Comportamiento mecánico de excavaciones de pequeño diámetro para suelo estructurado "pilote Alluvial Anker"

Cristhian Mendoza, Juan Ruge, Renato Pinto da Cunha, Arcesio Lizcano

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Deep Foundations

ABSTRACT: The paper presents the excavation step for the pile Alluvial Anker mechanical behaviour used in the city of Brasilia. Construction excavations for the piles demands special treatment because high cementation of soils can influence the deformations during construction. To study the behaviour of the mentioned excavation, we performed numerical simulation of excavation process in a finite element platform (Abaqus) with two constitutive models (elastic, Hypoplastic with structure) and varying the depth of the small diameter (13 cm) pile. We performed a sensitivity parameters analysis of constitutive models to observe their influence on the deformation of the excavation, especially those controlling the cementation on soil. The result presents design nomograms that show relation between pile«s depth with lateral deformations.

RESUMEN: Este trabajo constituye una de las etapas de validaciŠn del comportamiento mec⁄nico del pilote Alluvial Anker actualmente usado en la ciudad de Brasilia. La excavaciŠn para el emplazamiento de tales pilotes demanda un tratamiento especial debido, entre otras caracter™sticas, a la alta cementaciŠn de los suelos que puede influir en las deformaciones durante el proceso constructivo. Para abordar este problema, se realiza simulaciŠn num”rica del proceso de excavaciŠn en una plataforma de elementos finitos (Abaqus) con dos modelos constitutivos (El⁄stico, Hipoplastico con estructura), variando la profundidad del pilote de peque-o di⁄metro (13 cm). Se realiza un an⁄lisis de sensibilidad de los par⁄metros de los modelos constitutivos para observar su influencia sobre las deformaciones en la excavaciŠn, especialmente de aquellos que controla la cementaciŠn en el suelo. Entre los resultados m⁄s relevantes, se presenta ⁄bacos de dise-o que relacionan la profundidad del pilote con las deformaciones laterales. 1 INTRODUCCIîN El entendimiento cualitativo y cuantitativo de las deformaciones presentadas en excavaciones de peque-o di⁄metro puede ser de gran importancia al determinar la profundidad de un pilote, teniendo como referencia el suelo de la ciudad de Bras™lia. Este trabajo presenta un estudio cuantitativo del nivel de deformaciŠn de micropilotes. Empleando modelos comœnmente utilizados en el dise-o de este tipo de estructuras (el⁄stico) y un modelo hipoplastico. Este œltimo es utilizado aqu™ con una extensiŠn para reproducir el comportamiento mec⁄nico del suelo con estructura. Las condiciones de este suelo hacen referencia a un depŠsito de suelo tropical, arcilloso residual, altamente intemperizado (later™tico), con una fuerte presencia de aluminio y hierro por procesos de lixiviaciŠn en las capas superiores. Lo anterior tiene como consecuencia: la formaciŠn de un suelo con granos del tama-o de una arena, alta porosidad (relaciŠn de vacios e=2.0), alta permeabilidad (10-3<k<10-4 m/s) y una estructura cementada altamente inestable, que presenta un fuerte cambio de volumen (colapso) cuando se presenta un cambio en el estado de esfuerzos o de humedad. Estas caracter™sticas crean la necesidad de comprender el comportamiento de excavaciŠn en este tipo de suelo. 2 PILOTE ALLUVIAL ANKER Este pilote generalmente tiene un di⁄metro de 13 cent™metros, es perforado por rotaciŠn con un tubo de acero de 21/2Ó, el cual tiene una punta cortante (Figura 1), este tubo es colocado en una m⁄quina perforadora especialmente dise-ada para esta labor (Figura 2). Por medio de un mandril que inyecta constantemente l™quido refrigerante a la punta cortante. Este l™quido puede ser agua cemento o agua, dependiendo del tipo de suelo. Despu”s de terminado el proceso de perforaciŠn con el l™quido refrigerante a la profundidad deseada, se procede a la inyecciŠn de una carga de agua cemento (si el l™quido refrigerante fue agua). La figura 3 ilustra completamente el proceso constructivo del pilote. Cabe resaltar que una de las ventajas de este tipo de pilote es que el tubo de perforaciŠn sirve como refuerzo del pilote. 3 MODELO CONSTITUTIVO Para la implementaciŠn del modelo el⁄stico y hipoplastico con estructura se realizaron dos UMAT (User defined Material) para un programa de elementos finitos como ABAQUS. La cual es una sub-rutina que el programa utiliza para el comportamiento del material en cada nodo. A continuaciŠn se mostrar⁄n las principales caracter™sticas de cada modelo.

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