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CIMENTACIONES PROFUNDAS

INGENIERÍA GEOTÉCNICA Prof.: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lazares

CIMENTACIONES PROFUNDAS CONTENIDO •Cimentaciones sobre pilotes •Generalidades •Uso •Clasificación •Transferencia de la carga del pilote •Consideraciones generales para el cálculo •Cargas que actúan sobre los pilotes •Diseño geotécnico •Resistencia por estabilidad •Pilote aislado •Pilote apoyado en roca

CIMENTACIONES PROFUNDAS Juicio de la Capacidad de Carga

qbr = 0.5γB' N γ Sγ d γ iγ g γ bγ + cN c S c d c ic g c bc + q' N q S q d q iq g q bq

N = N ' + N relleno + N cimentación M + HxHc e= N

B' = B − 2eb L' = L − 2el

CIMENTACIONES PROFUNDAS Datos básicos

(geotecnia)

Detalle

M-1

M-2

Densidad natural (kg/cm3)

1.763

1.554

Densidad máxima (kg/cm3)

1.925

1.665

Losa

Largo (m)

Ancho (m)

Cota (m)

Densidad mínima (kg/cm3)

1.422

1.302

L1

6.37

6.00

-5.50

Contenido de humedad (%)

4.3

2.8

L2

13.20

5.00

-5.00

Pasa la malla Nº200 (%)

8.8

12.3

L3

11.20

5.10

-4.00

Pasa la malla Nº4 (%)

85.2

100

L4

7.40

4.50

-6.60

Clasificación SUCS

SP-SM

SM

DEFORMACION TANGENCIAL vs. ESFUERZO DE CORTE

ESFUERZO NORMAL vs. ESFUERZO DE CORTE

1.200

1.200

1.100

1.100

1.000

1.000 Esfuerzo de Corte (kg/cm )

0.800

2

Esfuerzo Corte (kg/cm2)

0.900

0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200

0.800 0.700 0.600 0.500

¢= 29.2

0.400

º

0.300 0.200

0.100 0.000 0.00

0.900

0.100 0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.000 0.0

0.1

0.2

0.3

Deformación Tangencial (cm)

¢= 29.2 º C= 0.01 kg/cm2

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

CIMENTACIONES PROFUNDAS DISEÑO POR 1er ESTADO LIMITE (Estabilidad) (Programa FAD_versión 1.1 por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lázares)

Análisis Preliminar

06/11/2006

LOSA DE CIMENTACIÓN

Datos Generales De la Cimentación: Df (m) 0.50 B (m) 1.00 L (m) 1.00 Dnf (m) 100.00 D efectiva (m) 1.50 D analisis (m) 2.00

ESQUEMA BÁSICO DE ENTRADA DE DATOS N'(kN)= 127.53 H(kN)= 25.51 M(kN-m)=

Dnf(m)= 100

Del Suelo: γ1 (kN/m3) 17.63 γ2 (kN/m3) 15.54 γ1sat (kN/m3) 17.63 γ2sat (kN/m3) 15.54 φº 29.2 c (kPa) 1.0

Valores Normativos N' (kN) 127.53 M (kN-m) 0 H (kN) 25.51 γw (kN/m3) 10 NF afecta a Tipo y falla γs 1.25

Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas

0

Factor de mayoración 1.25(D+L+E) 1.25 1.25 1.25

γ1(kN/m3)= 17.63

Df(m)= 0.5 3

γ1sat(kN/m )= 17.63

b(m)= 1 γ2(kN/m3)= 15.54 γ2sat(kN/m3)= 15.54 φ(º)= 29.2 c(kPa)= 1

Cargas Actuantes

B/L= 1

Valores Mayorados en B N'* (kN) 159.4125 M* (kN-m) 0 H* (kN) 31.8875 Valores Minorados γ1* 16.79 γ2* 14.80 γ1*sat 16.79 γ2*sat 14.80 c* = 0.71 φ* = 24.97

Factores de Tabla 2.2 γgγ = 1.05 γgγ = 1.05 γgγ = 1.05 γgγ = 1.05 γgc = 1.40 γgtanφ = 1.20

γ1*prom 16.79 γ2*prom 14.80

Chequeo del Vuelco Excentricidades Mayorada

e*b = 0.094

<

b/3 = 0.333

cumple !!!

Normativa

eb = 0.093

<

b/3 = 0.333

cumple !!!

N'*c = 169.4125 Chequeo al Deslizamiento (F*actuantes < F*resistentes) 79.336 Hm = 31.8875 <

Se requiere: Verificar la condición de diseño de resistencia y hallar la tolerancia Método : 1er Estado Límite Carga de Diseño : 1.25(CM+CV+CS) Tipo de Suelo : Cohesivo - Friccionante Cimiento : Cuadrada Trabajo de la Base: Normales Falla : Grave : 1 Base inicial b0 Iteración con Δb : 0.1

Cumple!!!

Determinación de los Factores de Capacidad de Carga e Influencia Tipo Carga Forma Inc. Suelo Terreno

N S i d g

q 10.632 1.378 0.612 1.000 1.000

c 20.681 1.417 0.572 1.000 1.000

y 6.729 0.675 0.496 1.000 1.000

N*S*i*d*q

8.972

16.770

2.254

Términos de qbr :

75.324

11.979

13.543

qbr =

100.846 kPa

Verificando Condición de Diseño de Resistencia N'*c =

169.4125

>

Qbt =

66.854

% Tolerancia = -60.5

No es Conforme!!! Crítico!!!!

CIMENTACIONES PROFUNDAS Alternativa por baja resistencia

DISEÑO POR 1er ESTADO LIMITE (Estabilidad) (Programa FAD_versión 1.1 por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lázares) 06/11/2006


Datos Generales De la Cimentación: Df (m) 0.50 B (m) 1.50 L (m) 1.50 Dnf (m) 100.00 D efectiva (m) 2.25 D analisis (m) 2.75

ESQUEMA BÁSICO DE ENTRADA DE DATOS N'(kN)= 127.53 H(kN)= 25.51 M(kN-m)=

0

Factor de mayoración 1.25(D+L+E) 1.25 1.25 1.25

γ1(kN/m3)= 17.63

Df(m)= 0.5 3

γ1sat(kN/m )= 17.63

b(m)= 1 Hb(m)= 0.5 B/L= 1 (Suelo 2)

Hb + b(m)= 1.5

Valores Normativos N' (kN) 127.53 M (kN-m) 0 H (kN) 25.51 γw (kN/m3) 10 NF afecta a Tipo y falla γs 1.25

Valores Mayorados en B N'* (kN) 159.4125 M* (kN-m) 0 H* (kN) 31.8875 Valores Minorados γ1* 16.79 γ2* 15.86 γ1*sat 16.79 γ2*sat 15.86 c* = 0.71 φ* = 24.97

Factores de Tabla 2.2 γgγ = 1.05 γgγ = 1.05 γgγ = 1.05 γgγ = 1.05 γgc = 1.40 γgtanφ = 1.20

γ1*prom 16.79 γ2*prom 15.86

Chequeo del Vuelco Excentricidades Mayorada

e*b = 0.088

<

b/3 = 0.500

cumple !!!

Normativa

eb = 0.085

<

b/3 = 0.500

cumple !!!

γ2(kN/m3)= 16.65 γ2sat(kN/m3)= 16.65 φ(º)= 29.2 c(kPa)= 1

Del Suelo: γ1 (kN/m3) 17.63 γ2 (kN/m3) 16.65 γ1sat (kN/m3) 17.63 γ2sat (kN/m3) 16.65 φº 29.2 c (kPa) 1.0

Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas

(Suelo 1) Dnf(m)= 100

Cargas Actuantes

N'*c = 181.9125 Chequeo al Deslizamiento (F*actuantes < F*resistentes) Hm = 31.8875 < 85.787

Cumple!!!

Determinación de los Factores de Capacidad de Carga e Influencia Tipo Carga Forma Inc. Suelo Terreno

N S i d g

q 10.632 1.411 0.637 1.000 1.000

c 20.681 1.454 0.599 1.000 1.000

y 6.729 0.647 0.526 1.000 1.000

N*S*i*d*q

9.561

18.027

2.288

Términos de qbr :

80.264

12.877

24.028

qbr =

117.168 kPa

Verificando Condición de Diseño de Resistencia N'*c =

181.9125

<

Qbt =

189.593

% Tolerancia = 4.2

Conforme!!! Optimo!!!!

CIMENTACIONES PROFUNDAS Deformación y Empujes Asentamiento Esperados

DISEÑO POR 2do ESTADO LIMITE (Deformación) (Programa FAD_versión 1.1 por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lázares) 06/11/2006


Datos Generales De la Cimentación: Del Suelo: Df (m) 0.50 γ1 (kN/m3) 17.63 B (m) 1.50 γ2 (kN/m3) 16.65 L (m) 1.50 γ1sat (kN/m3) 17.63 Dnf (m) 100.00 γ2sat (kN/m3) 16.65 D efectiva (m) 2.25 φº 29.2 D analisis (m) 2.75 c (kPa) 1.0

Cargas Actuantes Valores Normativos N' (kN) 127.53 M (kN-m) 0 H (kN) 25.51 γw (kN/m3) 10 NF afecta a IL= 0.00

Coeficientes de Condiciones de Trabajo del Suelo y del Tipo de Estructura L/H= 0.50 γc1 = 1.30 k= 1.0 Coeficiente de Fiabilidad Coeficiente de Influencia de la Longitud de la Cimentación

γc2 = 1.30

Asentamiento Inmediato - Método Elástico Tipo de Suelo SM N'*c = 181.9125 kN q 8.24159021 (ton/m2) Relación de Poisson (μ) 0.25 Módulo de Elasticidad (Es) Factor de Forma (If) Si=

Chequeo del Vuelco eb = 0.085

Valores Minorados γ1* 17.12 γ2* 16.17 γ1*sat 17.12 γ2*sat 16.17 c* = 0.77 φ* = 26.93

<

Determinación de los Factores de Influencia Tipo y q M 0.905 4.621 M' 0.777 4.108 Condición de Diseño por Linealidad P = 66.68

<

(ton/m2) (cm/m) cm

kz= 1.0

Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas Valores Mayorados en B Factor de mayoración D+0.5L 1 N'* (kN) 127.53 1 M* (kN-m) 0 1 H* (kN) 25.51 Factores de Tabla 3.3.1 γgγ = 1.03 γgγ = 1.03 γgγ = 1.03 γgγ = 1.03 γgc = 1.30 γgtanφ = 1.10

500 82 1.90

q=13 tn/ml

γ1*prom 17.12 γ2*prom 16.17

Material compactado de cantera

0.5 m

Suelo natural compactado

0.5 m

Suelo natural arenoso encontrado en la zona

1.6 m

Losa de concreto b/6 = 0.250

cumple !!!

c 7.128 6.118

q=13 tn/ml

R' = 99.22

Conforme!!!


Qadm suelo < Qcargas impuestas






CIMENTACIONES PROFUNDAS Q (carga) Caso de un pilote flotante: Qfuste > Qpunta

Qpunta

Qfuste Qtotal

S (asiento)

Qβtotal = Qβpunta + Qhfuste


1,6 Arenas

1,4

Eficiencia E

1,2 1,0 0,8 Arcillas

0,6 0,4 0,2 0 0

2

4

6

8

Espaciado S/D Figura 8.33 Coeficiente de eficiencia para grupos de pilotes (Oteo, 1980)




CONTENIDO • Cimentaciones sobre pilotes •Generalidades •Uso •Clasificación • • • •

Transferencia de la carga del pilote Consideraciones generales para el cálculo Cargas que actúan sobre los pilotes Diseño geotécnico •Resistencia por estabilidad •Pilote aislado •Pilote apoyado en roca


CIMENTACIONES PROFUNDAS PARTES DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES

CIMENTACIONES PROFUNDAS USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES






CIMENTACIONES PROFUNDAS Clasificación de las cimentaciones sobre pilotes 1.- Según su instalación - Pilotes aislados -Grupo de pilotes 2.- Según el tipo de carga que actúa sobre el pilotes - A compresión - A tracción - A flexión -A flexo – compresión 3.- Según el tipo de material del pilote - De madera - De concreto - De concreto armado - De acero o metálico - Pilotes combinados o mixtos

CIMENTACIONES PROFUNDAS Clasificación de las cimentaciones sobre pilotes 4.- Según la interacción Suelo – Pilote - Pilotes resistentes en punta - Pilotes resistentes en fuste o a fricción - Pilotes resistentes en punta y fuste simultáneamente 5.- Por la forma de la sección transversal - Cuadrados - Doble T -T

- Circulares - Prismáticos - Otros

6.- Por la forma en que se construyen- Pilotes prefabricados hincados sin extracción previa de suelo - Pilotes hincados por vibración, con o sin perforación del suelo - Pilotes de concreto armado con camisa, hincados con relleno parcial o total - Pilotes fundidos in situ de concreto o concreto armado




CIMENTACIONES PROFUNDAS Consideraciones generales para el cálculo 1.- Requisitos que debe cumplir una cimentación de pilotes bien proyectada - Profundidad adecuada - Segura contra una posible falla - Estabilidad - No asentarse 2.- Proyectar una cimentación de pilotes, significa precisar: - Tipo de pilote - Longitud del pilote - Sección transversal del pilote - Cantidad de pilotes - Espaciamiento entre pilotes - Profundidad del nivel de solera del cabezal - Dimensionamiento del cabezal y diseño estructural de este y los pilotes

CIMENTACIONES PROFUNDAS Consideraciones generales para el cálculo 3.- Combinaciones de cargas para el diseño - Estados limites: 1) 1,5 CM + 1,8 CV 2) 1,25 (CM + CV + CE) 3) 0,9 CM + 1,25 CE - Factor de seguridad: 1) CM + CV 2) CM + CV + CE 3) CM + CE - Para el diseño por deformación * Suelos Cohesivos 1) CM + 0,5 CV * Suelos Friccionales 1) CM + CV + CE ( solo la M’)

CIMENTACIONES PROFUNDAS Consideraciones generales para el cálculo 4.- Las propiedades físico – mecánicas del suelo y las rocas utilizadas en el diseño - Resistencia a cortante no drenado - Suelos cohesivos - Consolidado drenado o lento - Suelos friccionales

CIMENTACIONES PROFUNDAS - Determinación de las cargas que actúan sobre los pilotes

CIMENTACIONES PROFUNDAS -Diseño Geotécnico de cimentaciones sobre pilotes El diseño geotécnico de cimentaciones sobre pilotes debe realizarse atendiendo a los estados límites o criterios siguientes: 1. Estado límite o criterio de estabilidad 2. Estado límite o criterio de deformación

La carga resistente por estabilidad de un pilote aislado se puede determinar por los siguientes métodos: Fórmulas de la teoría de plasticidad Métodos dinámicos Métodos del penetrómetro estático Prueba de carga estática



-Carga resistente por estabilidad de un pilote aislado La carga resistente por estabilidad de un pilote aislado se determina según: * Método de los estado límites Q*v = Q*p + Q*f * Método del factor de seguridad global Qv = Qp + Qf


Carga resistente por estabilidad del pilote apoyado en roca * Método de los estado límites Q*v = Q*p Q*p = Ap. R* * Método del factor de seguridad global Qv = Qp Qp = Ap. R Ap – Área del pilote en punta R* ó R – Resistencia a compresión no confinada en roca, de cálculo (R*) ó normativa (R)


R.Q.D. = Longitud de los pedazos de núcleos de más de 10 cm. x 100 Longitud del sondeo Valores de R.Q.D. 25 < RQD ≤ 50 50 < RQD ≤ 75 75 < RQD ≤ 90 90 < RQD ≤ 100

VALORES DE Ksq 0,1 0,3 0,75 1,0

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