CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.       Descripción de la situación problemática

La construcción de edificios en zonas subsidentes   presenta desafíos significativos para la ingeniería civil debido a las condiciones del terreno. La subsidencia, un fenómeno común en esta región, se caracteriza por el hundimiento gradual del suelo, principalmente provocado por la extracción excesiva de agua subterránea y la composición geológica inestable. Esta situación conlleva a problemas críticos, como asentamientos diferenciales que afectan la estabilidad de las edificaciones, generando costos elevados en reparaciones y mantenimiento. Además, este fenómeno compromete la seguridad estructural, poniendo en riesgo la integridad de los habitantes y el desarrollo urbano sostenible de la ciudad.

Según estudios geotécnicos recientes (De La Vega, 2021), los suelos subsidentes en Arequipa presentan baja capacidad portante y una alta susceptibilidad a los asentamientos. Este problema se agrava en edificaciones de gran envergadura, como los edificios de siete pisos, que ejercen cargas considerables sobre el terreno. Las soluciones tradicionales, como cimentaciones superficiales, no son efectivas en estas condiciones, ya que no logran controlar adecuadamente los asentamientos ni mejorar la capacidad portante del suelo. Esto genera un impacto negativo en la calidad de vida de los habitantes, quienes enfrentan riesgos de seguridad y posibles pérdidas económicas.

Dada esta realidad, se hace imperativa la búsqueda de soluciones innovadoras y eficientes que garanticen la estabilidad y seguridad de las edificaciones. En este contexto, la implementación de micropilotes surge como una alternativa prometedora para mejorar la capacidad portante del suelo en zonas subsidentes. Sin embargo, su uso requiere un análisis detallado de la interacción suelo-micropilotes para optimizar su desempeño y asegurar su eficacia.

La relevancia científica y tecnológica de esta problemática reside en la necesidad de desarrollar métodos de cimentación que se adapten a las condiciones geotécnicas de zonas subsidentes. Además, el análisis y aplicación de micropilotes en edificaciones de siete pisos en Arequipa contribuirá a establecer parámetros de diseño y construcción que puedan replicarse en otras regiones con condiciones similares. Por lo tanto, este estudio no solo tiene un impacto local, sino que también aporta al conocimiento y desarrollo de nuevas soluciones en la ingeniería civil para suelos problemáticos.

1.2.       Formulación del problema

1.2.1.   Problema General

¿Cómo mejorará la capacidad portante del suelo en zonas subsidentes   mediante la implementación de micropilotes para edificios de 7 pisos?

1. Problemas Específicos
   1. ¿Qué propiedades físicas y mecánicas del suelo en zonas subsidentes   son necesarias para diseñar micropilotes eficaces?
   1. ¿Cómo se comportarán los micropilotes en suelos de diferentes características en Arequipa cuando se analicen mediante simulaciones numéricas y pruebas experimentales?
   1. ¿Cómo se puede desarrollar un diseño optimizado de cimentación con micropilotes que maximice la capacidad portante del suelo en áreas subsidentes para edificios de 7 pisos?

1.3.       Objetivos de la investigación

1.3.1.   Objetivo General

Evaluar la eficacia de los micropilotes en la mejora de la capacidad portante del suelo para edificios de 7 pisos en zonas subsidentes  .

1.3.2.   Objetivos Específicos

1. Caracterizar las propiedades físicas y mecánicas del suelo en zonas subsidentes.
   1. Analizar el comportamiento estructural de micropilotes en diferentes tipos de suelos mediante simulaciones numéricas y pruebas experimentales.
   1. Desarrollar un diseño optimizado de cimentación con micropilotes para edificios de 7 pisos en áreas subsidentes, basado en los resultados obtenidos.

1.4.       Justificación de la investigación

1.4.1.   Importancia de la investigación

La investigación titulada «Análisis de la interacción suelo-micropilotes para mejorar la capacidad portante en edificios de 7 pisos en zonas subsidentes  » es de gran importancia debido a su enfoque técnico, social y académico. Su objetivo principal es desarrollar un enfoque que permita mejorar las cimentaciones en suelos con baja capacidad portante, especialmente en áreas de subsidencia. Al abordar la problemática específica de la construcción en estas zonas, la investigación busca proponer un modelo de diseño más seguro y económico, incrementando la estabilidad de edificaciones de gran altura.

Desde una perspectiva social, este trabajo tiene un impacto directo en la mejora de la calidad de vida de los habitantes. La construcción de edificios seguros y estables en zonas subsidentes reduce los riesgos de fallas estructurales, protegiendo la integridad de las personas y minimizando las pérdidas económicas por reparaciones. De este modo, la investigación responde a una necesidad crítica de la comunidad, contribuyendo al desarrollo urbano sostenible y resiliente.

En el ámbito teórico, la investigación aporta nuevos conocimientos sobre la interacción entre los micropilotes y el suelo en zonas de subsidencia. Este análisis profundo enriquecerá la teoría existente sobre cimentaciones, estableciendo nuevas directrices y promoviendo el debate académico en el campo de la ingeniería civil. Asimismo, al explorar los mecanismos de mejora de la capacidad portante, el estudio contribuirá a una mayor comprensión de los principios que rigen la estabilidad de estructuras en suelos problemáticos.

Metodológicamente, la propuesta destaca por su enfoque basado en simulaciones numéricas y pruebas de campo, lo que permite obtener datos precisos y fiables. Este método innovador ofrece una nueva estrategia para analizar la capacidad portante en suelos subsidentes, facilitando su aplicación en otros contextos geográficos con condiciones similares. Por lo tanto, la investigación no solo aporta un procedimiento específico para Arequipa, sino que también establece una metodología replicable en otras regiones.

Finalmente, en términos prácticos, la investigación proporciona directrices claras para que ingenieros y constructores puedan aplicar soluciones efectivas en proyectos de construcción en zonas de subsidencia. La implementación de micropilotes se presenta como una estrategia concreta que, al ser aplicada, mitigará riesgos y mejorará la seguridad de las edificaciones, contribuyendo a un desarrollo urbano más seguro y eficiente.

1.4.2.   Viabilidad y Presupuesto

La viabilidad del proyecto está garantizada gracias a la disponibilidad de recursos humanos altamente capacitados en ingeniería civil y geotecnia, junto con el acceso a equipos técnicos avanzados necesarios para realizar simulaciones y pruebas de campo. Además, se cuenta con el respaldo económico y financiero adecuado para cubrir los costos involucrados, que incluyen análisis geotécnicos, instalación y monitoreo de micropilotes, así como la elaboración de informes técnicos. El presupuesto estimado ha sido cuidadosamente evaluado para asegurar que los recursos sean suficientes para llevar a cabo todas las etapas del estudio de manera efectiva, garantizando así la ejecución exitosa del proyecto y la obtención de resultados fiables.

Tabla 1

Presupuesto para el desarrollo de la tesis.

1.4.3.   Alcances y limitaciones

El proyecto se enfocará en analizar la interacción suelo-micropilotes para mejorar la capacidad portante en edificios de 7 pisos ubicados en zonas subsidentes. Los entregables incluyen un estudio geotécnico detallado del terreno, el diseño técnico de micropilotes basado en los resultados geotécnicos, la realización de modelos computacionales para simular condiciones de carga, y la evaluación de los resultados obtenidos para desarrollar recomendaciones prácticas. El informe final incluirá los análisis, conclusiones y sugerencias técnicas aplicables a las condiciones específicas de las zonas estudiadas.

El estudio puede enfrentar desafíos como la variabilidad natural del terreno, que podría limitar la generalización de los resultados a otras áreas, así como restricciones en recursos técnicos, económicos y humanos para la realización de ensayos de campo y laboratorio. Además, el acceso a información geotécnica completa de todas las zonas subsidentes   puede ser complejo, y el tiempo limitado para el proyecto podría restringir la cantidad de análisis. Sin embargo, se priorizarán los aspectos esenciales para garantizar que estas limitaciones no afecten la viabilidad ni los objetivos principales del estudio.

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de la investigación

2.1.1. Antecedentes Nacionales

Hurtado (2023) detalla que, en Lima, el creciente número de proyectos de construcción ha provocado un incremento en los restos de construcción y demolición, exacerbando el problema de gestión de escombros debido al incumplimiento de las normativas de manejo de residuos sólidos. La investigación aborda este problema mediante una propuesta experimental que utiliza residuos de construcción como agregados reciclados para mejorar las propiedades mecánicas de suelos arenosos en el distrito de Puente Piedra, Zapallal. El objetivo es desarrollar una mezcla de concreto reciclado y suelo natural arenoso que cumpla con los requisitos de la norma técnica CE 010 para pavimentos urbanos, que exige una Relación de Soporte de California (CBR) superior al 30% y un grado de compactación del 95% para la capa base en estructuras de baja transitabilidad. Los resultados sugieren que esta mezcla puede efectivamente mejorar la resistencia a la penetración y al esfuerzo cortante de los suelos arenosos, proporcionando una solución viable para la construcción de pavimentos urbanos menores como veredas y pasajes peatonales. Además, la implementación de esta propuesta contribuiría a la reducción del volumen de residuos de concreto desechados en espacios públicos, promoviendo su reuso en una planta de transferencia y ayudando a mitigar el problema ambiental.

La investigación realizada de (Chacon, 2021), se enfocó en la creación de muestras de tierra comprimida estabilizadas con el aditivo ecológico CONSOLID, que se compone de un líquido denominado C444 y un sólido llamado SOLIDRY. El líquido mejora la cohesión y la resistencia a la compresión del suelo, mientras que el sólido aporta impermeabilidad al solidificar las partículas del suelo y reducir la absorción de agua. Se eligió tierra de la APV Praderas del Inca en Cusco para el análisis, y se probaron diversas combinaciones de dosificaciones de C444 (0.1%, 0.2%, 0.5% y 0.8%) y SOLIDRY (0.5%, 2.0%, 4.0% y 10.0%), junto con diferentes niveles de energía de compactación (4, 8, 12 y 16 golpes). Las pruebas de resistencia a la compresión simple mostraron que las muestras con 10% de SOLIDRY, 0.8% de C444 y 16 golpes de energía alcanzaron una resistencia a la compresión de 13 kg/cm², con una capacidad portante de qult 4758 kPa y qa 1586 kPa, lo que se traduce en una carga admisible en columna de 2884 kN. En contraste, el suelo en su estado natural tiene una resistencia a la compresión de 2.59 kg/cm², una capacidad portante de qult 980 kPa y qa 327 kPa, con una carga admisible en columna de 470 kN. Estos resultados indican que el suelo estabilizado con CONSOLID cuadruplica la capacidad portante del suelo limo arenoso, demostrando la eficacia del componente sólido SOLIDRY en combinación con la compactación. Este estudio establece las bases para investigaciones futuras sobre el uso del sistema CONSOLID.

La investigación de (Condor, 2023), abordó la influencia de la interacción suelo-estructura en el comportamiento estructural de los micropilotes en la construcción de talleres en la Mina Casa Redonda, Toquepala. El problema central fue determinar cómo esta interacción afecta el rendimiento estructural de los micropilotes. El objetivo fue evaluar dicha interacción, y se planteó la hipótesis de que la interacción suelo-estructura tiene un impacto significativo en el comportamiento estructural de los micropilotes. Utilizando un enfoque científico y aplicado con un nivel correlacional y un diseño no experimental, se centró en el modelamiento estructural de los micropilotes. Los resultados confirmaron que la interacción suelo-estructura está estrechamente relacionada con el comportamiento estructural de los micropilotes. Esta relación depende de múltiples factores, incluyendo los desplazamientos en la superestructura y subestructura, así como las características del suelo de fundación (como calidad, tipo y tratamiento) y la calidad y resistencia del concreto de los pilotes, que está vinculada a su dosificación.

2.1.2. Antecedentes Internacionales

En el estudio de Catellanos y Rodríguez (2022), se examina el uso de micropilotes como elementos para reforzar o recalzar el suelo, una técnica ampliamente discutida en la literatura geotécnica. En Colombia, la aplicación de esta tecnología está principalmente basada en conocimientos empíricos y experiencias previas de los geotecnistas, lo que limita su estandarización y comprensión plena. Por lo tanto, se hace indispensable compilar variables clave y metodologías analíticas y numéricas para una mejor comprensión y aplicación de los micropilotes. El documento presenta un estado del arte basado en artículos e investigaciones que analizan y evalúan el comportamiento de los micropilotes en la recuperación de capacidad de carga de grupos de pilotes defectuosos. Los hallazgos de estos estudios sirven como un marco teórico esencial y como punto de partida para investigaciones futuras en el ámbito de la ingeniería geotécnica. Las conclusiones resaltan la influencia positiva de los micropilotes en la recuperación de carga de fundaciones existentes y subrayan la necesidad de realizar ensayos y análisis de campo específicos en Colombia para abordar las características particulares de los suelos del país.

En el estudio realizado por Alzate (2021), se aborda la aplicación de micropilotes, los cuales se diseñan de manera empírica y, a menudo, ofrecen respuestas satisfactorias en pruebas de carga axial. La capacidad de carga de estos elementos está estrechamente relacionada con la interacción entre el suelo y la lechada de inyección, lo que sugiere la necesidad de zonificar el comportamiento de los micropilotes en función del tipo de suelo en el que se instalan. Para lograr esto, se deben comparar micropilotes de tipos similares con inyección IRS. El trabajo comenzó con una comprensión detallada de cómo realizar pruebas de carga y los factores que influyen en el comportamiento de los micropilotes bajo carga axial. A través de la ejecución de diversos ensayos, se identificaron posibles fuentes de incertidumbre que pueden afectar la capacidad de rozamiento del micropilote, tales como errores en el proceso constructivo (por ejemplo, problemas con el equipamiento, presiones de inyección bajas o empotramiento inadecuado) y errores durante las pruebas de carga (como excentricidad en la carga aplicada o desalineación de los micropilotes). Una vez depurada la información, se llevó a cabo un análisis para evaluar las posibilidades de zonificación y la confiabilidad de los resultados, concluyendo que los micropilotes, a pesar de ser un elemento versátil, requieren más investigación para optimizar su aplicación en fundaciones.

En el estudio de Meneses (2019), se exploran los micropilotes, que son pilotes de diámetro reducido (menos de 300 mm) capaces de trabajar tanto a tracción como a compresión. Estos elementos se destacan por su versatilidad y rapidez de ejecución en el campo de la cimentación. Sin embargo, su efectividad en ciertos contextos, como en suelos licuables, sigue siendo incierta debido a la limitada experiencia y documentación existente. Este estudio se centra en evaluar diversas configuraciones de micropilotes para determinar cómo responden en suelos con estratos licuables. Se emplean cuatro configuraciones diferentes en modelos con profundidades variadas de suelo licuable, utilizando el software PLAXIS 3D para llevar a cabo simulaciones dinámicas con el modelo constitutivo UBC3D-PLM, diseñado específicamente para modelar suelos licuables. Los parámetros para calibrar el modelo se obtienen a partir de correlaciones con ensayos SPT. El objetivo principal es reducir la incertidumbre sobre la eficacia de los micropilotes en condiciones de suelos licuables, específicamente para un puente peatonal, y proporcionar recomendaciones de diseño basadas en los resultados obtenidos. Además, el estudio compara la solución de micropilotes con pilotes tradicionales mediante un análisis económico, demostrando así la eficacia y viabilidad de los micropilotes en comparación con métodos más convencionales.

En el estudio realizado por Uchuari (2024), se analiza la capacidad portante del suelo como un componente crucial en la ingeniería civil, particularmente para el diseño de edificaciones de hasta tres niveles. El proyecto se basa en la realización de sondeos a distintas profundidades siguiendo las especificaciones de la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC). Los ensayos revelaron un esfuerzo último del suelo de 7,8 toneladas por metro cuadrado. Con esta información, se modeló un edificio de 522,565 toneladas usando el software ETABS, para verificar si el suelo puede soportar el peso de la estructura. Se diseñó una cimentación superficial adecuada para esta carga y se propuso un plan de mejora del terreno con materiales pétreos de la provincia de El Oro, donde se construirá el edificio. Este análisis detallado de las características del suelo no solo asegura la estabilidad de la estructura propuesta, sino que también establece una base sólida para futuros proyectos en áreas como electricidad, saneamiento e infraestructura vial, promoviendo así un desarrollo seguro y sostenible.

2.2. Bases teóricas

2.2.1. Interacción Suelo-Micropilotes

La interacción entre el suelo y los micropilotes es crucial para entender cómo estos elementos afectan la capacidad portante y el comportamiento estructural de un edificio. Los micropilotes, al ser insertados en el suelo, transfieren las cargas de la estructura al subsuelo a través de la fricción entre la superficie del micropilote y el suelo circundante. Esta interacción puede ser compleja y depende de factores como el tipo de suelo, la profundidad del micropilote y las características de carga aplicada. La correcta evaluación de esta interacción permite optimizar el diseño de los micropilotes y asegurar una distribución adecuada de las cargas (Astocaza, E., & Astocaza, 2021).

Además, el comportamiento del suelo alrededor del micropilote afecta significativamente la estabilidad y la capacidad portante. La interacción entre el micropilote y el suelo puede llevar a la formación de una zona de influencia en la que el suelo se consolida o se deforma. El análisis de esta interacción se realiza mediante modelos numéricos y ensayos de carga, que ayudan a predecir el rendimiento del micropilote en diferentes condiciones del suelo.

2.2.2. Eficiencia en la Mejora de la Capacidad Portante

La eficiencia de los micropilotes en la mejora de la capacidad portante del suelo se evalúa comparando el aumento en la capacidad de carga que proporcionan con el costo y los recursos necesarios para su instalación. Los micropilotes son efectivos en suelos con baja capacidad portante, ya que permiten redistribuir las cargas de manera más uniforme. Esta mejora en la capacidad portante se traduce en una reducción del riesgo de asentamientos diferenciales y fallos estructurales en edificios de varios pisos (Barrantes, 2018).

En términos prácticos, la eficiencia se mide en función del incremento porcentual de la capacidad portante en relación con la inversión realizada. Un diseño eficiente de micropilotes no solo mejora la estabilidad del edificio, sino que también optimiza los costos asociados a la cimentación, permitiendo una solución económica y efectiva para terrenos problemáticos.

2.2.3. Incremento de Capacidad Portante del Suelo

El incremento en la capacidad portante del suelo tras la instalación de micropilotes es una medida clave para evaluar la efectividad de estos elementos en la cimentación. Los micropilotes mejoran la capacidad portante al transferir las cargas a capas más profundas del suelo con mejor capacidad de soporte. Este incremento se mide en términos de kilonewtons por metro cuadrado (kN/m²) y varía según las características del suelo y el diseño de los micropilotes (Braja, 2018).

La capacidad portante incrementada permite soportar cargas mayores sin provocar asentamientos excesivos, lo que es fundamental para la estabilidad de estructuras de varios pisos. La evaluación de este incremento se realiza a través de ensayos de carga y análisis de modelos de interacción suelo-estructura, proporcionando datos esenciales para el diseño y la planificación de la cimentación.

2.2.4. Reducción en el Asentamiento del Suelo

La reducción en el asentamiento del suelo es una de las principales ventajas de utilizar micropilotes en la cimentación de edificios. Los micropilotes ayudan a minimizar el asentamiento al distribuir las cargas de manera más uniforme y transferirlas a capas de suelo con mayor capacidad de carga. Esta reducción se mide en milímetros (mm) y es crítica para evitar problemas estructurales y funcionales en el edificio (Centro Peruano-Japones de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres, 2011).

El control del asentamiento se logra mediante la monitorización durante y después de la instalación de los micropilotes. Los resultados muestran cómo la intervención con micropilotes puede disminuir significativamente los asentamientos comparado con otros métodos de cimentación, contribuyendo a una mayor estabilidad y durabilidad de la estructura.

2.2.5. Capacidad Portante

La capacidad portante del suelo es una propiedad fundamental que determina la cantidad de carga que el suelo puede soportar sin experimentar fallos. Esta capacidad es esencial para el diseño de cimentaciones seguras y estables. Se mide en términos de la carga máxima que el suelo puede soportar antes de fallar, y se basa en características como la resistencia al corte y la densidad del suelo.

Los micropilotes mejoran la capacidad portante al proporcionar una transferencia de carga más eficiente y al reforzar el suelo débil. La capacidad portante del suelo debe evaluarse considerando el tipo de suelo, la profundidad de los micropilotes y las condiciones de carga, para garantizar que la cimentación sea adecuada para el edificio proyectado (Cepeda, 2020).

2.2.6. Propiedades del Suelo

Las propiedades del suelo, como su composición, cohesión, y densidad, son cruciales para determinar cómo interactuará con los micropilotes. Estas propiedades influyen en la capacidad portante y el comportamiento general de la cimentación. Un suelo bien caracterizado permite un diseño más preciso y efectivo de los micropilotes (Braja, 2018).

La evaluación de las propiedades del suelo incluye la determinación de su densidad (kg/m³) y el coeficiente de fricción interna (°), que son esenciales para comprender la resistencia y estabilidad del suelo. Estas propiedades afectan la manera en que el suelo responde a las cargas y cómo los micropilotes pueden ser diseñados para mejorar la capacidad portante de manera eficiente.

2.2.7. Densidad del Suelo (kg/m³)

La densidad del suelo es una medida crítica que refleja la masa del suelo por unidad de volumen. Esta propiedad afecta la capacidad portante del suelo y su comportamiento bajo carga. La densidad se mide en kilogramos por metro cúbico (kg/m³) y proporciona información sobre la compacidad y estabilidad del suelo.

Una mayor densidad del suelo generalmente indica una mayor capacidad portante y menor riesgo de asentamientos. En el contexto de los micropilotes, la densidad del suelo ayuda a determinar la profundidad y el diseño adecuados para asegurar que los micropilotes puedan transferir efectivamente las cargas al suelo (Centro Peruano-Japones de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres, 2011).

2.2.8. Coeficiente de Fricción Interna del Suelo (°)

El coeficiente de fricción interna del suelo, expresado en grados (°), es una medida de la resistencia al deslizamiento entre partículas del suelo. Este coeficiente es fundamental para entender cómo el suelo responderá a las cargas aplicadas y cómo interactuará con los micropilotes.

Un coeficiente de fricción interna más alto indica una mayor resistencia al deslizamiento, lo que contribuye a una mejor capacidad portante y menor asentamiento. La evaluación de este coeficiente ayuda a diseñar micropilotes que maximicen la fricción y, por ende, la capacidad de carga de la cimentación (Coello, & Herbozo, 2017).

2.2.9. Comportamiento de Micropilotes

El comportamiento de los micropilotes se refiere a cómo estos elementos responden a las cargas y cómo interactúan con el suelo circundante. Los micropilotes están diseñados para transferir cargas desde la estructura al suelo mediante fricción y end-bearing. Su comportamiento depende de factores como el tipo de suelo, la longitud y el diámetro de los micropilotes (De La Vega, 2021).

El análisis del comportamiento de los micropilotes incluye la evaluación de su capacidad de carga axial, asentamientos esperados y la influencia en el suelo circundante. Estos aspectos son cruciales para asegurar que los micropilotes proporcionen una solución de cimentación efectiva y segura.

2.2.10. Capacidad de Carga Axial de los Micropilotes

La capacidad de carga axial de los micropilotes, medida en kilonewtons (kN), indica la máxima carga vertical que un micropilote puede soportar sin fallar. Esta capacidad es fundamental para diseñar micropilotes que puedan transferir de manera segura las cargas de la estructura al suelo (SIGRID, 2012).

La capacidad de carga axial depende de la interacción entre el micropilote y el suelo, así como de las características del micropilote mismo, como su longitud y diámetro. Evaluar esta capacidad permite garantizar que los micropilotes sean adecuados para las cargas previstas en el edificio.

2.2.11. Asentamiento del Suelo Alrededor de los Micropilotes

El asentamiento del suelo alrededor de los micropilotes, medido en milímetros (mm), es una medida importante de cómo la instalación de micropilotes afecta el suelo circundante. Un asentamiento reducido es deseable para minimizar problemas estructurales y funcionales en el edificio (INGEMMENT, 2018).

Este asentamiento se debe a la transferencia de cargas y la consolidación del suelo alrededor del micropilote. La evaluación del asentamiento permite ajustar el diseño de los micropilotes y su distribución para asegurar que se mantenga dentro de los límites aceptables.

2.2.12. Diseño de Cimentación

El diseño de cimentación con micropilotes implica la selección adecuada del tipo y número de micropilotes para asegurar una capacidad portante adecuada. Este diseño debe considerar factores como el tipo de suelo, las cargas estructurales y las condiciones del sitio.

El diseño efectivo de cimentación también debe optimizar el costo y el rendimiento de los micropilotes. Un diseño bien realizado garantiza que la cimentación proporcionará estabilidad y soporte adecuados para el edificio de 7 pisos (Instituto Nacional de Defensa Civil, 2008).

2.2.13. Capacidad Portante del Suelo Mejorada (kN/m²)

La capacidad portante del suelo mejorada, medida en kilonewtons por metro cuadrado (kN/m²), indica el aumento en la capacidad de carga del suelo después de la instalación de micropilotes. Esta mejora es esencial para asegurar que el suelo pueda soportar las cargas adicionales impuestas por el edificio (López, 2012).

La evaluación de esta capacidad portante mejorada se realiza mediante ensayos y modelos de simulación que analizan el efecto de los micropilotes en la capacidad del suelo. Esta información es crítica para el diseño y la planificación de la cimentación.

2.2.14. Costo de Implementación de Micropilotes en Relación con la Capacidad Portante Incrementada (USD)

El costo de implementación de micropilotes se evalúa en relación con el incremento en la capacidad portante que proporcionan. Este análisis económico ayuda a determinar la viabilidad y la eficiencia del uso de micropilotes en proyectos de construcción (Méndez, 2018).

Comparar el costo de instalación con el aumento en la capacidad portante permite tomar decisiones informadas sobre la inversión en micropilotes. Un análisis de costo-beneficio asegura que la solución de cimentación sea económicamente viable y efectiva en términos de rendimiento.

2.2.15. Impacto de la Cimentación con Micropilotes

El impacto de la cimentación con micropilotes en la estabilidad estructural del edificio es un aspecto crucial del diseño. Los micropilotes proporcionan soporte adicional y reducen el riesgo de asentamientos diferenciales que pueden afectar la estabilidad del edificio (Montoro, 2017).

Evaluar este impacto implica analizar cómo los micropilotes mejoran la distribución de cargas y previenen problemas estructurales. Un diseño adecuado de micropilotes contribuye a una mayor estabilidad y durabilidad del edificio a lo largo del tiempo.

2.3. Definición de términos básicos

1. Asentamiento del Suelo: El asentamiento del suelo es el descenso vertical del terreno bajo la carga de una estructura. Puede ser causado por la compresión del suelo o por el colapso de las partículas del suelo. Se mide en milímetros (mm) y es importante para evaluar la estabilidad de las estructuras (Cépeda, 2020).
2. Capacidad de Carga Axial de los Micropilotes: La capacidad de carga axial de los micropilotes es la máxima carga vertical que un micropilote puede soportar antes de fallar. Se mide en kilonewtons (kN) y depende del diámetro, longitud y tipo de micropilote (Meneses, 2019).
3. Capacidad Portante: La capacidad portante se refiere a la máxima carga que un suelo puede soportar sin experimentar fallos o asentamientos excesivos. Se mide en términos de fuerza por unidad de área (kN/m²) y es un factor crucial en el diseño de cimentaciones (Rodríguez, Serra, & Oteo, 1982).
4. Coeficiente de Fricción Interna del Suelo: El coeficiente de fricción interna del suelo es un ángulo que representa la resistencia al deslizamiento interno del suelo. Se mide en grados (°) y afecta la capacidad del suelo para soportar cargas sin deslizarse.
5. Costo de Implementación: El costo de implementación se refiere al gasto total asociado con la instalación de micropilotes, incluyendo materiales, mano de obra y equipo. Se compara con la mejora en la capacidad portante para evaluar la viabilidad económica del proyecto (Osorio y Cueto, 2023).
6. Densidad del Suelo: La densidad del suelo es la masa del suelo por unidad de volumen, y se mide en kilogramos por metro cúbico (kg/m³). Es un indicador importante de las propiedades mecánicas del suelo, como su capacidad para soportar cargas (Astocaza, 2021).
7. Diseño de Cimentación: El diseño de cimentación es el proceso de planificar y calcular las dimensiones y tipos de cimentaciones necesarias para soportar una estructura de manera segura. Incluye la evaluación de la capacidad portante del suelo y la selección de métodos de cimentación adecuados (Castellanos y Rodríguez, 2022).
8. Interacción Suelo-Estructura: La interacción suelo-estructura estudia cómo las cargas y las deformaciones de una estructura afectan y son afectadas por el suelo subyacente. Esta interacción es fundamental para diseñar cimentaciones adecuadas y garantizar la estabilidad y seguridad de las estructuras (Barrantes, 2018).
9. Micropilote: Un micropilote es un elemento de cimentación estructural delgado y largo que se introduce en el suelo para transferir cargas desde la estructura hasta capas de suelo más profundas y estables. Se utiliza en la mejora de la capacidad portante del suelo y en la estabilización de terrenos (Orellana y Paitán, 2020).
10. Subsistencia del Suelo

La subsistencia del suelo es el hundimiento o la caída del terreno causado por la pérdida de soporte subterráneo o la compactación del suelo. Es un problema crítico en áreas con suelos inestables y afecta la seguridad de las estructuras (Condor, 2023).

CAPÍTULO III. METODOLOGÍA

1.1.       Diseño metodológico

1.1.1.   Enfoque

Cuantitativo, para medir y analizar objetivamente la interacción entre suelo y micropilotes, y su impacto en la capacidad portante. Orientado a la obtención de datos precisos y medibles sobre la interacción entre suelo y micropilotes. Este enfoque permite realizar análisis estadísticos rigurosos y establecer relaciones causales entre variables, como la capacidad portante del suelo y la reducción en el asentamiento tras la instalación de micropilote.

1.1.2.   Tipo

Investigación aplicada, enfocada en la solución de problemas prácticos relacionados con la ingeniería civil en zonas subsidentes. La investigación busca desarrollar y validar técnicas para mejorar la capacidad portante del suelo mediante la aplicación de micropilotes, con un énfasis en la implementación práctica y la adaptación a las condiciones específicas.

1.1.3.   Nivel

Descriptivo y correlacional. Se llevará a cabo una descripción detallada de las propiedades del suelo y el comportamiento de los micropilotes, así como un análisis de las correlaciones entre las variables estudiadas, como la capacidad portante del suelo antes y después de la instalación de los micropilotes, y el asentamiento observado.

1.1.4.   Diseño Experimental

Diseño cuasi-experimental, que combina técnicas experimentales y no experimentales. Se realizarán pruebas de carga en micropilotes y ensayos de laboratorio para evaluar las propiedades del suelo, utilizando un grupo de sitios de prueba con características similares, pero sin intervención y otro grupo donde se instalarán micropilotes. Se monitorearán y compararán los resultados de capacidad portante y asentamientos en ambos grupos para evaluar la efectividad de los micropilotes. Además, se realizarán simulaciones numéricas para complementar y validar los resultados experimentales.

1.2.       Técnicas de Recolección de Datos

Para este estudio sobre la interacción suelo-micropilotes, se utilizarán diversas técnicas de recolección de datos para obtener una evaluación completa y precisa. En primer lugar, se realizarán ensayos de laboratorio para caracterizar el suelo, tales como análisis granulométrico, pruebas de densidad y ensayos triaxiales, que proporcionarán información crítica sobre sus propiedades mecánicas, como el coeficiente de fricción interna y la capacidad portante natural. Posteriormente, se ejecutarán pruebas de carga en micropilotes instalados en el campo, lo que permitirá medir su capacidad portante y su comportamiento bajo diferentes cargas axiales y laterales. Finalmente, se utilizarán programas de simulación especializados (como PLAXIS o SAP2000) para modelar y analizar el comportamiento del suelo y los micropilotes, lo cual complementará los datos obtenidos de campo y laboratorio, y permitirá predecir el desempeño en diferentes escenarios.

1.3.       Diseño Muestral

1.3.1.   Población

Edificio de 7 pisos en áreas subsidentes crítica.

1.3.2.   Muestra

Edificio de 7 pisos en áreas subsidentes crítica.

1.4.       Aspectos Éticos

La investigación considerará cuidadosamente los aspectos éticos para garantizar un proceso transparente y responsable. Se comenzará obteniendo el consentimiento informado de los propietarios de los terrenos y edificaciones donde se realizarán las pruebas, asegurando que comprendan los objetivos, procedimientos y posibles impactos de la investigación. La confidencialidad se mantendrá en todo momento, tratando la información sensible y los datos del suelo de manera anónima y agregada para proteger la privacidad de los participantes y las características específicas de las ubicaciones. Se tomarán medidas para reducir el impacto ambiental durante los ensayos de campo, limitando la alteración del entorno natural y urbano y manejando adecuadamente los residuos generados. Asimismo, el estudio se conducirá con integridad y transparencia, registrando y analizando los datos de forma imparcial, reconociendo las limitaciones del estudio y citando todas las fuentes consultadas para garantizar la ética en la presentación de resultados.

FUENTES DE INFORMACIÓN

Alzate, M. (2021). Zonificación de comportamiento de micropilotes sometidos a pruebas de carga [Tesis de Ing. Civil, Universidad de Antioquia]. Repositorio Institucional. https://bibliotecadigital.udea.edu.co/handle/10495/19992    

Astocaza, E., & Astocaza, S. (2021). Interacción Suelo – Estructura en el Comportamiento Sismorresistente de una Edificación en Suelo Blando e Intermedio de la Región de Ica. [Tesis de grado, Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Cesar Vallejo]. https://repositorio.ucv.edu.pe/handle/20.500.12692/74130.

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ANEXOS

Anexo 1. Matriz de Consistencia.