Aplicación de la metodología LRFD en el diseño de cimentaciones profundas para puentes adaptado a las condiciones de la ciudad de Cartagena - Loré Agámez, Edilberto (Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería, 2025)
En el presente proyecto de investigación, se desarrollan los factores de resistencia para cimentaciones profundas del tipo pilotes pre-excavados siguiendo la metodología propuesta por Paikowsky (2004). Para tal fin, se utilizó una base de datos compuesta por 50 estudios de suelos y 50 pruebas de carga efectuados en diferentes sitios de la ciudad de Cartagena, Bolívar. La base de datos se distribuyó de tal forma que se tuvieran 20 sitios con estratigrafía compuesta por suelos arenosos, 20 sitios con estratigrafía compuesta por suelos arcillosos y 10 sitios con estratigrafía compuestas por suelos mixtos (arenas y arcillas).

In this research project, resistance factors for deep pre-excavated pile foundations are developed following the methodology proposed by Paikowsky (2004). For this purpose, a database consisting of 50 soil studies and 50 load tests conducted at different sites in the city of Cartagena, Bolívar, was used. The database was distributed to include 20 sites with sandy soil stratigraphy, 20 sites with clayey soil stratigraphy, and 10 sites with mixed soil stratigraphy (sand and clay).
Índice General Capítulo I ______________________________________________________________________ 1 Introducción ____________________________________________________________________ 1 Capítulo II _____________________________________________________________________ 3 Objetivos ______________________________________________________________________ 3 2.1Objetivo General ______________________________________________________________ 3 2.2Objetivos Específicos __________________________________________________________ 3 Capítulo III _____________________________________________________________________ 4 Marco Teórico _________________________________________________________ 4 3.1 Definición de Conceptos _________________________________________ 4 • Factor de Seguridad ___________________________________________________ 4 • Método de Diseño por Esfuerzos Admisibles (ASD) __________________________________ 4 • Método de Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) _________________________ 5 • Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes CCDSP-95 _________________________ 5 • Factores de Resistencia ______________________________________________ 6 • Estado Límite de Servicio _________________________________________ 6 • Estado Límite de Resistencia ______________________________________ 6 • Resistencia Nominal _____________________________________________6 • Resistencia Mayorada ___________________________________________ 6 • Carga Mayorada __________________________________________________ 6 • Carga Viva ________________________________________________________ 6 • Carga Muerta _____________________________________________________ 7 3.2 Marco Referencial _______________________________________________ 7 • Filosofías de Diseño de Cimentaciones de Puentes en Colombia _________________________ 7 • Variables Aleatorias ____________________________________________ 8 • Momentos de Una Variable Aleatoria ______________________________________________ 9 • Media ___________________________________________________________ 9 • Varianza y Desviación Estándar _________________________________ 9 • Distribuciones de Probabilidad _________________________________ 10 Normal __________________________________________________________ 10 • Distribución Lognormal ________________________________________ 1 • Análisis por Confiabilidad ______________________________________11 • Método de Primer Orden y Segundo Momento (FOSM) ______________________________ 12 • Índice de Confiabilidad (β) ______________________________________13 • Método de Análisis por Confiabilidad de Primer Orden (FORM) _______________________ 15 • Transformación de Rackwitz y Fiessler ________________________18 • Simulación de Montecarlo _____________________________________19 • Determinación de los Factores de Resistencia Mediante Análisis por Confiabilidad _________ 20 • Método de Primer Orden y Segundo Momento (FOSM) ______________________________ 20 • Método de Análisis por Confiabilidad de Primer Orden (FORM) _______________________ 22 • Determinación de Factores de Resistencia ( ) por Calibración _________________________ 24 • Especificaciones del CCP-14 -AASTHO 2012 Para el Diseño de Pilotes Pre-excavados _____ 24 • Resistencia Nominal de Pilotes Pre-excavados Individuales ___________________________ 25 • Factores de Resistencia para Diseño de Pilotes Pre-excavados Individuales _______________ 25 • Ensayo de Penetración Estándar (SPT) ____________________________________________ 27 • Metodologías para el Cálculo de Resistencia por Fuste y Punta de Pilotes Pre- excavados ____ 30  Resistencia de Pilotes en Suelos Cohesivos ________________________________________ 30  Resistencia de Pilotes en Suelos no Cohesivos ______________________________________ 31  Metodología de U.S Army Corps (1999) _________________________________________ 31  Metodología de Meyerhof (1976) ______________________________________________ 32  Metodología de O’Neill y Reese (1999)__________________________________________ 33 • Prueba de Carga Estática de Pilotes ______________________________________________ 34 • Análisis de Resultados de las Pruebas de Carga de Pilotes _____________________________ 35  Metodología de Davisson _____________________________________________________ 36 3.3 Estado del Arte _____________________________________________________________ 37 Capítulo IV ____________________________________________________________________ 42 Metodología ___________________________________________________________________ 42 Capítulo V ____________________________________________________________________ 45 Base de Datos __________________________________________________________________ 45 5.1 Introducción _______________________________________________________________ 45 5.2 Contexto Geológico de la Ciudad de Cartagena de Indias ____________________________ 45 5.2.1 Formación Bayunca (Ngb) _________________________________________________ 45 5.2.2 Formación Popa (Qpp) ____________________________________________________ 47 5.2.3 Depósitos de Llanura Costera (Qlc) __________________________________________ 47 • Depósitos de Playa (Qmp) _____________________________________________________ 47 • Depósitos de Manglares (Qm) __________________________________________________ 47 5.3 Características Climatológicas de la Zona ________________________________________ 48 5.4 Recopilación de la Base de Datos ______________________________________________ 48 5.4.1 Recopilación de Datos de Ensayos de Campo y Laboratorio _______________________ 52 5.4.2 Limitaciones de los Ensayos de Campo y Laboratorio ____________________________ 57 5.4.3 Recopilación de Pruebas de Carga ___________________________________________ 57 5.5Estado de la Práctica en la Construcción de Pilotes Pre-excavados en la Ciudad de Cartagena_______ 63 Capítulo VI ____________________________________________________________________ 66 Determinación de la Carga Última de los Pilotes con Base en las Pruebas de Carga ___________ 66 6.1 Generalidades _____________________________________________________________ 66 6.2 Norma ASTM D 1143-81 _____________________________________________________ 66 • Equipos para Aplicar las Cargas _________________________________________________ 66 • Equipos para Medir los Movimientos del Pilote _____________________________________ 68 • Procedimiento para Aplicación Estándar de Carga ___________________________________ 69 • Procedimientos para Medir los Desplazamientos de los Pilotes _________________________ 70 • Procedimiento General para el Montaje y Ejecución de la Prueba de Carga _______________ 70 • Equipos y herramientas a utilizar ________________________________________________ 70 • Montaje de la Prueba de Carga __________________________________________________ 71 6.3 Determinación de la Carga Última de los Pilotes para los 50 Sitios Estudiados ___________ 72 Capítulo VII ___________________________________________________________________ 78 Determinación de la Carga Última de los Pilotes por Medio de las Distintas Metodologías de Diseño______78 7.1 Determinación de la Carga Última de los Pilotes Pre-excavados para los 20 Sitios con Estratigrafía Conformada por Suelos Arenosos ________________________________________ 78 7.1.1 Metodologías de Diseño ___________________________________________________ 78 7.1.2 Variables de Cálculo ______________________________________________________ 79 7.1.3 Parámetros de Resistencia __________________________________________________ 80 7.1.4 Cálculo de la Capacidad de Carga de Pilotes Aplicando la Metodología de Meyerhof (1976)_______82 • Capacidad de Carga por Punta __________________________________________________ 83 • Capacidad de Carga por Fuste ___________________________________________________ 85 7.1.5 Cálculo de la Capacidad de Carga de los Pilotes Aplicando la Metodología de U.S Army Corps of Engineers (1991) ________________________________________________________ 92 • Capacidad de Carga por Punta __________________________________________________ 92 • Capacidad de Carga por Fuste ___________________________________________________ 95 7.1.6 Cálculo de la Capacidad de Carga de los Pilotes Aplicando la Metodología de O’Neill y Reese (1999) 101 • Capacidad de Carga por Punta _________________________________________________ 101 • Capacidad de carga por fuste __________________________________________________ 102 7.2 Determinación de la Carga Última de los Pilotes Pre-excavados para los 20 Sitios con Estratigrafía Conformada por Suelos de Grano Fino ___________________________________ 109 7.2.1 Metodología de Diseño ___________________________________________________ 109 7.2.2 Variables de Cálculo _____________________________________________________ 109 7.2.3 Parámetros de Resistencia _________________________________________________ 110 7.2.4 Cálculo de la Capacidad de Carga de Pilotes Aplicando la Metodología Alfa (α) ______ 112 • Capacidad de Carga por Punta _________________________________________________ 113 • Capacidad de Carga Por Fuste _________________________________________________ 114 7.3 Determinación de la Carga Última de los Pilotes Pre-excavados para los 10 Sitios con Estratigrafía Conformada por Suelos Mixtos _________________________________________ 121 7.3.1 Metodologías de Diseño __________________________________________________ 121 7.3.2 Variables de Cálculo _____________________________________________________ 121 7.3.3 Parámetros de Resistencia _________________________________________________ 121 • Capacidad de Carga por Punta _________________________________________________ 122 • Capacidad de Carga por Fuste __________________________________________________ 122 Capítulo VIII _________________________________________________________________ 132 Determinación de los Factores de Resistencia ________________________________________ 132 8.1 Generalidades _____________________________________________________________ 132 8.2 Determinación del Factor de Sesgo (λR) _________________________________________ 132 8.3 Parámetros Estadísticos de la Carga Viva y Carga Muerta Para la Determinación de los Factores de Resistencia _________________________________________________________________ 153 8.4 Cargas Consideradas para la Determinación de los Factores de Resistencia _____________ 153 8.5 Determinación de los Índices de Confiabilidad (β) ________________________________ 154 8.6 Programa de Cálculo de los Factores de Resistencia (φ) ____________________________ 157 8.7 Determinación de los Factores de Resistencia (φ) _________________________________ 158 • Cálculo de Factores de Resistencia Aplicando la Metodología FORM __________________ 158 • Cálculo de Factores de Resistencia por Calibración _________________________________ 164 Capítulo IX ___________________________________________________________________ 168 Comparación de los Factores de Resistencia Obtenidos con los Especificados en el CCP-14 ___ 168 9.1 Comparación de los Factores de Resistencia Obtenidos y los Estipulados por el CCP-14 __ 168 9.2 Comparación de los Factores de Resistencia Obtenidos y los Calculados por Paikowsky (2004) 170 9.3 Revisión Bibliográfica de los Factores de Resistencia Especificados por las Normas AASTHO ________171 Capítulo X ___________________________________________________________________ 173 Conclusiones y Recomendaciones _________________________________________________ 173 10.1 Conclusiones _____________________________________________________________ 173 10.2 Recomendaciones __________________________________________________________ 177 Bibliografía __________________________________________________________________ 179
Keywords: Cimientos - Diseño; Foundations - Design; Pilotes (Ingeniería civil); Piling (Civil engineering); Ingeniería de estructuras; Structural engineering; Puentes - Diseño; Bridges - Design; Factor de resistencia; Pilotes pre-excavados; Arenas; Arcillas; Resistance factor; Pre-excavated piles; Sands; Clays