadas
(Rouholamin
et
al.,
2017).
Estas
consecuencias dependen de diversos factores, como las condiciones del sitio, las
características del terremoto y la naturaleza de la estructura del sitio.
La licuefacción se produce cuando la resistencia al cizallamiento del suelo
disminuye durante la carga cíclica monotónica a un volumen constante (Zhuang et
al., 2018), los depósitos poco profundos de tierra experimentan grandes
desplazamientos de cizalladura y flujo hasta que la tensión de cizalladura de
conducción se vuelve más baja que la resistencia al corte no drenado de las arenas
licuadas.
La rigidez y la resistencia de las arenas están controladas por el estrés de
confinamiento, la relación de vacío, el historial de estrés, el contenido de finos y la
edad geológica, que rigen la respuesta de licuefacción (Yang et al., 2016).
Aunque la licuefacción en forma de movilidad cíclica es un aspecto importante, la
licuefacción también puede ocurrir en condiciones de carga estática, que se
24
denomina licuefacción estática (Monkul et al., 2016), la licuefacción estática es una
forma de licuefacción del tipo de flujo y cuando ocurre en el sitio, puede ser bastante
catastrófica ya que ocurre de manera repentina acompañada de grandes
desplazamientos.
La resistencia de la licuefacción puede aumentar, disminuir o permanecer sin
cambios con un aumento en el nivel de esfuerzo cortante estático inicial medido,
que depende de la densidad relativa y del esfuerzo cortante estático inicial (Chiaro
et al., 2013)
2.2.2. ESTABILIZACIÓN DE ARENAS
El tratamiento del suelo con agentes de cemento (cal, yeso, cemento Portland y
cenizas volantes) ha sido una técnica de mejora del suelo en ingeniería de
cimentaciones, construcción de carreteras e ingeniería geotécnica durante muchos
años (Choobbasti et al., 2017), la cementación del suelo arenoso puede dar como
resultado un aumento de la rigidez, la resistencia al corte, la resistencia a la
compresión y el comportamiento frágil y la disminución de la compresibilidad y
permeabilidad del material.
Aunado a esto, el suelo cementado ha sido aceptado en todo el mundo como
una tecnología de mejora del suelo que utiliza cemento para estabilizar los suelos.
Se ha demostrado que la tecnología es altamente ventajosa debido a la alta tasa de
uso del suelo original, bajo costo, construcción conveniente y formas de refuerzo
flexibles (Linhao et al., 2018), estos méritos han llevado a una mayor popularidad
de la aplicación de tecnología de suelo cementado en las áreas de tratamiento de
cimientos, refuerzo de taludes, detención de fugas, ingeniería de paredes de tierra
apisonada, entre otros.
(Choobbasti et al. 2015) realizaron una serie de pruebas de compresión no
confinadas para investigar las propiedades mecánicas de los suelos arenosos
estabilizados con cemento Portland y nano partículas. Encontraron que la
25
resistencia a la compresión no confinada aumenta con el aumento en el contenido
de nanosilica.
2.3. BARDAS PERIMETRALES PORTUARIAS
2.3.1. SOCAVACIÓN DE CIMENTACIÓN EN ARENAS EÓLICAS
La erosión del suelo por efecto de las fuerzas del viento es un gran problema
ambiental en todo el mundo (Shen et al., 2018), el viento es una fuerza dinámica
que de manera directa es el responsable de las causas de erosión del suelo.
La socavación eólica se define como el desplazamiento del suelo debido a
la acción del viento, estos desplazamientos se generan principalmente en la
cimentación de la estructura apoyada en suelos arenosos eólicos; existen diferentes
factores que influyen o agravan éste fenómeno, como por ejemplo el clima, suelo y
vegetación, (Zachar et al., 1982). La topografía parece ser no muy importante,
aunque la longitud de la superficie erosionable tiene más influencia en el movimiento
del suelo. Un suelo sin presencia de vegetación es más vulnerable a la socavación,
por haber menor resistencia para que se inicie el movimiento.
Las arenas eólicas se desplazan en función de su tamaño, rodando (>0,5
mm), por saltación (0,05-0,5 mm), o en suspensión (<0,1 mm), (Williams et al.,
1964), como se muestra en la figura 4.
Figura 4. Tipos de movimiento de las partículas de arena (Fuente: Williams, 1964)
Las dunas costeras son una de las manifestaciones más claras por la acción del
viento, que son acumulaciones de arena formadas al interponerse un obstáculo, las
cuales pueden tener forma transversal perpendicular al viento, forma estrellada con
26
direcciones de viento variables, o la típica forma de media luna o duna aislada que
forma un montículo en el que el lado opuesto a la dirección del viento tiene mayor
pendiente, al caer la arena por gravedad, y el lado enfrentado a la dirección de
avance menor pendiente al ascender las partículas por arrastre, (Lal et al., 1991).
Las tasas de emisión del polvo transportado por el viento desde las superficies
erosionables dependen de la velocidad de fricción del viento y las características
del suelo (Wang et al., 2015).
27
CAPITULO 3. METODOLOGIA
3.1. HIPOTESIS
Mediante la construcción de un modelo físico de cimentación a base de micropilotes
de acero y/o concreto reforzado para bardas perimetrales se evitarán los problemas
de asentamientos y socavación de arenas tipo eólicos con el fin de obtener
resultados factibles. Con la elaboración del modelo experimental realizado se
evaluará la posibilidad de su recomendación en los diferentes tipos de suelos.
28
3.2. CRONOGRAMA
CALENDARIO
ACTIVIDADES
PRIMER SEMESTRE
(JUL-DIC 2016)
SEGUNDO SEMESTRE
(ENE-JUN 2017)
TERCER SEMESTRE
(JUL-DIC 2017)
Investigación y recopilación
de información.
Exploración y
reconocimiento de la zona
de estudio
Muestreo de suelos para su
caracterización
ensayes de laboratorio
(ensayes físicos)
ensayes de laboratorio
(ensayes mecánicos)
Elaboración de los modelos
experimentales a escala
Pruebas de
experimentación
comparación de resultados
elaboración del proceso
constructivo y conclusiones
Presentación del proyecto
Figura 5. Cronograma de actividades
29
CUARTO SEMESTRE
(ENE-JUN 2018)
3.3. RECONOCIMIENTO DE LA ZONA DE ESTUDIO
Veracruz es un municipio y la ciudad más grande e importante del estado de
Veracruz de Ignacio de la Llave, así como la ciudad central que da nombre al área
urbana denominada como Zona Metropolitana de Veracruz. Tiene el puerto
marítimo comercial más importante de México. Con una población de 552,156
habitantes para 2010.
Está ubicada a 90 km de distancia de la capital del estado Xalapa y a 400 km de
distancia de la Ciudad de México. Colinda al norte con el municipio de La Antigua y
el Golfo de México; al sur con los municipios de Medellín y Boca del Río; al este con
el Golfo de México y al oeste con los municipios de Manlio Fabio Altamirano y Paso
de Ovejas. Su clima es tropical cálido, con una temperatura media anual de 25.3 °C
y con una precipitación media anual de 1500 mm.
Históricamente esta ciudad y puerto destaca por haber sido fundada por Hernán
Cortés, encontrándose en la región por la que los españoles desembarcaron para
emprender la conquista de Tenochtitlan. Además, ha recibido el nombramiento de
Cuatro veces heroica por decreto presidencial, a raíz de haber enfrentado cuatro
distintas invasiones extranjeras.
La ubicación de la zona de experimentación se llevó a cabo en la localidad de
Basurero Municipal, Municipio de Veracruz, Ver. (Figura 6).
30
Figura 6. Vista satelital de la ubicación de la zona experimental en la zona centro del estado
de Veracruz.
3.4. ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS
3.4.1. EXPLORACIÓN Y MUESTREO
Con objeto de obtener las características estratigráficas del suelo se realizaron tres
sondeos de exploración a cielo abierto (PCA) hasta una profundidad de exploración
de 2.00 m. de estos sondeos se extrajeron muestras para determinar las
propiedades físicas, así como para realizar su correspondiente clasificación con
base en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Los pozos fueron
denominados como PCA-1, PCA-2 y PCA-3. Durante la excavación se realizaron
tomas de muestras alteradas e inalteradas de los estratos típicos del predio y
posteriormente se determinó la estratigrafía. Los trabajos de exploración y muestreo
31
fueron realizados por una brigada de exploración de suelos. En la Figura 7 se
muestra la ubicación de los pozos de exploración, y en la tabla 1 se observan sus
coordenadas geográficas. En la Foto 1 a la 7 se muestran las actividades de
exploración y muestreo
Figura 7. Localización de los pozos de exploración en el estado de Veracruz.
Tabla 1. Coordenadas Universal Transversal de Mercator (UTM) de los sondeos de
exploración.
SONDEO
COORDENADAS UTM
PCA-1
PCA-2
PCA-3
791625.65 m E, 2128691.02 m N.
791783.13 m E, 2128603.37 m N.
791528.52 m E, 2128641.15 m N.
32
Fotografía 1. Vista del sondeo de exploración PCA-1
Fotografía 2. Trabajos de exploración y muestreo en la zona del PCA-2
33
Fotografía 3. Vista del muestreo alterado en la zona del PCA-3
Fotografía 4. Labrado de la muestra inalterada para el cálculo de las propiedades mecánicas
34
Fotografía 5. Vista y medición de la estratigrafía de los sondeos de exploración
Fotografía 6. Muestra inalterada extraída en la zona de estudio
35
3.4.2. PRUEBAS DE LA BORATORIO
3.4.2.1.
Consistencia de humedad
La prueba de contenido de humedad nos permitirá conocer la cantidad de agua que
hay en nuestro suelo a diferentes profundidades dependiendo de la estratigrafía del
lugar, medida en porcentaje. Así mismo con el contenido de humedad obtendremos
la profundidad a la cual se podrá desplantar la cimentación.
El método tradicional para determinar el contenido de humedad del suelo en el
laboratorio, se realizó por medio de secado al horno a una temperatura de 100ºC,
donde la humedad del suelo está dada por la relación en porcentaje en peso del
3.4.2.2.
Granulometría simple
La granulometría simple es la distribución de los tamaños de las partículas que
integran el suelo por el análisis de tamices (Norma ASTM C136). El tamaño de la
partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre con
diferentes separaciones. Estas separaciones dividen las gravas, arenas y finos.
Esta prueba nos permitirá separar los finos de la muestra a través del lavado del
material, al ser saturado de agua se removerán la máxima cantidad de finos, para
posteriormente hacer una correcta granulometría completa; por este motivo, se
obtendrá una cantidad de finos pequeña.
Se realizará granulometría simple al material alterado, los pasos que deberán
seguirse para la realización de esta prueba son los siguientes:
Con la información de la humedad registrada en la prueba anterior se harán los
cálculos necesarios para determinar los porcentajes de material presente en el suelo
muestreado, el contenido de finos será la diferencia de los 300gr, menos el peso del
material seco.
3.4.2.3.
Granulometría completa
La granulometría completa nos permitirá conocer el porcentaje de gravas, arenas y
finos que contiene un suelo (Cohesivo, cohesivo-friccionante, friccionante), para
finalmente estar en condiciones de clasificarlo de acuerdo con el Sistema Unificado
de Clasificación de Suelos (SUCS).
36
Existen pruebas mecánicas para determinar la granulometría de un suelo. Dentro
de este tipo de prueba encontramos para suelos gruesos el análisis mediante
mallas, y para suelos finos el análisis de una suspensión del suelo mediante
hidrómetro (Decímetro).
3.4.2.4.
Ensaye de corte directo
En un ensaye con el cual podemos determinar el esfuerzo cortante, capacidad de
carga y graficar la pendiente de falla del suelo para determinar el Angulo de fricción
interno y la cohesión del suelo; de esta manera, la resistencia al corte de un suelo
a someterlo a cargas depende de estos últimos factores.
Las pruebas de corte directo únicamente pueden utilizarse en suelos de falla
plástica, ya sea con arcillas blandas o arenas sueltas. Es por eso que cuando una
estructura se apoya sobre la superficie o suelo de una cimentación, este presenta
esfuerzos, y estos a su vez producen deformaciones como:

Deformaciones elásticas de las partículas.

Cambio de volúmenes de los suelos por consecuencia de la evacuación del
líquido.

Deslizamiento de masas de suelo.
En la prueba de corte directo se utilizará muestra inalterada, se colocará el molde
para extraer un volumen de muestra, el cual se someterá al equipo de corte directo
y se someterá a cargas de 3, 6 y 12 kg respectivamente registrando las lecturas con
la ayuda de micrómetros, tanto su desplazamiento vertical, como desplazamiento
en cortante.
Existen dos procedimientos para realizar el corte directo, uno para suelos no
cohesivos blandos y otro para suelos no cohesivos, que nuestro caso, por tratarse
de arena, es el utilizado.
Procedimiento para suelos no cohesivo:

Se labrará un cubo de arena pequeño, para después extraer la muestra
mediante un marco de aluminio y se deberá de pesar el material.
37

Se ensamblará la caja de corte, después se colocará únicamente la muestra
con precaución y encima se colocará el pistón de carga.

En la máquina de corte directo, se colocará la caja de corte y se aplicará la
carga normal de 3, 6 y 12 kg/cm2. Se desplazan los tornillos de la caja de
corte.

Se ajustarán los micrómetros de carga horizontal y vertical.

Finalmente, se acciona la máquina de corte directo a velocidad constante y
se registraran las deformaciones. Además, se obtendrá el contenido de
humedad de la muestra, sometiendo los fragmentos resultantes del corte al
horno en un tiempo de 24 horas.
3.4.2.5.
Estimación de la capacidad de carga del terreno
Para determinar la capacidad de carga del terreno, se toma la ecuación que
recomienda el reglamento de construcción del Distrito Federal, para ello se
considera el suelo como comportamiento friccionante.
𝑄𝑎𝑑𝑚 = (𝐷𝑓(𝑁𝑞 − 1) + (0.50)(𝐵𝑁))𝐹𝑅 + 𝐷𝑓
𝜃
𝐵
𝑁𝑞 = 𝑒 (𝜋𝑡𝑎𝑛𝜃) (𝑇𝑎𝑛2 (45 + 2 (1 + 𝐿 𝑇𝑎𝑛𝜃)
(1)
(2)
𝐵
𝑁 = 2(𝑁𝑞 + 1)𝑇𝑎𝑛𝜃(1 − 0.40 𝐿 )
(3)
Donde:
= Peso volumétrico del suelo.
Df= Profundidad del desplante del cimiento.
Nq= Coeficiente de capacidad de carga.
B= Ancho del cimiento considerado.
𝑁= Coeficiente de capacidad de carga.
FR= Factor de reducción.
𝜃= Angulo de fricción interno reducido.
38
3.5. ANÁLISIS DE SOCAVACIÓN EÓLICA DE UN MODELO
EXPERIMENTAL
3.5.1. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO
Con la finalidad de representar el fenómeno de socavación eólica que se genera
en las bardas perimetrales del Puerto de Veracruz, se realizó un modelo
experimental a escala con las características apropiadas, y se analizaron los tipos
de movimientos del suelo que fueron removidos por las fuerzas del viento a
diferentes velocidades, el experimento se llevó a cabo mediante un túnel de viento
y la cimentación del prototipo es a base de zapata corrida desplantada en arena de
médano considerando las mismas propiedades mecánicas del sitio experimental.
Se entiende por similitud cuando dos estructuras hidráulicas son semejantes y
cuando la razón de dos elementos de la misma naturaleza en ambas estructuras
tiene el mismo valor. Sirve para calcular reacciones en un modelo de la realidad a
escala, se tienen 3 tipos de similitud.

Similitud geométrica

Similitud dinámica

Similitud cinemática
En éste experimento es necesario tener los tres tipos de similitud (geométrica,
dinámica y cinemática) ya que se cuenta con las dimensiones de longitud (L), fuerza
(F) y velocidad (V).
3.5.2. EQUIPO EXPERIMENTAL
El túnel de viento Figura 8, es un equipo de fabricación francesa, cuenta con cinco
módulos que corresponden a las secciones de tobera, sección de pruebas, difusor,
válvula y mecanismo impulsor (ventilador axial o ventilador centrífugo) (Del Cueto
et al, 2012).
39
Figura 8. Túnel de viento utilizado para la experimentación.
Basándose en la escala de Beaufort de la fuerza de los vientos mostrada en la Tabla
2, en la primera fase tenemos una velocidad de 16 km/h, se encuentra en un rango
de 12 a 19 km/h (brisa ligera), esta velocidad hace que se agiten las hojas y se
ondulen las banderas, en la segunda fase tenemos una velocidad de 34 km/h, se
encuentra en un rango de 30 a 39 km/h (brisa fresca), esta velocidad hace que se
muevan las ramas de los árboles, dificultad para mantener abierto el paraguas y por
último en la tercera fase tenemos una velocidad de 64 km/h (viento duro), esta
velocidad hace que se quiebren las copas de los árboles, circulación de personas
muy difícil, los vehículos se mueven por sí mismos.
Tabla 2. Escala de Beaufort de la fuerza de los vientos.
Número
de
Beaufort
Velocida
d del
viento
(km/h
Denomina
ción
Aspecto del
mar
0
0a1
Calma
Despejado
1
2a5
Ventolina
2
6 a 11
Flojito
3
12 a 19
Flojo
4
20 a 28
Bonancible
40
Pequeñas
olas
Crestas de
apariencia
vítrea
Crestas
rompientes
Borrenguillos
numerosos
5
29 a 38
Fresquito
Olas
medianas y
alargadas
6
39 a 49
Fresco
Olas grandes
7
50 a 61
Frescachó
n
Mar gruesa
8
62 a 74
Temporal
9
75 a 88
10
89 a 102
11
103 a 117
Temporal
muy duro
12
+ 118
Temporal
huracanad
o
Temporal
fuerte
Temporal
duro
41
Grandes olas
rompientes
Olas muy
grandes
Olas muy
gruesas
Olas
excepcionalm
ente grandes
Visibilidad
nula
3.6. ANÁLISIS DE CARGAS DE LA ESTRUCTURA
3.6.1. DESCRIPCIÓN
Barda Perimetral portuaria, en el Puerto de Veracruz.
Tipo de estructura:

Muro: Tabique recocido 22.5 X 10.5 X 5.5 cm

Cimentación: Zapatas corrida de concreto reforzado y Micropilotes de
concreto reforzado
El desplante de la cimentación se hará a una profundidad de 3.0 m.
3.6.2. ESPECIFICACIONES DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Concreto

En trabes.
f´c=200 kg/cm2

Cimentación
f´c=200 kg/cm2
Muros

Barda de tabique recocido tipo estándar de 22.5 X 10.5 X 5.5 cm.
o f´m=45 kg/cm2

Mortero Cemento Arena, tipo II Prop. 1:2
Traslapes

40 Diámetros de la varilla como mínimo.
Las longitudes de desarrollo se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3. Longitudes de desarrollo para traslapes de varillas
Diámetro
Longitud (cm)
3/8”
38.1
1/2”
50.8
5/8”
63.5
3/4”
76.2
42
3.6.3. BAJADA DE CARGAS DE BARDA PERIMETRAL
Muro de tabique recocido con 15 cm de espesor con cadena, castillos y contra trabe
colados con concreto reforzado tiene una carga total de 352.0 kg/m 2
3.7. DISEÑO DE MICROPILOTE DE CONCRETO REFORZADO
El micropilote debe ser capaz de soportar las cargas de la barda perimetral y las
fuerzas del viento que se presentan en la zona de estudio, debido a esto su diseño
se basa en el método de Meyerhof para el cálculo de capacidad de carga por punta.
3.7.1. MÉTODO DE CAPACIDAD POR PUNTA DE MEYERHOF
La capacidad de carga del pilote por punta está dada por la Ecuación 4, mostrada
a continuación:
𝑄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 =
[𝛾𝑚 𝐷𝑓 𝑁𝑞 +0.50𝛾𝑚 𝐵𝑁𝛾 ]𝐴
𝐹𝑆
(4)
Dónde:
Qpunta=Capacidad de carga por punta,Ton
γm=Peso Volumétrico del suelo, Ton/m3
Df =Profundidad de desplante, m
Nq y Nγ=Factores de capacidad de carga en función del ángulo de fricción interna
B=Ancho del pilote
A=Área del pilote, m2
FS=Factor de seguridad,(3 para este caso)
3.7.2. CÁLCULOS DE CAPACIDAD DE CARGA POR FRICCIÓN
Para el cálculo de capacidad de carga por fricción se utilizó la expresión
recomendada por (Juárez et al., 2004), que está en función de las propiedades del
pilote y del suelo, y que se determina en la Ecuación 5, presentada a continuación:
43
𝑄𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =
[0.50𝜋𝐷𝐾0 𝛾𝐿2 tan 𝑑]
𝐹𝑠
(5)
Donde:
Qfricción=Capacidad de carga por fricción, Ton
γ=Peso Volumétrico del suelo, Ton/m3
D=Diámetro del pilote
d= 2/3 del ángulo de fricción interna
L=Longitud del pilote, m
Fs=Factor de seguridad, (3 para este caso)
La capacidad de carga total se determinó sumando la obtenida por punta y por
fricción, esto es (ecuación 6):
𝑄𝑎𝑑𝑚 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒 = 𝑄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 + 𝑄𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛
(6)
3.7.3. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
Para el cálculo de los asentamientos totales se consideró las ecuaciones propuestas
por (Braja et al., 2000).
El asentamiento de un pilote bajo una carga de trabajo vertical, se determina al
considerar tres factores (ecuación 7):
𝑆 = 𝑆1 + 𝑆2 + 𝑆3
Donde:
S=Asentamiento total,cm
S1=Asentamiento elástico,cm
S2=Asentamiento del pilote por la carga en la punta de pilotes,cm
S3=Asentamiento del pilote causado a lo largo del fuste,cm
Para el caso del asentamiento elástico (ecuación 8):
44
(7)
𝑆1 =
(𝑄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 +𝜉𝑄𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 )𝐿
(8)
𝐴𝑝 𝐸𝑝
Dónde:
Qpunta=Carga en la punta del pilote bajo condiciones de carga de trabajo,Ton.
Qfricción=Carga por resistencia por fricción,Ton
Ap=Área de la sección transversal del pilote,m2
L=Longitud de la pilote,m
Ep=Módulo de elasticidad del material del pilote,Ton/m2
ξ=Magnitud que depende de la distribución de resistencia de frición=0.67
El asentamiento del pilote causado por la carga en la punta se determinó de la
siguiente forma (ecuación 9):
𝑆2 =
𝑞𝑤𝑝 𝐷
(1 − 𝜇2 ) 𝐼𝑤𝑝
𝐸𝑠
(9)
Dónde:
qwp=Carga puntual por área unitaria en la punta del pilote,Ton/m^2
Es=Módulo de elasticidad del suelo,Ton/m^2
µ=Relación de Poisson del suelo.
Iwp=Factor de influencia=0.85
Y para el cálculo del asentamiento causado por la carga del fuste (ecuación 10):
𝑆2 =
𝑄𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝐷
𝑝𝐿𝐸𝑠
(1 − 𝜇 2 )𝐼𝑤𝑝
Donde:
p=perímetro del pilote,cm
L=Longitud del pilote,cm
45
(10)
3.8. MODELO EXPERIMENTAL
El sitio experimental para el análisis de asentamientos fue dentro de las
instalaciones de la facultad de ingeniería ya que facilitaba los trabajos de monitoreo
y observación del experimento, además las condiciones del suelo en cuanto a las
propiedades físicas y mecánicas son similares a las de la zona de estudio, teniendo
un suelo de arena con poco limo color café claro, tomando en cuenta las
consideraciones anteriores se procede a realizar la excavación del cajón donde se
colocarán los micropilotes, se realizaron dos tipos de micropilotes, uno con material
de concreto reforzado y el otro con material de acero, esto con la finalidad de elegir
un material óptimo que cumpla con las exigencias de la investigación.
3.8.1. EXCAVACIÓN DEL CAJÓN
La excavación del cajón se hace con la finalidad de extraer el material de la zona
de experimentación a una profundidad aproximada de 2 m. para así rellenarlo con
material de la zona de estudio, en éste caso ubicado en la zona portuaria de
Veracruz y así tener condiciones muy similar por lo que los resultados serán más
confiables disminuyendo un margen de error que podría existir de un sitio a otro.
El cajón tiene las siguientes dimensiones: 2.0 m de largo, 1.50 m de ancho y 2.0 m
de profundidad, con estas medidas se tiene el espacio suficiente para realizar los
trabajos de colado del micropilote de concreto reforzado, el hincado del micropilote
de acero y los trabajos de mejoramiento del suelo de desplante, en la Fotografía 7
se observan los trabajos de excavación del cajón en la zona de experimentación.
46
Fotografía 7. Trabajos de excavación del cajón para el modelo experimental.
3.8.2. MEJORAMIENTO DEL SUELO DE DESPLANTE
Para mejorar el suelo de desplante se utilizó material de la zona de estudio, la cual
fue necesario compactar al 100% de su Peso Volumétrico Seco Máximo, el valor se
determinó en el laboratorio de Mecánica de Suelos de la Facultad de Ingeniería con
el ensaye AASHTO ESTÁNDAR (M MMP 1 09/03 DE LA SCT) y se comprobó
mediante la realización de calas de compactación como se muestra en la Fotografía
8 y Fotografía 9.
Fotografía 8. Prueba de laboratorio AASHTO ESTÁNDAR para calcular el P.V.S.M del suelo.
47
Fotografía 9. Preparación del terreno experimental y vista de la prueba de compactación.
3.8.3. COLOCACIÓN DEL PROTOTIPO DE MICROPILOTE DE CONCRETO
REFORZADO
Teniendo el nivel deseado del cajón rellenado con material de la zona de estudio y
con propiedades similares, se procede a la excavación para colar el pilote de
concreto reforzado, la excavación se realizó con herramienta de campo (cava
hoyos) llegando a una profundidad deseada de 2.0 m, y el diámetro fue de
aproximadamente 16cm.
El colado del micropilote se ejecuta con precaución para no desperdiciar mezcla de
concreto, se vacía en la excavación y se va compactando con una varilla punta de
bala para que no se formen burbujas de aire y le reste resistencia al micropilote,
esto se hace a cada 20 cm, en la Fotografía 10 se observan las actividades de
construcción del prototipo experimental.
Fotografía 10. Proceso constructivo del modelo experimental.
48
Una vez colado el prototipo se deja fraguar durante 28 días para que alcance su
máxima resistencia a la compresión que en este caso es de f´c=200 kg/cm2 y así
continuar con los trabajos de experimentación, en la Fotografía 11 se observa el
micropilote terminado con varillas corrugadas de 3/8.
Fotografía 11. Vista del prototipo colado con acero de refuerzo.
3.8.3.1.
PRUEBAS DE CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO
Las pruebas de resistencia a la compresión de concreto se realizan con la finalidad
de que una mezcla cumpla con las especificaciones del proyecto, en este caso que
obtenga una resistencia mínima de 200 kg/cm 2, la resistencia a la compresión del
concreto es la medida más común de desempeño que se emplea en las obras de
construcción, esta resistencia se calcula utilizando moldes de concreto de 15 cm de
diámetro por 30 cm de altura, los cuales se truenan aplicando carga en una máquina
de ensaye de compresión de acuerdo a la norma ASTM C39 “Método estándar de
prueba de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto”, la
resistencia se calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la
sección donde se aplicó la carga. Los resultados obtenidos son utilizados para fines
de control de calida, en la fotografía 11a se observan los trabajos realizados para la
comprobación de la resistencia del concreto utilizado en la investigación.
49
Fotografía 12a. Vista del cilindro en la máquina de compresión.
3.8.4. COLOCACIÓN DEL MICROPILOTE DE ACERO MEDIANTE EL PROCESO
DE HINCADO
El prototipo de micropilote de acero cuenta con las siguientes características: acero
de cedula 40, diámetro nominal de 6 plg, diámetro exterior de 168 mm, espesor de
7.92 mm, peso de 31.34 kg/m y los valores de los esfuerzos son Fy= 250 MPa y
Fu= 400 a 550 MPa, cuenta con una altura de 2.2 m.
La colocación del micropilote se llevó a cabo mediante el proceso de hincado,
penetrando el suelo experimental mediante varios golpes utilizando un pisón.
El micropilote de acero se debe hincar hasta llegar a la profundidad deseada de
2.00 m, por lo que la cabeza del micropilote queda expuesta para aplicarle carga,
en la Fotografía 12 se observa el procedimiento de hincado y el control de medición
de penetración.
50
Fotografía 13. Proceso de hincado del prototipo de acero.
3.9. APLICACIÓN DE CARGAS A LOS MODELOS EXPERIMENTALES
El propósito de realizar las pruebas de carga a los micropilotes de acero y concreto,
es observar su comportamiento de asentamientos, ya que es una problemática
principal en las obras de ingeniería civil desplantadas en suelos de arena suelta, las
cargas que se aplican a los modelos son únicamente cargas verticales.
3.9.1. Tipo de prueba experimental.
El tipo de prueba para el experimento que se eligió es, prueba estática, con estas
pruebas se trata de definir el comportamiento del sistema de micropilotes cuando
se le somete a una secuencia de cargas verticales que simulen las que transmitirán
las estructuras.
3.9.2. Instrumentación a utilizar para la medición de desplazamiento
El instrumento de medición que se utilizó para medir el desplazamiento de los
micropilotes es un micrómetro digital de marca Mitutoyo, modelo ID-S1012X, con
capacidad de 10mm y con una precisión de 0.01mm. El micrómetro se colocó al
51
centro de los micropilotes en la parte superficial como se muestra en la Figura 12a,
esto para que el punto de referencia sea el mismo.
La función principal del modelo es poder medir asentamientos verticales en el punto
del micropilote, esto para comparar los resultados del micropilote de concreto
reforzado con los de acero.
Fotografía 14a. Vista del micrómetro utilizado para la medición de deformación del suelos..
52
CAPITULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIONES
4.1. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS
4.1.1. ESTRATIGRAFÍA
La estratigrafía en general la componen los siguientes estratos que se describen a
continuación y en la Figura 9, 10 y 11 se muestra la estratigrafía.
Arena mal graduada. Como único estrato hasta una profundidad de 2.00 m, se
tiene arena mal graduada, color café claro, de compacidad suelta, clasificado según
Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) como SP y presenta los
siguientes valores promedio de sus características físicas: humedad natural 5.7%,
límite liquido de 8.7%, límite plástico 5.7%, índice plástico 3.0%, contracción lineal
0.3%, gravas 0.0%, arenas 96.0% y finos 4.0%, clasificado para fines de corte
constructivos según la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) como
tipo A.
Éste estrato se encuentra en los tres sondeos de exploración PCA-1, PCA-2 y PCA3, no se encontró el Nivel de Aguas Freáticas.
53
RESULTADOS DE ENSAYES DE LABORATORIO
REP . GRÁ FICA
PCA-1
SUCS
w %
LL %
LP %
IP %
CL%
G%
A%
F%
CLASIF.
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PROFUNDIDAD EN cm
110
SP
ARENA MAL GRADUADA, COLOR CAFÉ CLARO, DE COMPACIDAD SUELTA.
5.2
9.4
6.3
3.1
0.5
0.0
95.3
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
Máxima profundidad de exploración directa = 2.00 m
SUCS =
w =
LL =
LP =
IP =
CL =
G=
A=
F=
CLASIF. =
SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS
CONTENIDO DE AGUA
LÍMITE LÍQUIDO
LÍMITE PLÁSTICO
ÍNDICE PLÁSTICO
CONTRACCIÓN LINEAL
GRAVAS, MATERIAL ENTRE 7.6 cm y 4.75 mm
ARENAS, MATERIAL ENTRE 4.75 mm y 0.075 mm
FINOS, MATERIAL MENOR QUE 0.075 mm (LIMOS y /o ARCILLAS)
CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL PARA FINES DE CORTE (A, B, C)
Figura 9. Perfil estratigráfico del sondeo de exploración PCA-1
54
4.7
A
RESULTADOS DE ENSAYES DE LABORATORIO
REP . GRÁ FICA
PCA-2
SUCS
w %
LL %
LP %
IP %
CL%
G%
A%
F%
CLASIF.
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PROFUNDIDAD EN cm
110
SP
ARENA MAL GRADUADA, COLOR CAFÉ CLARO, DE COMPACIDAD SUELTA.
6.0
8.3
4.9
3.4
0.3
0.0
96.7
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
Máxima profundidad de exploración directa = 2.00 m
SUCS =
w =
LL =
LP =
IP =
CL =
G=
A=
F=
CLASIF. =
SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS
CONTENIDO DE AGUA
LÍMITE LÍQUIDO
LÍMITE PLÁSTICO
ÍNDICE PLÁSTICO
CONTRACCIÓN LINEAL
GRAVAS, MATERIAL ENTRE 7.6 cm y 4.75 mm
ARENAS, MATERIAL ENTRE 4.75 mm y 0.075 mm
FINOS, MATERIAL MENOR QUE 0.075 mm (LIMOS y /o ARCILLAS)
CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL PARA FINES DE CORTE (A, B, C)
Figura 10. Perfil estratigráfico del sondeo de exploración PCA-2
55
3.3
A
RESULTADOS DE ENSAYES DE LABORATORIO
REP . GRÁ FICA
PCA-3
SUCS
w %
LL %
LP %
IP %
CL%
G%
A%
F%
CLASIF.
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PROFUNDIDAD EN cm
110
SP
ARENA MAL GRADUADA, COLOR CAFÉ CLARO, DE COMPACIDAD SUELTA.
5.8
8.5
6.0
2.5
0.2
0.0
95.9
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
Máxima profundidad de exploración directa = 2.00 m
SUCS =
w =
LL =
LP =
IP =
CL =
G=
A=
F=
CLASIF. =
SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS
CONTENIDO DE AGUA
LÍMITE LÍQUIDO
LÍMITE PLÁSTICO
ÍNDICE PLÁSTICO
CONTRACCIÓN LINEAL
GRAVAS, MATERIAL ENTRE 7.6 cm y 4.75 mm
ARENAS, MATERIAL ENTRE 4.75 mm y 0.075 mm
FINOS, MATERIAL MENOR QUE 0.075 mm (LIMOS y /o ARCILLAS)
CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL PARA FINES DE CORTE (A, B, C)
Figura 11. Perfil estratigráfico del sondeo de exploración PCA-3
56
4.1
A
4.1.2. ENSAYE DE RESISTENCIA AL CORTE DIRECTO
Para determinar la capacidad de carga se realizó un ensaye de corte directo y se
obtuvieron los siguientes resultados: cohesión de 0.0716 kg/cm2, ángulo de fricción
interna de 22.60°, peso volumétrico del suelo 1.664 t/m3. En el anexo 1 viene la
memoria de cálculo del ensaye.
4.1.3. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA DEL TERRENO
Para determinar la capacidad de carga del se tomó la ecuación que recomienda el
reglamento de construcción del Distrito Federal, para ello se consideró el suelo
como comportamiento friccionante (se tiene un promedio de 96.0% de arenas) y se
determinó un ángulo de fricción interna de 22.60°, según los ensayes de corte
directo realizados, mismo que sirvió obtener la capacidad de carga del terreno,
mediante la siguiente expresión:
𝑞𝑎𝑑 = (ᵧ𝐷𝑓 (𝑁𝑞 − 1) + (0.50)(ᵧ𝐵𝑁ᵞ )) 𝐹𝑅 + 𝐷𝑓
donde:
ᵞ = Peso volumétrico del suelo
Df = Profundidad de desplante del cimiento
Nq y Nᵧ = Coeficientes de capacidad de carga
B = Ancho del cimiento considerado
FR = factor de reducción
Sustituyendo valores, se tiene una capacidad de carga admisible de 11.38 t/m2. En
el Anexo 2 se muestra la memoria de cálculo correspondiente. La capacidad de
carga varía con la profundidad de desplante. Para cumplir con la revisión de los
57
estados límite de falla de la cimentación, de acuerdo con el Reglamento de
Construcción para el Distrito Federal.
4.1.4. ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS ELÁSTICOS
Al actuar las cargas impuestas por la estructura proyectada, se tendrán en el
subsuelo asentamientos del tipo elástico, los cuales se verificarán durante la
construcción. Para evaluarlos se utilizó la expresión de Steinbrenner, los módulos
de elasticidad (1540 t/m2) y de Poisson (0.30) fueron correlacionados de las
recomendaciones del Manual de Diseño de obras civiles de la Comisión Federal de
Electricidad, Tomo B.2.4.
𝑆=
𝑞∗𝐵(1−𝜐2 )𝐼𝑤
𝐸
(11)
donde:
S
=
asentamiento, en m.
q
=
Presión de contacto, en t/m2.
B
=
ancho del cimiento, en m.
E
=
Módulo de elasticidad del suelo, t/m2.
υ
=
Módulo de Poisson del suelo, adimensional.
Iw
=
factor de influencia, en función de la relación L/B
L
=
largo de la cimentación, en m.
Asumiendo que la presión de contacto será la suma de la carga muerta más la carga
viva máxima, entre el área del cimiento, y considerando además cimiento rígido, se
tiene un asentamiento de 0.39 cm aplicando la totalidad de la capacidad carga
admisible aplicada de 11.38 t/m2.
58
4.1.5. MODULO DE REACCIÓN DEL SUELO, ks
Para el cálculo del Módulo de reacción del subsuelo (ks), se utilizó la expresión
recomendada del texto de (Joseph E. 1995), y es como sigue:
𝐾𝑠 = 40 ∗ (𝐹𝑆) ∗ (𝑄𝑎𝑑𝑚)
(12)
donde:
Ks
=
Módulo de reacción del subsuelo, en kg/cm3
FS
=
Factor se seguridad, 3
Qadm =
Presión de contacto, t/m2.
Sustituyendo valores se obtiene un valor del módulo de reacción de 1.40 kg/cm 3,
aplicando la totalidad de la capacidad de carga admisible del suelo de 11.45 t/m 2.
4.1.6. PROFUNDIDAD DE DESPLANTE
La profundidad de desplante mínima es de 1.0 m. Se sugiere compactar mediante
procedimientos de vibro compactaciones en la zona de desplante y colocar material
inerte para efectos de nivelación, en este caso, se puede utilizar el material de arena
que se encuentra en el predio.
4.1.7. CAPACIDAD DE CARGA RECOMENDABLE
Por los análisis realizados de capacidad de carga del terreno se recomienda una
capacidad de carga de 11.45 t/m2. Este valor extraído en función de los resultados
de ensayes de corte directo y el criterio de suelo de comportamiento friccionante
aplicando la fórmula del Reglamento de Construcción del Distrito Federal.
4.1.8. CIMENTACIÓN RECOMENDABLE
La cimentación adecuada es de tipo combinada a base de zapatas corridas con
contratrabes y micropilotes para disminuir los asentamientos por efectos de
licuaciones de arenas generados por efectos sísmicos y vibratorios. También se
59
puede implementar losa de cimentación sobre un terreno mejorado de espesor de
0.80 m. El terreno de desplante será uniformizado previamente mediante el proceso
de compactación vibratorio alcanzando un grado de compactación como mínimo el
100% de su Peso Volumétrico Seco Máximo (PVSM) y a la humedad óptima del
ensaye AASHTO Estándar (Norma SCT Folio M MMP 1 09 06). En el fondo de la
cepa será mejorada mediante un proceso de compactación como indicado en la
parte superior.
4.1.9. RELLENOS
Para los rellenos en general se empleará arena limosa (tepetate), de índice plástico
menor que 10% y 25% máximo de material que pasa la malla No. 200. Se
compactará al 95% de su Peso Volumétrico Seco Máximo (PVSM) del ensaye
AASHTO Estándar. También se puede utilizar el material de arena que se encuentra
en el sitio de estudio compactado con procesos de vibro compactación.
4.1.10.
EXCAVACIONES
Los estratos analizados hasta la profundidad de desplante recomendada presentan
inestabilidad en las paredes (observado al momento de realizar el PCA), por lo que
se recomienda realizar las excavaciones a razón de talud 2H: 1V (H: Horizontal;
V=Vertical) y no deberán estar expuestas por mucho tiempo para evitar que la
sequedad origine cambios en el suelo de desplante.
4.1.11.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
Excavación del subsuelo. Se excavará el subsuelo en una sola etapa hasta la
profundidad de desplante seleccionada. Esta excavación deberá permanecer
abierta el menor tiempo posible, con objeto de evitar alteraciones del suelo de apoyo
e inestabilidad de sus paredes.
60
Compactación del terreno de desplante. - Una vez elegida la profundidad de
desplante definitiva, se deberá corroborar que el suelo de desplante este a la
humedad óptima y compactada al 100±2% del Peso Volumétrico Seco Máximo
(PVSM) del ensaye AASHTO Estándar. Esta compactación se realizará con rodillos
lisos vibratorios.
Colocación del armado. Una vez, compactado y colocado la pantalla impermeable,
colocar una plantilla de concreto simple de f’c=100 kg/cm2, de espesor de 5 cm, y
finalmente colocar los armados respectivos.
4.1.12.
RESULTADO DEL ENSAYE DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
DEL CONCRETO
En la Tabla 4 se muestran los resultados obtenidos de la prueba de resistencia a la
compresión del concreto a los 7, 14 y 28 días, dando una resistencia máxima de
202.02 kg/cm2.
Tabla 4. Resultados de la resistencia a la compresión del concreto.
NO.
CILINDRO
FECHA
COLADO
ENSAYE
EDAD
DIAM.
AREA
CARGA
RESIST.
RESIST.
DIAS
CM
CM2
KG
KG/CM2
%
1
06/10/2017 13/10/2017
7
15.00
176.72
22100
125.06
62.53
2
06/10/2017 21/10/2017
14
15.00
176.72
31700
179.38
89.69
3
06/10/2017 04/11/2017
28
15.00
176.72
35700
202.02
101.01
61
4.2. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE SOCAVACIÓN EÓLICA
Después del monitoreo del suelo removido de la cimentación del prototipo en la
primera fase se obtuvieron los siguientes resultados, donde además se calculan
los valores de movilización de las partículas (rodadura, saltación y suspensión)
como se muestra en la Gráfica 1, donde se observa que el comportamiento a
medida que el tiempo transcurre se logra apreciar en forma lineal ascendente el
fenómeno de erosión eólica, cuya tendencia lineal es de 0.9994.
Material desalojado, g
Socavación éolica a 16 km/h
180
Total de material
160
Rodadura
140
Saltación
120
Suspención
100
R² = 0.9994
80
60
40
R² = 0.9994
20
R² = 0.9994
0
0
50
100
150
200
Tiempo, min
Grafica 1. Material desalojado en los tres movimientos de partículas a una velocidad de 16
km/h.
En la segunda fase, también se encuentran los valores de movilización de las
partículas (rodadura, saltación y suspensión) como se muestra en la gráfica 2,
donde se verifica que el fenómeno a medida que el tiempo transcurre, se logra
observar un comportamiento no lineal, en el total del material y en el movimiento de
rodadura, mientras que en los movimientos de saltación y suspensión se logra
apreciar un movimiento lineal ascendente.
62
Socavación éolica a 34 km/h
1200
Total de material
Rodadura
Material desalojado, g
1000
Saltación
800
Suspención
R² = 0.9457
600
400
R² = 0.97
200
R² = 0.97
0
0
50
Tiempo, min
100
Grafica 2. Material desalojado en los tres movimientos de partículas a una velocidad de 34
km/h.
En su última fase se encuentran los valores de movilización de las partículas
(rodadura, saltación y suspensión) como se muestra en la gráfica 3, donde se
muestra que a una velocidad mayor el fenómeno es visible que a una velocidad
menor, y su comportamiento corresponde a una forma lineal ascendente.
Socavación éolica a 64 km/h
2000
Total de material
Material desalojado, g
Rodadura
Saltación
1500
Suspención
1000
500
0
2
4
6
Tiempo, min
8
10
Grafica 3. Material desalojado en los tres movimientos de partículas a una velocidad de 64
km/h
63
4.3. RESULTADOS DE LOS ASENTAMIENTOS EN LOS MICROPILOTES DE
ACERO Y CONCRETO REFORZADO
4.3.1. Deformación unitaria en los micropilotes por carga aplicada y acumuladas en
el tiempo
Se
analizaron
las
cargas
representativas
del
sistema
de
deformación
correspondiente a una carga de 100 hasta llegar a una carga de 1000 kg, las cuales
representan la carga de inicio y la carga final del experimento, de éstas cargas las
más representativas son la carga de inicio (100kg) y la carga de 800 kg, debido a
que registraron comportamientos variables, dando los siguientes resultados.
Análisis de resultados de deformación con carga de 100 kg.
Las lecturas de la Tabla 5 muestran las deformaciones con la aplicación de 100 kg,
por lo que, en la Gráfica 4 se muestran las deformaciones Unitarias, teniendo como
valor máximo de 0.47 mm en el micropilote de acero (MDA) mientras en el
micropilote de concreto (MDC) se tiene una deformación máxima de 0.18 mm. Se
muestra el monitoreo de 8 horas, ya que a partir de esas horas de carga el sistema
se estabilizo y no se registraron deformaciones. En las Grafica 5 se muestran las
trayectorias de las deformaciones acumuladas, mostrando una integración de los
datos obtenidos a modelos logarítmicas con R2 de 0.98 para MDA y de 0.97 MDC.
En cuanto a la comparación de la desviación estándar de los dos sistemas
analizados se tiene para MDA de 0.16 y para MDC de 0.06 (Tabla 6).
Tabla 5. Resultados de las deformaciones con una carga de 100kg.
CARGA DE 100 kg
MICROPILOTE DE ACERO (MDA)
TIEMPO
MICROPILOTE DE CONCRETO REFORZADO (MDC)
DEF. UNITARIA, DEF. ACOMULADA,
TIEMPO
DEF.
DEF. ACOMULADA,
(Hrs)
mm
mm
(Hrs)
UNITARIA, mm
mm
1
0.00
0.00
1
0.00
0.00
2
0.21
0.21
2
0.05
0.05
3
0.24
0.45
3
0.09
0.14
4
0.36
0.81
4
0.11
0.25
5
0.39
1.20
5
0.14
0.39
64
6
0.45
1.65
6
0.16
0.55
7
0.47
2.12
7
0.18
0.73
8
0.47
2.59
8
0.17
0.90
Tabla 6. Tabla comparativa de resultados de desviación estándar de deformaciones de
micropilotes para carga de 100kg.
TIPOS DE MICROPILOTES
(MDA)
(MDC)
0.00
0.00
0.47
0.18
0.164
0.063
Valor
mínimo
valor
máximo
desviación
estándar
Deformaciones unitarias de 100 kg
ACERO
Deformación Unitaria, mm
0.60
CONCRETO
0.50
0.40
y = 0.2313ln(x) + 0.0172
R² = 0.9791
0.30
y = 0.0892ln(x) - 0.0057
R² = 0.985
0.20
0.10
0.00
0
2
4
Tiempo, h
6
8
10
Grafica 4. Resultados de deformación unitaria con carga de 100 kg.
65
Deformaciones acululadas de 100 kg
Deformación Acumulada, mm
3.00
ACERO
CONCRETO
2.50
2.00
y = 0.377x - 0.5679
R² = 0.9827
1.50
y = 0.1318x - 0.2168
R² = 0.9731
1.00
0.50
0.00
-0.50
0
2
4
6
8
10
Tiempo, h
Grafica 5. Resultados de deformaciones acumuladas con carga de 100 kg.
Análisis de resultados de deformación con carga de 800 kg.
Para la carga de 800 kg, se obtuvo un proceso de incremento en los asentamientos
en los dos micropilotes, en la Tabla 7 se muestran sus asentamientos monitoreadas,
teniendo como valor máximo de 0.67 mm en el MDC y para MDA se tiene una
deformación máxima de 0.44 mm. En la Gráfica 6 se muestran las deformaciones
unitarias para los micropilotes donde se ajustan a un modelo de tipo logarítmico con
un R2 = 0.75 para el MDA y para el MDC con un R2= 0.91. En la Gráfica 7 los datos
que muestran las trayectorias de las deformaciones acumuladas, mostrando su
integración de los datos monitoreados en los modelos de tipo lineales con R2= 0.96
para el MDA y de 0.94. En la Tabla 8 se muestra la comparación de la desviación
estándar de los modelos físicos analizados, se tuvo para el MDA de 0.0382 y para
el MDC de 0.0550. por lo que se concluye, que se tiene una mayor eficiencia en
esta carga para el MDA teniendo menor deformación (0.09 mm en comparación de
MDC de 0.16 mm) y menor desviación estándar.
66
Tabla 7. Resultados de las deformaciones con una carga de 800 kg.
CARGA DE 800 kg
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
(Hrs)
DEF.
UNITARIA,
mm
MICROPILOTE DE CONCRETO REFORZADO
DEF.
TIEMPO
ACOMULADA, mm
(Hrs)
DEF.
UNITARIA,
mm
DEF.
ACOMULADA, mm
1
0.00
0.00
1
0.00
0.00
2
0.01
0.01
2
0.04
0.04
3
0.02
0.03
3
0.05
0.09
4
0.09
0.12
4
0.06
0.15
5
0.08
0.20
5
0.10
0.25
6
0.09
0.29
6
0.12
0.37
7
0.07
0.36
7
0.14
0.51
8
0.08
0.44
8
0.16
0.67
Carga 800 kg
ACERO
Deformación Unitaria, mm
0.18
CONCRETO
0.16
0.14
0.12
0.1
y = 0.0471ln(x) - 0.0074
R² = 0.7521
0.08
0.06
y = 0.0747ln(x) - 0.0153
R² = 0.9127
0.04
0.02
0
0
2
4
Tiempo, h
6
8
10
Grafica 6. Deformación unitaria para los micropilotes en una carga de 800 kg.
67
Carga 800 kg
Deformación Acumulñada, mm
0.8
0.7
0.6
ACERO
CONCRETO
y = 0.095x - 0.1675
R² = 0.9481
y = 0.0677x - 0.1236
R² = 0.9641
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1 0
2
-0.2
4
6
8
10
Tiempo, h
Grafica 7. Resultados de deformaciones acumuladas con carga de 800kg.
Tabla 8. Tabla comparativa de resultados de desviación estándar de deformaciones de
micropilotes para carga de 800kg.
TIPOS DE MICROPILOTES
Valor
mínimo
valor
máximo
desviación
estándar
(MDA)
(MDC)
0.00
0.00
0.09
0.16
0.038
0.055
68
4.3.2. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS MÁXIMOS
ACUMULADOS
De los sistemas analizados, durante el monitoreo en la aplicación de la carga al
MDA y MDC con la misma similitud de carga, se obtuvieron las siguientes
deformaciones para carga acumulada de 1000 kg, obteniendo un asentamiento total
de 10.45 mm para MDA y de 5.65 mm para MDC (Tabla 9), en la Gráfica 8 se
muestran las trayectorias de los asentamientos para cada carga aplicada teniendo
una R2 de 0.97 para modelo lineal en MDA y de 0.90 para modelo exponencial de
MDC. Lo cual, por el tipo de material de cada micropilote define el comportamiento
matemático, donde, la superficie lisa del acero y las deformaciones se integran a
modelos lineales y en su caso para los de concreto para modelos exponenciales,
según los resultados obtenidos.
Tabla 9. Resultados de las deformaciones máximas acumuladas
DEF. ACUM.
DEF. ACUM.
POR CARGA
POR CARGA
MDA (mm)
MDC (mm)
100
2.59
0.90
200
3.41
2.01
300
4.62
2.10
400
5.77
2.16
500
6.81
2.33
600
7.61
3.03
700
8.07
3.52
800
8.51
4.19
900
8.93
4.85
1000
10.45
5.65
CARGA, kg
69
Deformacion acumuladas
DEFORMACION EN MM
12.00
y = 0.0083x + 2.126
R² = 0.9751
10.00
MDA
8.00
MDC
6.00
4.00
y = 0.0047x + 0.4787
R² = 0.9453
2.00
0.00
0
200
400
600
800
1000
CARGAS EN KG
Grafica 8. Resultados de deformaciones máximas acumuladas
70
CAPITULO 5. CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos de la experimentación son aceptables para prevenir
problemas de asentamientos en las obras de ingeniería, el colapso que presentan
actualmente las bardas perimetrales portuarias son contrarrestados implementando
cimentaciones de tipo combinada, esto es zapatas corridas y micropilotes, ya que
sirven de anclaje para soportar las fuerzas del viento, cargas horizontales debido al
acumulamiento de arena eólica, además se demostró que los asentamientos que
presentan los micropilotes de acero (MDA) y los micropilotes de concreto (MDC),
bajo cargas máximas de 1 tonelada, pueden ser despreciables, ya que el
asentamiento máximo que se registró es de apenas 1 cm para el MDA y de 0.5 cm
para el MDC, tomando en cuenta que los asentamientos máximos permisibles de
una obra civil pueden ser como máximo 2.5 cm.
El MDC resultó ser la mejor opción tomando en cuenta las deformaciones
mencionadas, se registraron menos deformaciones con el micropilote de concreto
reforzado en comparación al micropilote de acero, además en cuanto al proceso
constructivo es más eficiente trabajar con un pilote hecho in situ de concreto
reforzado ya que se amolda a cualquier terreno , y para un micropilote de acero
puede ser difícil el hincado en terrenos de suelos friccionantes de grano grueso.
La eficiencia de los MDA y MDC fueron documentados en función de las
deformaciones monitoreadas ante carga aplicadas y de los datos estadísticos de la
desviación estándar.
Se comprobó la eficiencia total de los micropilotes extrayendo las SD
obtenidas de cada carga, teniendo para MDC un SD de 0.0473 y para el MDA un
SD de 0.2235, lo cual nos dice que hay una mayor eficiencia para el MDC.
Los asentamientos obtenidos con la aplicación de carga cercana a la Qadm de cada
micropilote, teniendo una deformación para MDA de 2.59 mm y en el caso de MDC
de 2.10 mm, se tiene mayor eficiencia en los de concreto y mayor capacidad de
carga y menor deformaciones.
71
CAPITULO 6. RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS
En la zona conurbada del Puerto de Veracruz y alrededores existen varios
problemas debido a su tipo de suelo (arenas eólicas), por lo que se recomienda
hacer más investigación en distintos puntos de la ciudad para ubicar las zonas con
posibles riesgos de daños estructurales en obras civiles y así tomar las medidas
preventivas antes de iniciar una construcción o medidas de restauración para las
obras ya dañadas.
Es importante realizar trabajos de experimentación en micropilotes de mayor
profundidad y diferente diámetro, ya que cabe la posibilidad de optimizar los
resultados de una forma eficiente que pueden impactar en ahorros económicos.
Los suelos arenosos de compacidad suelta no son los únicos suelos con éste
tipo de problema (asentamientos), existen suelos cohesivos donde se puede
implementar soluciones de cimentación a base de micropilotes, por lo que se espera
que se realice investigación en diferentes lugares donde se encuentren diferentes
condiciones.
Se recomienda extender la investigación para micropilotes de mayor longitud y otras
compacidades del suelo.
Particularmente para la zona portuaria de Veracruz se recomiendan los micropilotes
de concreto, ya que resisten mayores cargas y generan menores deformaciones.
Se recomienda extender la investigación para micropilotes de mayor longitud y otras
compacidades del suelo.
72
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75
ANEXOS
ANEXO 1: ENSAYE DE RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE POR
MEDIO DEL ENSAYE DE CORTE DIRECTO
Ensaye de Corte Directo
SONDEO : PCA-1
PROFUNDIDAD: 1.10 M
Datos de corte
Prueba
sn
t
No.
1
2
3
kg/cm2
kg/cm2
0.081
0.162
0.327
0.102
0.144
0.206
PESO VOLUMÉTRICO DEL SUELO =
1.664
t/m3
Esfuerzo cortante, t (kg/cm 2)
0.30
0.20
y = 0.4162x + 0.0716
R² = 0.993
0.10
0.00
0.00
Esfuerzo normal, sn (kg/cm 2)
C (kg/cm2)=
Pendiente=
f (°) =
0.0716
0.4162
22.60
76
ANEXO 2: MEMORIA DE CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA
ADMISIBLE DEL SUELO
CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES SOMERAS DESPLANTADAS SOBRE SUELOS FRICCIONANTES
METODO DEL REGLAMENTO DE CONSTRUCCION PARA EL DISTRITO FEDERAL
EL ESTRATO DE ARENAS (SP), SE CONSIDERARA COMO UN MATERIAL DE COMPORTAMIENTO FRICCIONANTE DE
COMPACIDAD MEDIA. CON ESTA CONSIDERACIÓN SE ESTABLECE QUE EL ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA f ES DE
22.60º SEGÚN EL ENSAYE DE CORTE DIRECTO REALIZADO, ANEXO 1.
SE CONSIDERA QUE EL MATERIAL GRANULAR TIENE UNA COMPACIDAD MEDIA A DENSA, CON UNA COMPACIDAD
RELATIVA MENOR A 70%, DONDE f ESTARÁ DEFINIDO POR "ANG TAN (a TAN f)" CON a = 0.67
PROFUNDIDAD DE DESPLANTE
Df =
1.0
PESO VOLUMÉTRICO
COHESIÓN
ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA
gm =
C =
f =
1.664
0
22.60
m
TON/M3
TON/M2
GRADOS
1
22.6
|
qad = (g Df (Nq - 1) + (0.50) (g B Ng) ) FR + g Df
Nq =
e (p Tan f ) (Tan2(45+f/2) (1 + B/L Tanf)
N g = 2 ( Nq +1) Tanf (1 - 0.40 B/L)
g=
Df =
Nq =
B=
Ng =
FR =
f=
Df
Peso Volumétrico del suelo por encima del nivel de desplante (Se considera igual al P.V. por abajo del desplante)
Profundidad de desplante del cimiento
Coeficiente de capacidad de carga
Ancho del cimiento considerado
Coeficiente de capacidad de carga
Factor de reducción
Ángulo de fricción interna reducido
B
L
f
(m)
(m)
(m)
(º)
1.2
1.00
1.00
22.60
Nq
Ng
g
FR
3
(Ton/m2)
(Ton/m )
11.77
77
6.38
1.66
qadm
0.35
11.38
ANEXO 3 ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS ELÁSTICOS
ASENTAMIENTOS ELASTICOS
S = q * B ( 1 - u2) * Iw / E
Donde:
S
q
B
u
Iw
E
0.300
1540
Asentamiento, en m.
Presión de contacto, en ton/m 2.
Ancho del cimiento, en m.
Relación de Poisson.
Factor de forma.
Módulo de elasticidad, en ton/m 2.
Iw1 =
0.55135 Ln ( L/B ) + 0.82348
Iw2 =
0.01444 ( L/B ) + 1.95556
B
m
q ad
ton/m2
q
ton/m2
u
Iw
E
ton/m2
S
cm
1.0
11.38
8.13
0.30
0.82
1540.00
0.39
78
ANEXO 4: PRUEBA PROCTOR ESTANDAR PARA EL CÁLCULO DE
P.V.S.M.
(Norm a M M M P 1 09/ 03)
M ATERIAL RELLENO
Caracteristicas
Número de molde
Altura del molde, cm
Diámetro del molde, cm
Número de capas
Número de golpes por capa
Peso del pisón, g
Altura de caída, cm
Volúmen, cm3
Peso molde + suelo húmedo, g
Peso del molde, g
Peso del suelo húmedo, g, W m
Peso específico humedo, kg/m 3, gm = W m / V
Peso específico seco, kg/m 3
Peso Especifico Seco, kg/m 3
Número de capsula
Peso de la capsula, g
Peso capsula + suelo humedo, g
Peso de suelo humedo, g
Peso capsula + suelo seco, g
Peso del suelo seco, g
Contenido de agua, %
Ensayes
3
4
2
2
11.43
11.43
10.2
10.2
3
3
25
25
2490
2490
30.5
30.5
933.98
933.98
3742.28
3750
2000
2000
1742.28
1750
1
2
11.43
10.2
3
25
2490
30.5
933.98
3672
2000
1672
2
2
11.43
10.2
3
25
2490
30.5
933.98
3710
2000
1710
1790
1831
1865
1874
1865
1696
12
60
319
259
305.40
245.40
5.5
1722
12
60
354
294
336.50
276.50
6.3
1741
12
60
380
320
358.60
298.60
7.2
1730
12
60
286
226
268.70
208.70
8.3
1703
12
60
300
240
279.20
219.20
9.5
1745
1740
1735
1730
1725
1720
1715
1710
1705
1700
1695
1690
5
2
11.43
10.2
3
25
2490
30.5
933.98
3742
2000
1742
OBSERVACIONES: Peso
Especifico Seco Máximo
(PVSM)= 1741 Kg/m3.
Humedad óptima = 7.2%
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
Contenido de agua, %
79
10.0
NORMA DE REFERENCIA:
M MMP 1 09/03
DE LA SECRETARÍA DE
COMUNICACIONES Y
TRANSPORTES (SCT)
ANEXO 5: PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN LA BASE DE LA
CIMENTACIÓN
I. GENERALES:
1.- LA COMPACTACIÓN ESPECIFICADA EN EL PROYECTO ES DEL 95% (ARENA CAFÉ)
2.- LAS CALAS CORRESPONDEN A LA CAPA DE DESPLANTE DE CIMENTACIÓN.
II. RESULTADOS:
Peso Específico[ kg/m 3]
Humedad [%]
Compactación [%]
Esp de la capa
CALA
Máxim o
Obra
Máxim o
Obra
Por esp.
Obra
cm
1
2
3
4
5
1741
1741
1741
1741
1741
1659
1690
1617
1642
1700
7.20
7.20
7.20
7.20
7.20
6.50
6.10
5.30
7.50
7.30
95
95
95
95
95
95
97
93
94
98
20
20
20
20
20
IV. OBSERVACIONES:
El valor máximo se determinó en el laboratorio con el ensaye AASHTO MODIFICADO ( NORMA DE
REFERENCIA: M MMP 1 09/03 DE LA SECRETARÍA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES SCT ),
donde tenemos un PVSM de 1741 kg/m3, y una humedad óptima de 7.2%, LaS compactaciones
son aceptable tomando de referencia el grado de compactación especificado en el proyecto,
80
ANEXO 6: TABLAS Y GRÁFICAS DE DEFORMACIONES DE CADA CARGA
APLICADA EN EL TIEMPO
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
CARGA DE 100 KG
CARGA DE 100 kg
MICROPILOTE DE ACERO (MDA)
MICROPILOTE DE CONCRETO REFORZADO
(MDC)
TIEMPO
DEF.
DEF.
TIEMPO
DEF.
DEF.
(H)
UNITARIA
ACOMULADA
(H)
UNITARIA
ACOMULADA
1
0.00
0.00
1
0.00
0.00
2
0.21
0.21
2
0.05
0.05
3
0.24
0.45
3
0.09
0.14
4
0.36
0.81
4
0.11
0.25
5
0.39
1.20
5
0.14
0.39
6
0.45
1.65
6
0.16
0.55
7
0.47
2.12
7
0.18
0.73
8
0.47
2.59
8
0.17
0.90
81
Carga 100 kg
ACERO
Deformación Unitaria, mm
0.60
CONCRETO
0.50
0.40
y = 0.2313ln(x) + 0.0172
R² = 0.9791
0.30
y = 0.0892ln(x) - 0.0057
R² = 0.985
0.20
0.10
0.00
0
2
4
Tiempo, h
6
8
10
Carga 100 kg
Deformación Acumulada, mm
3.00
ACERO
CONCRETO
2.50
2.00
y = 0.377x - 0.5679
R² = 0.9827
1.50
y = 0.1318x - 0.2168
R² = 0.9731
1.00
0.50
0.00
-0.50
0
2
4
6
Tiempo, h
82
8
10
1.
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
1.1 CARGA DE 200 KG
CARGA DE 200 kg
MDA
TIEMPO
MDC
DEF.
DEF.
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
0.06
0.06
2
0.01
0.01
3
0.09
0.15
3
0.01
0.02
4
0.08
0.23
4
0.18
0.2
5
0.08
0.31
5
0.23
0.43
6
0.12
0.43
6
0.23
0.66
7
0.16
0.59
7
0.23
0.89
8
0.23
0.82
8
0.22
1.11
(H)
TIEMPO
(H)
Carga 200 kg
ACERO
Deformación Unitaria, mm
0.3
CONCRETO
y = 0.1396ln(x) - 0.0463
R² = 0.7873
0.25
0.2
0.15
y = 0.086ln(x) - 0.0115
R² = 0.7677
0.1
0.05
0
0
2
4
Tiempo, h
83
6
8
10
Deformación Acumulñada, mm
Carga 200 kg
2.
1.2
ACERO
1
y = 0.1705x - 0.3521
R² = 0.9336
CONCRETO
y = 0.1108x - 0.175
R² = 0.9519
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2 0
2
4
-0.4
6
8
10
Tiempo, h
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
2.1 CARGA DE 300 KG
CARGA DE 300 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
(H)
DEF.
UNITARIA
DEF.
REFORZADO
TIEMPO
ACOMULADA (H)
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
0.17
0.17
2
0.4
0.4
3
0.18
0.35
3
0.4
0.8
4
0.18
0.53
4
0.4
1.2
5
0.15
0.68
5
0.41
1.61
6
0.14
0.82
6
0.41
2.02
7
0.18
1
7
0.42
2.44
8
0.21
1.21
8
0.43
2.87
84
Carga 300 kg
ACERO
Deformación Unitaria, mm
0.6
CONCRETO
y = 0.0694ln(x) + 0.0592
R² = 0.5697
0.5
y = 0.1654ln(x) + 0.1395
R² = 0.6405
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
2
4
Tiempo, h
6
Deformación Acumulñada, mm
Carga 300 kg
3.5
3
2.5
ACERO
CONCRETO
8
10
y = 0.409x - 0.4232
R² = 0.9998
y = 0.1688x - 0.1646
R² = 0.9982
2
1.5
1
0.5
0
-0.5 0
2
4
6
Tiempo, h
85
8
10
3.
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
3.1 CARGA DE 400 KG
CARGA DE 400 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
REFORZADO
DEF.
DEF.
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
1.93
1.93
2
0
0
3
1.88
3.81
3
0
0
4
1.88
5.69
4
0
0
5
1.88
7.57
5
0
0
6
1.89
9.46
6
0.02
0.02
7
1.96
11.42
7
0.02
0.04
8
2
13.42
8
0.02
0.06
(H)
TIEMPO
(H)
Carga 400 kg
ACERO
y = 0.7522ln(x) + 0.6804
R² = 0.6068
Deformación Unitaria, mm
2.5
2
CONCRETO y = 0.0106ln(x) - 0.0066
R² = 0.5216
1.5
1
0.5
0
0
2
4
Tiempo, h
86
6
8
10
Deformación Acumulñada, mm
Carga 400 kg
16
ACERO
y = 1.9074x - 1.9207
R² = 0.9999
14
12
CONCRETO
y = 0.0081x - 0.0214
R² = 0.7243
10
8
6
4
2
0
-2 0
2
4
6
8
10
Tiempo, h
4.
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
4.1 CARGA DE 500 KG
CARGA DE 500 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
(H)
DEF.
UNITARIA
DEF.
REFORZADO
TIEMPO
ACOMULADA (H)
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
0.07
0.07
2
0.02
0.02
3
0.07
0.14
3
0.03
0.05
4
0.17
0.31
4
0.03
0.08
5
0.18
0.49
5
0.02
0.1
6
0.18
0.67
6
0.01
0.11
7
0.19
0.86
7
0.03
0.14
8
0.18
1.04
8
0.03
0.17
87
Carga 500 kg
ACERO
Deformación Unitaria, mm
0.25
y = 0.0978ln(x) + 0.0004
R² = 0.9003
0.2
CONCRETO y = 0.0098ln(x) + 0.0083
R² = 0.3745
0.15
0.1
0.05
0
0
2
4
Tiempo, h
6
Deformación Acumulñada, mm
Carga 500 kg
1.2
ACERO
y = 0.1548x - 0.2489
R² = 0.9778
1
CONCRETO
8
10
y = 0.0237x - 0.0229
R² = 0.9909
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
0
2
4
6
Tiempo, h
88
8
10
5.
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
5.1 CARGA DE 600 KG
CARGA DE 600 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
REFORZADO
DEF.
DEF.
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
0
0
2
0.09
0.09
3
0
0
3
0.08
0.17
4
0
0
4
0.1
0.27
5
0
0
5
0.1
0.37
6
0
0
6
0.11
0.48
7
0
0
7
0.11
0.59
8
0
0
8
0.11
0.7
(H)
TIEMPO
(H)
Deformación Unitaria, mm
Carga 600 kg
0.14
ACERO
0.12
y=0
R² = #N/A
CONCRETO y = 0.0467ln(x) + 0.0256
R² = 0.7918
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
2
4
Tiempo, h
89
6
8
10
Deformación Acumulñada, mm
Carga 600 kg
0.8
ACERO
y=0
R² = #N/A
0.7
0.6
CONCRETO
y = 0.1004x - 0.1179
R² = 0.9972
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1 0
2
4
6
8
10
Tiempo, h
6.
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
6.1 CARGA DE 700 KG
CARGA DE 700 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
2
0.08
3
REFORZADO
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
0.08
2
0.02
0.02
0.08
0.16
3
0.03
0.05
4
0.07
0.23
4
0.1
0.15
5
0.07
0.3
5
0.09
0.24
6
0.06
0.36
6
0.08
0.32
7
0.05
0.41
7
0.08
0.4
8
0.05
0.46
8
0.09
0.49
(H)
TIEMPO
(H)
90
Carga 700 kg
ACERO
y = 0.015ln(x) + 0.0376
R² = 0.1647
Deformación Unitaria, mm
0.12
0.1
CONCRETO
y = 0.0482ln(x) - 0.0026
R² = 0.7821
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
2
4
Tiempo, h
6
8
10
Deformación Acumulñada, mm
Carga 700 kg
0.6
CONCRETO y = 0.0742x - 0.125
R² = 0.9753
ACERO
0.5
y = 0.066x - 0.0468
R² = 0.9918
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
0
2
4
6
Tiempo, h
91
8
10
7.
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
7.1 CARGA DE 800 KG
CARGA DE 800 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
REFORZADO
DEF.
DEF.
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
0.01
0.01
2
0.04
0.04
3
0.02
0.03
3
0.05
0.09
4
0.09
0.12
4
0.06
0.15
5
0.08
0.2
5
0.1
0.25
6
0.09
0.29
6
0.12
0.37
7
0.07
0.36
7
0.14
0.51
8
0.08
0.44
8
0.16
0.67
(H)
TIEMPO
(H)
Carga 800 kg
Deformación Unitaria, mm
CONCRETO y = 0.0747ln(x) - 0.0153
R² = 0.9127
ACERO
0.18
0.16
y = 0.0471ln(x) - 0.0074
R² = 0.7521
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
2
4
Tiempo, h
92
6
8
10
Deformación Acumulñada, mm
Carga 800 kg
8.
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1 0
-0.2
ACERO
CONCRETO
y = 0.095x - 0.1675
R² = 0.9481
y = 0.0677x - 0.1236
R² = 0.9641
2
4
6
8
10
Tiempo, h
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
8.1 CARGA DE 900 KG
CARGA DE 900 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
REFORZADO
DEF.
DEF.
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
0.1
0.1
2
0.03
0.03
3
0.1
0.2
3
0.1
0.13
4
0.09
0.29
4
0.1
0.23
5
0.08
0.37
5
0.11
0.34
6
0.02
0.39
6
0.11
0.45
7
0.01
0.4
7
0.11
0.56
8
0.02
0.42
8
0.1
0.66
(H)
TIEMPO
(H)
93
Deformación Unitaria, mm
Carga 900 kg
0.14
ACERO
0.12
y = -0.008ln(x) + 0.0629
R² = 0.016
CONCRETO y = 0.055ln(x) + 0.0096
R² = 0.8221
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
2
4
Tiempo, h
6
8
10
Deformación Acumulñada, mm
Carga 900 kg
0.7
0.6
0.5
ACERO
y = 0.0606x - 0.0014
R² = 0.9024
CONCRETO y = 0.0993x - 0.1468
R² = 0.9905
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1 0
2
4
6
Tiempo, h
94
8
10
9.
DEFORMACIONES UNITARIAS Y ACUMULADAS ANALIZADAS A TRAVES DEL TIEMPO
9.1 CARGA DE 100 KG
CARGA DE 1000 kg
MICROPILOTE DE CONCRETO
MICROPILOTE DE ACERO
TIEMPO
(H)
DEF.
REFORZADO
DEF.
UNITARIA
TIEMPO
ACOMULADA (H)
DEF.
DEF.
UNITARIA
ACOMULADA
1
0
0
1
0
0
2
0.17
0.17
2
-0.99
-0.99
3
0.18
0.35
3
1.15
0.16
4
0.25
0.6
4
1.27
1.43
5
0.24
0.84
5
1.56
2.99
6
0.23
1.07
6
1.57
4.56
7
0.23
1.3
7
1.6
6.16
8
0.22
1.52
8
1.62
7.78
Deformación Unitaria, mm
Carga 1000 kg
ACERO
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
CONCRETO y = 1.1061ln(x) - 0.4937
R² = 0.6587
y = 0.1013ln(x) + 0.0558
R² = 0.7588
0
2
4
Tiempo, h
95
6
8
10
Deformación Acumulñada, mm
Carga 1000 kg
10
CONCRETO y = 1.2496x - 2.8621
R² = 0.9335
ACERO
8
y = 0.2225x - 0.27
R² = 0.9975
6
4
2
0
-2
-4
0
2
4
6
Tiempo, h
96
8
10
ANEXO 7. RESULTADOS DE DEFORMACIONES MAXIMAS DE CADA
CARGA.
1.
DEFORMACIONES MÁXIMAS Y DESVIACIÓN ESTÁNDAR POR CADA CARGA APLICADA
1.1.
DEFORMACIONES Y DESVIACIÓN ESTÁNDAR
MDA
MDC
MDA
DEF.
DEF.
CARGA
MAXIMA
MAXIMA
SD
SD
DEFORMACION
100
0.47
0.18
0.1644
0.0632
MDC
MDC
200
0.23
0.23
0.069
0.1106
MDC - MDA
MDA
300
0.21
0.43
0.0647
0.1454
MDA
MDA
400
2
0.02
0.6793
0.0104
MDC
MDC
500
0.19
0.03
0.0725
0.0112
MDC
MDC
600
0
0.11
0
0.0369
MDA
MDA
700
0.08
0.1
0.026
0.0383
MDA
MDA
800
0.09
0.16
0.0381
0.055
MDA
MDA
900
0.1
0.11
0.0437
0.0428
MDA
MDC
1000
0.25
1.62
0.0817
0.9586
MDA
MDA
MEJOR
MEJOR
MDA
7
DEFORMACION
MDC
4
MDA
6
MDC
4
MEJOR SD
MDC
MEJOR
SD
POR DEFORMACION MAXIMA
POR DESVIACION ESTANDAR
97
Deformaciones maximas
DEFORMACION EN MM
0.50
0.40
0.30
MDA
0.20
MDC
0.10
0.00
0
200
400
600
800
1000
CARGAS EN KG
Desviacion Estandar
DESVIACIONES EN MM
2.5000
2.0000
1.5000
MDA
1.0000
MDC
0.5000
0.0000
0
200
400
600
CARGAS EN KG
98
800
1000
ANEXO 8.- DATOS PRINCIPALES DE “API”.
BARDAS PERIMETRALES LIMITANTES DEL TERRENO O LÍMITES COLINDANTES.
LONGITUD DEL PERIMETRO DEL “API” = 11.57 KILOMETROS.
 CORDENADAS DE INICIO DEL LIMITE DE COLINDANCIA DEL “API”
19° 12´ 54.13´´ NORTE
COORDENADAS GEOGRAFICAS
96° 04´ 46.00´´ 0ESTE
798327.73 ESTE
COORDENADAS UTM
2127058.92 NORTE
 CORDENADAS DEL FINAL DEL LIMITE DE COLINDANCIA DEL “API”
19° 13´ 14.44´´ NORTE
COORDENADAS GEOGRAFICAS
96° 13´ 12.18´´ OESTE
792292.34 ESTE
COORDENADAS UTM
2127581.45 NORTE
99
APÉNDICES
100
APENDICE 1. REGISTRO DE PROYECTO
101
APENDICE 2. CARTA DE CONVENIO CON INDUSTRIA
102
APENDICE 3. EVIDENCIA DE BECA
103
APENDICE 4. PUBLICACION DE ARTICULOS
AP
4.1 ANÁLISIS DE LA SOCAVACIÓN EÓLICA EN UN MODELO EXPERIMENTAL
104
105
106
107
108
109
110
AP
4.2 ANÁLISIS DE SOCAVACIONES PARA LA PROPUESTA ÓPTIMA DE CIMENTACIONES PARA OBRAS DE
INGENIERÍA DESPLANTADAS EN RÍO
111
112
113
114
115
116
117
AP
4.3 ALTERNATIVAS DE INGENIERÍA PARA LA FALLLA GEOLÓGICA DEL RÍO ATOYAC,
VERACRUZ
118
119
120
121
122
123
124
AP
4.4 UTILIZACIÓN DE DESECHOS URBANOS EN LA REALIZACIÓN DE CONCRETOS
ECOLÓGICOS
125
126
127
128
129
AP
4.5 ANÁLISIS DE CIMENTACIONES DE OBRAS DE INGENIERÍA EN SUELOS COLAPSABLES
130
131
132
133
APENDICE 5. IMPRESIÓN DEL CVU ACTUALIZADO
134
135
APENDICE 6. RESUMEN DE PRODUCTOS OBTENIDOS DURANTE LA MAESTRÍA.
AP
6.1 CONSTANCIA: “ANÁLISIS DE LA SOCAVACIÓN EÓLICA EN UN MODELO EXPERIMENTAL”
136
AP
6.2 CERTIFICADO: “ANÁLISIS DESOCAVACIONES PARA LA PROPUESTA ÓPTIMA DE
CIMENTACIONES PARA OBRAS DE INGENIERÍA DESPLANTADOS EN RÍOS”
137
AP 6.3 CERTIFICADO: “ANÁLISIS DE ASENTAMIENTOS DE OBRAS DE INGENIERÍA
CIMENTADOS A BASE DE PILOTES HINCADOS EN SUELOS ARENOSOS LICUABLES”
138