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7.69. Mecánica de Suelos Aplicada a Cimentaciones (Obligatorio)

7.69.1. Justificación ↑ Volver arriba

Mecánica de Suelos Aplicada a Cimentaciones es una electiva de especialización de la línea de Ingeniería Geotécnica, cursada después de Mecánica de Suelos II, en la cual los temas de diseño de cimentaciones y estabilidad de taludes introducidos allí a nivel de panorama general se revisan con mucha mayor profundidad. El curso se abre con la identificación y clasificación de suelos de cimentación -incluyendo suelos problemáticos como expansivos, colapsables y dispersivos, y rellenos de ingeniería- y los criterios de investigación de sitio requeridos por la Norma E.050 del RNE del Perú. Luego desarrolla técnicas de mejoramiento del terreno para suelos débiles o propensos a riesgos, extiende la teoría de capacidad portante a perfiles estratificados, terreno inclinado y carga sísmica, y profundiza el diseño de cimentaciones tanto superficiales como profundas, incluyendo ensayos de carga e integridad de pilotes. El curso cierra con el análisis de estabilidad estática y pseudo-estática (sísmica) de taludes. En conjunto, estos temas preparan a los estudiantes para caracterizar condiciones de cimentación difíciles y diseñar el rango completo de soluciones de cimentación que se encuentran en el ejercicio profesional de la geotecnia.

7.69.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Clasificar suelos de cimentación a partir de mapas geológicos y datos del subsuelo, e identificar suelos expansivos, colapsables, dispersivos y rellenos de ingeniería y sus implicancias para el diseño de cimentaciones.
2. Aplicar los criterios de la Norma E.050 del RNE del Perú para definir la clasificación de suelos de cimentación y los requisitos de investigación geotécnica.
3. Seleccionar y diseñar medidas de mejoramiento del terreno para suelos con capacidad portante o características de asentamiento inadecuadas.
4. Evaluar la susceptibilidad a la licuefacción de suelos de cimentación usando datos de investigación de campo.
5. Diseñar cimentaciones superficiales considerando la capacidad portante en suelos estratificados, terreno inclinado y condiciones de carga sísmica.
6. Diseñar cimentaciones profundas (pilotes) e interpretar resultados de ensayos de carga estáticos y dinámicos, y de ensayos de integridad.
7. Analizar la estabilidad estática y pseudo-estática (sísmica) de taludes y diseñar medidas de estabilización.

7.69.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

ABET-1) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas complejos de ingeniería aplicando principios de ingeniería, ciencias y matemáticas. (Usage)

ABET-2) Habilidad para aplicar el diseño en ingeniería y producir soluciones que satisfagan necesidades específicas considerando la salud pública, seguridad y bienestar, así como factores globales, culturales, sociales, ambientales y económicos. (Usage)

ABET-6) Habilidad para desarrollar y conducir experimentación apropiada, analizar e interpretar datos, y utilizar el criterio de ingeniería para obtener conclusiones. (Usage)

7.69.4. Contenido ↑ Volver arriba

7.69.4.1. Suelos Problemáticos y Clasificación de Suelos de Cimentación (17 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Coduto, 2001; Nelson and Miller, 1992; Ministerio de Vivienda, 2018)

Temas

1. Tipos de suelos de cimentación y caracterización del sitio a partir de planos geológicos y datos del subsuelo
2. Clasificación de suelos de cimentación y requisitos de investigación según la Norma E.050 del RNE
3. Identificación y mineralogía de suelos expansivos (suelos hinchables)
4. Ensayos de potencial de expansión y medidas de diseño de cimentación para suelos expansivos
5. Identificación y comportamiento de suelos colapsables (metaestables)
6. Identificación y tratamiento de suelos dispersivos
7. Especificación y control de calidad de rellenos de ingeniería para soporte de cimentaciones

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar suelos de cimentación utilizando planos geológicos y datos de investigación del subsuelo [Familiarizarse]
2. Aplicar los criterios de la Norma E.050 del RNE para clasificar suelos de cimentación y definir los requisitos de investigación [Evaluar]
3. Identificar suelos expansivos a partir de su mineralogía y datos de ensayos índice [Usar]
4. Diseñar cimentaciones para suelos expansivos con base en resultados de ensayos de potencial de expansión [Evaluar]
5. Reconocer el comportamiento de suelos colapsables y dispersivos a partir de indicadores de campo y laboratorio [Familiarizarse]
6. Especificar los requisitos de relleno de ingeniería para soporte de cimentaciones [Usar]

7.69.4.2. Ingeniería Geotécnica Sísmica (3 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Kramer, 1996; Das, 2019)

Temas

1. Sistemas dinámicos de un grado de libertad y propagación unidimensional de ondas en depósitos de suelo
2. Respuesta del sitio y amplificación del movimiento del terreno
3. Análisis de amenaza sísmica y movimientos del terreno de diseño
4. Susceptibilidad a la licuefacción y mecanismos desencadenantes
5. Relación de esfuerzos cíclicos y procedimientos de evaluación de licuefacción
6. Efectos de la licuefacción en estructuras e infraestructura
7. Propiedades dinámicas del suelo y ensayos de laboratorio
8. Diseño de cimentaciones para maquinaria vibratoria bajo cargas dinámicas
9. Métodos de mejoramiento del terreno para mitigar la licuefacción
10. Desplazamiento lateral y fallas por flujo
11. Asentamiento inducido sísmicamente y capacidad portante
12. Diseño basado en desempeño para ingeniería geotécnica sísmica

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Formular modelos de un grado de libertad y ecuaciones de propagación unidimensional de ondas para caracterizar la transmisión de ondas sísmicas a través de depósitos de suelo [Usar]
2. Explicar efectos de respuesta del sitio y características del movimiento del terreno [Familiarizarse]
3. Determinar movimientos del terreno de diseño para análisis sísmico geotécnico [Evaluar]
4. Evaluar susceptibilidad a la licuefacción usando datos de investigación de campo [Usar]
5. Calcular relaciones de esfuerzos cíclicos y evaluar el potencial de licuefacción [Evaluar]
6. Evaluar las consecuencias de la licuefacción en cimentaciones y estructuras [Familiarizarse]
7. Caracterizar propiedades dinámicas del suelo a partir de ensayos de laboratorio y campo [Usar]
8. Dimensionar cimentaciones de maquinaria considerando la rigidez dinámica suelo-cimentación, la evitación de resonancia y las amplitudes de vibración permisibles [Evaluar]
9. Seleccionar y diseñar métodos de mejoramiento del terreno para mitigar la licuefacción [Evaluar]
10. Predecir desplazamientos por desplazamiento lateral y potencial de falla por flujo [Usar]
11. Analizar asentamientos inducidos sísmicamente y capacidad portante reducida [Evaluar]
12. Implementar enfoques basados en desempeño para diseño geotécnico sísmico [Evaluar]

7.69.4.3. Técnicas de Mejoramiento de Suelos (10 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Koerner, 2012; Das, 2019)

Temas

1. Métodos de compactación, incluyendo técnicas dinámicas y vibratorias
2. Columnas de grava y métodos de vibro-sustitución
3. Precarga y drenes verticales para tratamiento de suelos blandos
4. Técnicas de mezcla profunda e inyección a alta presión (jet grouting)
5. Estabilización química y métodos de inyección

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Seleccionar métodos apropiados de mejoramiento de suelos para condiciones específicas [Familiarizarse]
2. Diseñar sistemas de columnas de grava para reducción de asentamientos [Evaluar]
3. Calcular la reducción del tiempo de consolidación usando drenes verticales [Usar]
4. Identificar tipos de geosintéticos y sus aplicaciones ingenieriles [Familiarizarse]
5. Dimensionar el refuerzo para estructuras de tierra mecánicamente estabilizada [Evaluar]

7.69.4.4. Capacidad Portante y Diseño (26 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Coduto, 2001; Das, 2019)

Temas

1. Teoría de capacidad portante y mecanismos de falla
2. Ecuaciones de capacidad portante última para varias condiciones
3. Análisis de asentamientos usando métodos elásticos y de consolidación
4. Diseño de zapatas aisladas
5. Zapatas combinadas y zapatas con viga de enlace
6. Presión de contacto admisible y selección del factor de seguridad
7. Análisis y diseño de cimentaciones tipo losa
8. Efectos de carga excéntrica e inclinada
9. Efectos de interacción suelo-estructura
10. Asentamientos diferenciales y límites tolerables
11. Diseño de cimientos corridos (continuos) para muros de sótano y de fundación

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Explicar mecanismos de falla por capacidad portante en cimentaciones superficiales [Familiarizarse]
2. Calcular la capacidad portante última usando las ecuaciones de Terzaghi y Meyerhof [Evaluar]
3. Predecir asentamientos totales y diferenciales para cimentaciones superficiales [Usar]
4. Diseñar zapatas aisladas para cargas gravitacionales [Evaluar]
5. Dimensionar zapatas combinadas y con viga de enlace para arreglos de columnas [Usar]
6. Determinar presiones de contacto admisibles basadas en criterios de resistencia y asentamiento [Evaluar]
7. Analizar cimentaciones tipo losa usando métodos convencionales y de elementos finitos [Evaluar]
8. Evaluar la capacidad portante bajo carga excéntrica e inclinada [Usar]
9. Considerar la interacción suelo-estructura en el diseño de cimentaciones [Familiarizarse]
10. Evaluar los asentamientos diferenciales y aplicar criterios de asentamientos tolerables [Evaluar]
11. Diseñar cimientos corridos (continuos) para muros de sótano y de fundación [Usar]

7.69.4.5. Cimentaciones Profundas (8 horas) [Habilidades ABET-2,ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Coduto, 2001; Das, 2019)

Temas

1. Tipos de pilotes y métodos de instalación
2. Capacidad axial de pilotes individuales en suelos cohesivos y granulares
3. Capacidad a carga lateral y método p-y
4. Comportamiento de grupos de pilotes y eficiencia del grupo
5. Diseño de pilotes perforados y consideraciones de construcción
6. Fricción negativa y fuerzas de arrastre hacia abajo

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Seleccionar tipos de pilotes apropiados basándose en condiciones del suelo y cargas [Familiarizarse]
2. Calcular la capacidad axial de pilotes usando métodos estáticos [Evaluar]
3. Analizar pilotes cargados lateralmente usando curvas p-y [Usar]
4. Evaluar la capacidad y asentamiento de grupos de pilotes [Evaluar]
5. Diseñar cimentaciones con pilotes perforados, incluyendo diámetro y refuerzo del fuste [Usar]
6. Interpretar resultados de ensayos de carga en pilotes y verificar supuestos de diseño [Evaluar]

7.69.4.6. Análisis y Estabilización de Taludes (6 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Duncan et al., 2014)

Temas

1. Análisis de taludes infinitos para geometrías simples
2. Método de las dovelas y análisis de equilibrio límite
3. Superficies de falla circulares y no circulares
4. Determinación del factor de seguridad y criterios de aceptación
5. Cartas de estabilidad y métodos simplificados
6. Tipos de deslizamientos y mecanismos de falla
7. Estabilidad sísmica de taludes y análisis pseudo-estático
8. Métodos de estabilización, incluyendo drenaje y refuerzo
9. Sistemas de monitoreo y alerta temprana para taludes inestables
10. Análisis probabilístico de estabilidad de taludes

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Realizar análisis de estabilidad de taludes infinitos para taludes uniformes [Evaluar]
2. Aplicar el método de las dovelas para analizar la estabilidad de taludes [Usar]
3. Analizar taludes con superficies de falla circulares y no circulares [Evaluar]
4. Calcular factores de seguridad e interpretar los resultados [Usar]
5. Usar cartas de estabilidad para evaluación rápida de taludes [Evaluar]
6. Identificar tipos de deslizamientos y sus características distintivas [Familiarizarse]
7. Evaluar la estabilidad sísmica usando métodos pseudo-estáticos [Usar]
8. Diseñar medidas de estabilización de taludes para modos de falla específicos [Evaluar]
9. Implementar sistemas de monitoreo para taludes potencialmente inestables [Usar]
10. Conducir análisis probabilístico de estabilidad considerando la incertidumbre de los parámetros [Evaluar]

7.69.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

Coduto, D. P. (2001). Foundation Design: Principles and Practices. Prentice Hall, 2nd edition.

Nelson, J. D. and Miller, D. J. (1992). Expansive Soils: Problems and Practice in Foundation and Pavement Engineering. John Wiley & Sons.

Ministerio de Vivienda, C. y. S. d. P. (2018). Norma e.050: Suelos y cimentaciones. Technical report, Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú.

Kramer, S. L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall.

Das, B. M. (2019). Principles of Geotechnical Engineering. Cengage Learning, 9th edition.

Koerner, R. M. (2012). Designing with Geosynthetics. Xlibris Corporation, 6th edition.

Duncan, J. M., Wright, S. G., and Brandon, T. L. (2014). Soil Strength and Slope Stability. John Wiley & Sons, 2nd edition.