Briaud-Fundaciones Bajo Cargas Estaticas LRFD (Spanish)

1

Jean Louis BRIAUD1

TEXAS A&M UNIVERSITY

Deeyvid SAEZ BARRIOS2

1. Presidente de ISSMGE, Profesor Titular-Catedrático-Buchanan-, Texas A&M University

2. Estudiante de Doctorado y Asistente de Investigación, Texas A&M University

Abril 2010

TEORIA PRACTICA

Abril 2010

1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD).

2. Determinación de las propiedades del Suelo

3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo CargasVerticales

CONTENIDO DE LA PRESENTACION

4. Instalación de Pilotes

5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales

6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo CargasVerticales

7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales

8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos,Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes andSocavación)

9. El papel de los Ensayos de Carga

10. Conclusiones

Jean Louis BRIAUD – TEXAS A&M UNIVERSITY

1

2

DISEÑO BAJO FACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA (LRFD)

→ DISEÑO BAJO CARGAS DE TRABAJO

RL FS 2 0 3 0

→ DISEÑO BAJO FACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA(LRFD)

γ=1.0 to 2.0RL

FSL = FS≈ 2.0 to 3.0


L= Carga γ = Factor de Carga

R= Resistencia Φ = Factor de Resistencia ϕγ

=FS

γ 1.0 to 2.0φ=0.30 to 0.90

RL ϕγ =

→ VALORES IMPORTANTES DE FACTORES DE CARGA EN INGENIERÍADE FUNDACIONES

∑ ∑=n n

RL ϕγ


Σγi Li= 1.25DL + 1.75LL Para Carga Última

Σγi Li= 1.0DL + 1.0LL Para Asentamientos en Arenas & Asentamiento Inmediato en Arcillas

∑ ∑= =

=i i

iiii RL1 1

ϕγ

Σγi Li= 1.0DL Para Asentamiento a Largo Plazo en Arcillas


Σγi Li= 1.25DL + γEQLL+1.0EQ Para Sismos

2

3

→ VALORES IMPORTANTES DE FACTORES RESISTENCIA PARAFUNDACIONES SUPERFICIALES

∑ ∑=n

i

n

iiiii RL

1 1ϕγ


= =i i1 1Σφi R= 0.35R Para el enfoque del ángulo de fricción

--- ARENASΣφi R= 0.45R Para el ensayo de Penetración Estándar SPT

---ARENASΣφi R= 0.55R Para el ensayo del Cono de Penetración CPT

---ARENASΣ R 0 60R P l d l i t i t t


Σφi R= 0.60R Para el ensayo de la resistencia portante no-drenada del suelo---ARCILLAS

Σφi R= 0.50R Para el Ensayo del Cono de Penetración ---ARCILLAS

Su= Resistencia al corte no drenada del suelo

∑ ∑=n n

RL ϕγ


→ VALORES IMPORTANTES DE FACTORES RESISTENCIA PARAPILOTES HINCADOS

∑ ∑= =

=i i

iiii RL1 1

ϕγ

Σφi R= 0.56R a 0.70R (Verif.) Para Método αSu--- EN ARCILLAS

Σφi R= 0.36R a 0.45R (Verif.) Para el Ensayo SPT ---EN ARENAS

Σ R 0 44R 0 55R (V if ) P l E CPT EN ARENAS


Σφi R= 0.44R a 0.55R (Verif.) Para el Ensayo CPT---EN ARENAS

Utilizar 0.85φ(en compresión) Para φ(en levantamiento)


3

4

∑ ∑=n n

RL ϕγ

→ VALORES IMPORTANTES DE FACTORES RESISTENCIA PARAPILOTES PERFORADOS


∑ ∑= =

=i i

iiii RL1 1

ϕγ

Σφi R= 0.65R Para el Método αSu ---EN ARCILLAS

Σφi R= 0.55R Para el Método 9Su ---EN ARCILLAS

Σφ R= 0 65R Para el Método βσ’ EN ARENAS


Σφi R= 0.55R Para el Método 0.057N ---EN ARENAS

Utilizar 0.85φ(en compresión) para φ(en levantamiento)

Σφi R= 0.65R Para el Método βσ V ---EN ARENAS


1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD)










10. Conclusiones


4

5

http://www.earth-engineers.com/DSC01903.JPG

ESTUDIO DE SUELO– PORQUE ES IMPORTANTE LA EXPLORACION DEL SUELO?


MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002).

ESTUDIO DE SUELO – ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARD (SPT)


5

6

Ventajas

1) Se puede adquirir una muestra de suelo

MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002)

ESTUDIO DEL SUELO – ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARD (SPT)

2) Es simple

3) Es aplicable a varios tipos de suelo

Desventajas

1) Perturbación en la muestra de suelo

2) No es aplicable para arcillas blandas o limosas

3) Pose alta variabilidad



ESTUDIO DEL SUELO – ENSAYO DEL CONO DE PENETRACION (CPT)


6

7

Ventajas

1) Es rápida y provee un perfil continuo del suelo a ensayar

Desventajas

1) Requiere de cierta habilidad por parte del operador


ESTUDIO DEL SUELO – ENSAYO DE PENETRATION DEL CONO (CPT)

suelo a ensayar.

2) Es aplicable a suelos blandos.

3) Posee una fuerte base teórica en su interpretación.

del operador.

2) No se puede obtener muestra de suelo.

3) Inadecuado para gravas o depósitos de rocas.



ESTUDIO DEL SUELO–-ENSAYO SISMICO-- “PIEZOCONO”


7

8

MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002).

ESTUDIO DEL SUELO – ENSAYO DEL PRESURIMETRO -PMT”


Ventajas

1) Posee un buen fundamento teórico en la determinación de los parámetros del suelo


ESTUDIO DEL SUELO – ENSAYO DEL PRESURIMETRO -PMT”

determinación de los parámetros del suelo.

2) Aplica para mayores áreas de terreno que el resto de las pruebas de campo.

3) Provee una curva completa de esfuerzo –deformación.

DDesventajas

1) Se requiere de cierto grado de experiencia

2) El ensayo consume bastante tiempo

3) El equipo es delicado


8

9

1. Clays and Silts:

LABORATORY TESTS

• Classification Tests,

• Undrained Shear Tests,

• Drained Shear Tests,

• Consolidation Tests

2. Sands and Gravels:• Classification Tests












10. Conclusiones


9

10

→ COMPORTAMIENTO DE SUELOS ARENOSOS Y ARCILLOSOS BAJOCONDICIONES DE CARGA

DISEÑO DE FUNDACIONES SUPERFICIALES

FSQu Qu Q (Carga)

EN ARCILLAS

FSQu

EN ARENAS

Q(Carga)Qu

allSS >FS Q

allSS <

0.1B 0.1B


B=Ancho de la fundacion

S(Asentamiento)

Carga Controla Asentamiento Controla

S(Asentamiento)

Q

D1γD1γ D

ECUACION GENERAL DE CAPACIDAD DE SOPORTE (G.B.C.E)

2γfs

fs Pp Pp

B

qqccu DNSBNScNSP 121 γγ γγ ++=

Sc, Sγ, Sq= Factores de Corrección (forma, inclinación, excentricidad y cargas inclinadas)Nc, Nγ, Nq= Factores de Capacidad de Soporte (son función del ángulo de fricción, φ)

qqccu 122γγ γγ

LA ECUACION GENERAL DE CAPACIDAD DE CARGA RARAS VECES TRABAJA


10

11

ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA FUNDACIONES SUPERFICIALES


RESULTADOS DE LA CURVA DE FUERZA - DESPLAZAMIENTO


11

12

G.B.C.E vs ECUACION DE RESISTENCIA

RESISTENCIA RESISTENCIAP

RO

FUN

DID

AD

PRO

FUN

DID

AD


P

LA ECUACION DE RESISTENCIA SIEMPRE ES VALIDA

EN SUELOS ARENOSOS

Para el Ensayo del Presurimetro (PMT)DPKP Lpu γ+=Kp=1.0 para fundaciones cuadradas

Para el Ensayo del Cono de Penetración (CPT)

Kc≈ 0.20 para suelos arenosos.

Para el Ensayo De Penetración Estándar (SPT)

K 75

DqKP ccu γ+=

DNKP NkPau γ+=)(


Pl= Presión límite de la prueba PMT.N= Número de golpes por pie de penetración,

determinado del ensayo SPT.

qc= Resistencia de punta del cono.

KN=75

12

13

EN SUELOS ARCILLOSOS

Mediante el cálculo de la resistencia al corte no DNSP γ+=

LA ECUACION DE RESISTENCIA SIEMPRE ES VALIDA

drenada del suelo, Su

Nc≈6.0 para fundaciones cuadradas.

DNSP cuu γ+

Para el Ensayo del Presurimetro (PMT)

Kp=1.0 para fundaciones cuadradas

Para el Ensayo del Cono de Penetración (CPT)

K ≈ 0.40 para suelos arcillosos .

DPKP Lpu γ+=

DqKP ccu γ+=


Kc≈ 0.40 para suelos arcillosos .

Su= Resistencia al corte no

drenada del suelo

Pl= Presión límite de la prueba PMT.N= Número de golpes por pie de penetración,

determinado del ensayo SPT.

qc= Resistencia de punta del cono.

ZONA DE INFLUENCIA EN FUNDACIONES SUPERFICIALES

BZi B

Zi


FUNDACIONES CUADRADAS

FUNDACIONES CORRIDAS

FUNDACIONES RECTANGULARES

BLBZ i ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

24BZ i 2= BZ i 4=

13

14

CARTA DE INFLUENCIA DE NEWMARK

(MURTHY, 2002)

INCREMENTO DE ESFUERZO BAJO LA FUNDACION


(SOWER, G. 1961 ; MURTHY, 2002)

MÉTODO DEL BULBO DE PRESIÓN



14

15

MÉTODO DE RELACIÓN DE 2:1 Q

Fundación Corrida Fundación Rectangular


∆σ2

12

1

B

z

( )BzQ+

=Δ'σ

Fundación Cuadrada

( )2BzQ+

=Δσ

Fundación Rectangular

( )( )LzBzQ

++=Δσ

Fundación Circular

( )24

DzQ+

=Δπ

σ∆σ(2:1)


B z/2z/2

Q’ = Carga por unidad de longitud ∆σ= distribución real de presión en el suelo ∆σ(2:1)= presión promedio determinada con

el método de 2:1

σ'

σ'+∆σ’

σ' Curva de Esfuerzo-deformación l l d d l i b

CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES

--MÉTODO GENERAL-

Hi σv uo σ'v ∆σ’ εb εa ∆H=∆εxHi

H1

εεb εa

calculada de cualquier prueba aplicable

∑ =Δ=

n

i iT HH1

H2

H3

H4

Zi


15

16

--TEORÍA DE CONSOLIDACIÓN-

σ'eo

e

σvo' σvo

'+∆σ'

C

Arcillas Normalmente Consolidadasσp'

⎞⎛ ΔH ''


e1

e2

Cr1

Arcillas PreconsolidadasSi σ’

vo+Δσ’ < σ’p

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ++

=o

o

v

vvcc e

HCs '

0

0 log1 σ

σσ

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛ Δ+

=o vv

rcHCs '

''0 log

1

σσ

e

Cc

1


Si σ’vo+Δσ’ > σ’

p

σ'p= máxima presión experimentada por el suelo en el pasado

⎟⎠

⎜⎝+ ov

rc e '0

g1 σ

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+=

p

vvc

v

prc

oCCe

Hs '

''

'

'

0

0 loglog1

0σ

σσσσ

--CONSOLIDACIÓN- ASENTAMIENTO EN FUNCIÓN DEL TIEMPO-

v

drv

CHTt

2

= ( )

maxHH

U tave Δ

Δ=


H1

H2

HZi

50% 90% Tiempo, t

Hdr=distancia de drenaje mas corta

Uave= grado de consolidación promedio

H3

H4

Consolidación, ΔH

∆Hmax


16

17

--ASENTAMIENTO ELÁSTICO--Q ( ) ;1 2

EBqIS e

ν−=

BLQq =


B

E≈100 Su para arcillas E≈750 N(SPT) para arenas limpiasE≈450 N(SPT) para arenas limosas

I=0.88 I=π/45.0

88.0 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

BLI

FACTORES DE FORMA


⎠⎝ B

VISTA DE PLANTAB

B B

L D

--MÉTODO DE LA CURVA DE ESFUERZO–DESPLAZAMIENTO DEL PMT--

PMT


P

2Ro

∆R

P P


∆R/Ro

PL Esfuerzo Límite

17

18

0 . 2 4

O

s RB R

Δ=



pdeBLf PffffP .... ,/ Γ= βδ

( )Bef e /33.01 −= Excentricidad

( ) 1.0, /18.0 BDf DB += Proximidad a una Pendiente

( )LBf BL /2.08.0/ += Forma

( ) 21

90/tan1 ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

−vh FFf δ Inclinación





18

19







19

20

ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO


ENSAYOS DE LABORATORIO

→Contenido de Agua & Peso Unitario

→Límites de Atterberg

ENSAYOS EN SITIO

→ Ensayos de “Borehole Shear & Cross-Hole Wave”

→ Ensayo de Penetración del


→Límites de Atterberg

→Densidad Relativa

→Ensayo Tri-axial

→Ensayo de Resonancia de Columna

→ Ensayo de Penetración del “PiezoCone”

→ Ensayo del Dilatómetro

→ Ensayo del Presurimetro

→ Ensayo de “Step Blade”

→ Ensayo de Penetración Estándar & E d P t ió d l& Ensayo de Penetración del Cono.


20

21





21

22


n

tt

SS

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

11

Modelo de“Creep”




22

23



RESULTADOS IMPORTANTES OBTENIDOS

Pu (kPa) = 75 N

LA ECUACION GENERAL DE CAPACIDAD DE SOPORTE NO FUNCIONO EN ESTE

CASO


DESAROLLO DEL METODO DE LA CURVA DE ESFUERZO-DEFORMACION UTILIZANDO EL PRESURIMETRO PMT

23

24

Comparación entre de la capacidad de carga calculada y medida a 150 mm de Asentamiento


Comparación entre la Carga Calculada y Medida a 25 mm de Asentamiento


Monumento de San JacintoHouston (1936)

CARGAS:

Presión Absoluta= 224 kPa

Presión Max (Muerta + Viento) = 273 kPa

Excavación= - 83 kPa

EJEMPLO - MONUMENTO DE SAN JACINTO

Presión Neta =141 kPa

Presión Neta después de vaciado del

Mat = 10 kPa

Presión de las Terrazas = 34 kPa & 84 kPa


24

25

ESTRATIGRAFIA - MONUMENTO DE SAN JACINTO


PROPIEDADES DEL SUELO


25

26

CARACTERISTICAS DE CONSOLIDACION


DISTRIBUCION DE ESFUERZOS


26

27

CARACTERISTICAS DE CONSOLIDACION


ASENTAMIENTO EFECTIVO


27

28

DESCRIPCION S(m)CASO 8a (Incluyendo rebote del

0 60

ASENTAMIENTO EFECTIVO

( ysuelo)

0.607

CASO 7a (Sin incluir rebote del suelo)

0.370

PREDICCION DE DAWSON 0.187


ASENTAMIENTO MEDIDO 0.329











10. Conclusiones


28

29

PILOTES PERFORADOS→ Concreto (perforación en

seco o húmeda “mud”), demadera o acero.

→ Se utiliza en suelos duros

PILOTES HINCADOS→ Pilotes de madera,

concreto o acero.

→ Se utilizan en suelosblandos.

DISENO DE FUNDACIONES PROFUNDAS-TIPOS DE PILOTES

o cuando se tienengrandes cargas.

→ Dímetros Nominales entre0.40 a 4.0 m.

→ Longitudes típicas entre 3m a 45 m.

→ Diámetros Nominalesentre 0.30 a 3.0 m.

→ Longitudes típicas entre3.0 m a 60 m.

PILOTES A CAPACIDAD DE PUNTA

PILOTES A FRICCION


WW

ANALISIS DE PILOTES HINCADOSN (bpf)

“Set-Up”

ΣN (bpf)

W

I-II-

s

s

III-

FINAL DEL HINCADO DEL PILOTE


29

30

http://www.vibropile.com.auhttp://www.coastalcaisson.com

PERFORACION EN

INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS

PERFORACION EN SECO

PERFORACION HUMEDA

UTILIZANDO UNAUTILIZANDO UNA CAMISA DE ACERO


http://www.moretrench.com/~moretren/cmsAdmin/uploads/thumb2/Drilled_Shafts_001.jpg

PERFORACION EN SECO- INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS


30

31

http://www.kbtech.com/images/photos/Anderson%2022%20Cobble%20on%20Auger%20Pilot.jpg

PERFORACION HUMEDA- INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS


http://www.agrafoundations.ca/images/large/3.0-Bored-Piles/Thumb-2.jpg

INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS UTILIZAND UNA CAMISA DE ACERO


31

32

WAK

BULBO DE CONCRETO, CAPA DURA≈ EXTREMO FIJO

V

ENSAYOS NO- DESTRUCTIVOS PARA PILOTES PERFORADOS

tiempo

cLt 2

=

at A

FL

A

COMP. COMP.

tiempo

cLt 2

=

at A


ESTRICCION, CAPA DEBIL≈ EXTREMO LIBRE

VWAK

ENSAYOS NO- DESTRUCTIVOS PARA PILOTES PERFORADOS

F

tiempo

cLt 2

=

at A

L

A

COMP. TENS.

tiempo

cLt 2

=

at A


32

33

HINCADO DE PILOTEShttp://images.google.com/imgres?imgurl=http://www2.dot.ca.gov/hq/esc/geotech/projects/t


h

W

Carga, Q

ANALISIS DEL HINCADO DE PILOTES

2300

)(

cN

eWhR mm

UD

+=

L R

stst

sbAsentamiento, s


33

34

RUD

RUD

RUDEnergía

Total EnergíaElástica

5.2)(

maxmm

UD

eWhR =

ANALISIS DEL HINCADO DE PILOTES

300)(eWh

R mmUD =

Np75

e=eficiencia de la máquina

W= peso del martillo

Scs

2300 c

N

UD

+


h= altura de caída del martillo

Np= número de golpes por pie

C= compresión elástica

RUD= resistencia ultima del pilote terminada el hincado

ANALISIS DE LA ECUACION DE ONDA

2

2

2

2

tU

ER

AED

zU

∂∂

=−∂∂ ρπ

Ecρ

= Velocidad de Onda

WAK

ρ

RUD

ρ=densidad del pilote

E=módulo elástico

A=area de la sesión transversal del pilote

RUD= resistencia última del pilote al final delhincado

D


Np

L

34

35

WAK WAK

ANALISIS DE LA ECUACION DE ONDA

D D


L L

+-

+

+

Suelo Blando Suelo Firme

Software: CAPWAP

Proceso de HincadoCapacidad del PiloteI id d d l il

ANALIZADOR DE HINCA DE PILOTES

h

W

Integridad del piloteEsfuerzo a lo largo del pilote

DEFORMACIONL R

Medidores de deformación y

aceleración

st


ACELERACIONsb

tiempo

35

36











10. Conclusiones


pufuu QQQ +=

ApAfQ +

Qu

Qu

Cargas de

CAPACIDAD DE SOPORTE ULTIMA DE UN PILOTE

pusuu ApAfQ +=

fu= Resistencia Última de Fricción Superficial (kPa)

As= Área Superficial del Pilote

L fu Qfu

Carga Última

Cargas de Trabajo

pu= Esfuerzo Último en la Punta del Pilote (kPa)

Ap= Área Transversal en la Punta del Pilote.

pu Qpu


36

37

A Corto y Largo PlazoPara Arcillas-A Corto Plazo.uSq 9max =

Para Arcillas A Largo PlazoN'

CAPACIDAD ULTIMA DE PUNTA PARA PILOTES HINCADOS

( ) ( ) 5.0max 1000 NkPaq = Para Arenas (A Corto y Largo Plazo)

Para Arcillas –A Largo Plazo(Nq del API)

Para Arenas-A Corto y Largo Plazo

qvo Nq max σ=

qvo Nq 'max σ=

Existen Otros Métodos basados en el Ensayo del Presurimetro y en el Ensayo de Penetración del Cono

Frank, R. (1997), Calcul des Fondations Superficielles et Profondes, Presses de L’Ecole Nationale des Ponts et Chaussees, pp141


(Nq del API)

A Corto y Largo Plazo

RESISTENCIA ULTIMA DE FRICCION PARA PILOTES HINCADO EN SUELOS ARCILLOSOS

uu Sf α=max'

max vuf βσ=


37

38

Pilotes en Arena

A corto y Largo Plazo'

max vuf βσ=

RESISTENCIA ULTIMA DE FRICCION PARA PILOTES HINCADOs EN SUELOS ARENOSOS

( ) ( ) 7.0max 5 NkPafu =

N=SPT número de golpes

Utilizar fumax=0.75fumax (Hincado)

para pilotes perforados


Para Suelos Arcillosos:KPaSSuf 275550 ≤=

Método de Reese & O’NeilNc

Ciment. Corrida

Ciment. Cuadrada

CAPACIDAD DE SOPORTE ULTIMA DE UN PILOTE PERFORADO

KPaSSuf uu 27555.0 ≤=

92.016; ≤⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+==

bcucu B

LNSNP

0.5' ; 1 .5 0.135( ( )) ;f z ftβσ β= = −

D/B

Para Suelos Arenosos:; 1 .5 0.135( ( )) ;

0.25 1.2; 200u v

u

f z ftf kPa

βσ ββ≤ ≤ ≤


Pu(kPa)=57 NSPT for 0≤ NSPT≤75 golpes por pie

Pu= 4300 kPa for NSPT≥ 75 golpes por pie

38

39

PARA MAYOR INFORMACION REFERENTE A FRICCION NEGATIVA EN PILOTES REFIERASE A:

Software Gratis: PILNEG

http://ceprofs tamu edu/briaud/


http://ceprofs.tamu.edu/briaud/

Briaud J.-L., Tucker L.M., 1998, “Design guidelines for downdrag on uncoated and bitumen coated piles”, NCHRP Report 393, National Academy of Sciences.

Qu

Qu

PROFUNDIDAD CRITICA DE UN PILOTE

Nc

Ci C id

Ciment. Cuadrada9.0

CARTA DE SKEMPTON

L1 fu

Dc=4B

Estrato 1

D/B

Ciment. Corrida7.0

4.0Jean Louis BRIAUD – TEXAS A&M UNIVERSITY

pu

B

4B Estrato 2

39

40

Qtop

Stop

CALCULO DE ASENTAMIENTO EN PILOTES

PROCEDIMIENTO GENERAL

L

Stop

fu

AELPSS ave

basetop +=

( )?6.0 topave QP =

q Sbase


( )EBpIs base

21 υ−=

Qtop

QQwT f1

1111 21

sp AfAqP += AEPLww += 12

CALCULO DE ASENTAMIENTO EN PILOTES

P3

Qtop

P2

L1 f1

L2

w3

wT

f2

w

f

f2

w

w q1

P1

q

L3

w1

w2

f3f1

w

q


40

41











10. Conclusiones


Qupilote

Qugrupo

CAPACIDAD DE CARGA ULTIMA DE UN GRUPO DE PILOTES

L L

Zona de Influencia

upiloteugrupo enQQ =

e=factor global de eficiencia≈1.0Jean Louis BRIAUD – TEXAS A&M UNIVERSITY

41

42

BLOQUE DE FALLA DE UN GRUPO DE PILOTES EN SUELOS ARCILLOSOS

Qugrupo

L

D


( ) BLSNDLBSQ ucuubloque ++= 2

( )ubloqueupiloteugrupo QnQQ ,min=

B L

ANALISIS DE TRANSFERENCIA DE CARGA PARA UN GRUPO DE PILOTES

Qugrupo Qugrupo

2/3L L L

Estrato Firme


Transferir la Carga a 2/3 L si el estrato de suelo es uniforme

(Pilotes a Fricción)

Transferir la carga a la base del grupo de pilotes si el estrato es firme

(Pilotes a Capacidad de Punta)

42

43

10000 Pilotes de madera0.3 m de diámetro en promedio16 Niveles15 m de Longitud

CASO HISTORICO – HOSPITAL DE NEW ORLEANS

1500 MN

15 m de LongitudEstrato superficial es arcilla suave2-m de espesor de arena densa a 14.5 m

Su=20 kPa

H

H=2 m

H=14.5 m

ArenaCARGA

Ensayo de Carga Estática


Su=30 kPa

H1

H2

H3

H4

H=83.5,

H5

L

Peso del Hospital =1500 MN

Ru para un Pilote= 300 kN

10000 x Ru =3000 MN ----FS=2.0 ok.

C id d Últi d l Bl d Pil t 1200 MN

1500 MN

CASO HISTORICO – HOSPITAL DE NEW ORLEANS

Hi σv ∆σ Uo ∆σ’ εb εa ∆H=∆εxHi

Capacidad Última del Bloque de Pilotes= 1200 MN (PROBLEMA)

∆Htotal = 0.50 m

H

H=2 m

H=14.5 m

H1

H2

H3

H4

H=83.5,

H5

43

44











10. Conclusiones


DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES


44

45





45

46



CARGA HORIZONTAL ULTIMA

oov lLforlD 34

>⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=π


vlou BDpH43

=ov lLforLD <=

34/14

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

KEIl o

Pl= presión limite de la prueba PMT L=Longitud del pilote


l p p

B= ancho proyectado del pilote

E= módulo del material del pilote

I= momento de inercia

K=2.3 Eo

L Longitud del pilote

Dv=(π/lo) con Io=(4EI/K)1/4 para l>3lo

Dv=L/3 para l<lo.

Hou=carga última horizontal

lo =longitud de transferencia

46

47

CABEZAL FIJO CABEZAL LIBRE

Hou

yo

M

Hou

yo

M


Ly'o=0

L

0' ≠oy


L =longitud del pilotes

Hou =carga horizontal última

M =momento en el extremo del pilote

yo =desplazamiento horizontal el la partesuperior del pilote

y'o =deflexión en la parte superior del pilote

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL @Hou/3


oo lLforMHy 322>+= Largo y Flexible

CASO GENERAL

Pl= presión límite del ensayo PMT L=longitud del pilote

yo

oEK 3.2=

ooo

o lLforklKl

y 32 >+

( )o

oo llfor

KLMLHy <

+−= 2

322

Largo y Flexible

Corto y Rigido





K=2.3 Eo

g p

Dv=(π/lo) y Io=(4EI/K)1/4 para l>3lo

Dv=L/3 para l<lo.

Hou=carga horizontal última


47

48

CABEZAL LIBRE



o lLforHy 32>= L Fl ibl

P ió li it d l PMT

oo

o lLforKl

y 3>=

oo

o lLforLKHy <−=

4

oEK 3.2=

yo

Largo y Flexible

Corto y Rigido


Pl= presión limite del ensayo PMT




M= momento en el extremo superior

L=longitud del pilote



Ho=carga horizontal aplicada

CABEZAL FIJO



o lLforHy 3>= L Fl ibl

P ió li it d l PMT

yo

oEK 3.2=

oo

o lLforKl

y 3>=

oo

o llforKLHy <−= 2

Largo y Flexible

Corto y Rigido


Pl= presión limite del ensayo PMT




M= momento en el extremo superior

L=longitud del pilote



Ho=carga horizontal aplicada

48

49



( )( )

n

ooou

ou

tt

tHtH

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

( )( )

n

ooo

o

tt

tyty

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

CARGA LATERAL A LARGO PLAZO

n=0.01 to 0.03 en arenas

n=0.02 to 0.08 en arcillas


Hou= carga horizontal última al tiempo t

Hou= carga horizontal última al tiempo to

yo = deflexión lateral al tiempo t

yo = deflexión lateral al tiempo to

49

50

( )( )

n

tt

tRtR

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ΔΔ

( )( )⎞⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ΔΔ

−= o

ttRtR

nlog

VALORES DE “n” DEL ENSAYO DEL PRESURIMETRO

n=0.01 to 0.03 en arenasn=0.02 to 0.08 en arcillas

( ) oo ttR ⎟⎠

⎜⎝Δ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ottlog


∆R= cambio en el radio de cavidad al tiempo t.

∆R= cambio en el radio de la cavidad al tiempo to

VALORES DE “n” DEL ENSAYO DEL PRESURIMETRO


50

51

aN Nyy 1=

a promedia 0.1 para arcillas (en una y dos direcciones)

CARGA LATERALES CICLICAS

a promedia 0.08 para arenas bajo cargas en una dirección

a promedia 0 para arenas bajo cargas en dos direcciones

Ho

CARGA CICLICA EN Ho

CARGA CICLICA EN

y

UNA DIRECCION

y

DOS DIRECCIONES


aN NRR

=Δ

RR

a

Nlog1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ΔΔ

VALORES DE “a” DEL ENSAYO DEL PRESURIMETRO

EL ENSAYO PMT SOLO ES APLICABLE PARA

R 1 ( )Na

log⎠⎝=

CARGAS CICLICAS EN UNA DIRECCION


51

52

ENSAYO DEL PRESURIMETRO


ENSAYO DEL PRESURIMETRO


52

53

CARGA LATERAL EN LA CERCANIA DE UNA TRINCHERA


trenchnotrench HH λ=CARGA LATERAL EN LA CERCANIA DE UNA TRINCHERA

λ


53

54

TRABAJOS FUTUROS EN MUROS DE RETENCION


COEFICIENTE DE PRESION DE TIERRA VS MOVEMENTO/ALTURA


54

55

Hou Hou

COMPORTAMIENTO DE CABEZA L FIJO

DISEÑO DE UN GRUPO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES

L L


( ) ( )gleougroupou enHH sin=n= número pilotes

e=factor de eficiencia

Dirección de la Carga

4 DIAMETROS DE PENETRACION Y 0.5- DIAMETROS DE ESPACIAMIENTO

EFICIENCIA DE GRUPO PARA UN GRUPO DE PILOTES CARGADOS LATERALMENTE

0.33 0.360.31

Fracción de la Carga


55

56

0.20 0.18 0.14 0.20 0.28

8 DIAMETROS DE PENETRACION Y 0.5 DIAMETEROS DE ESPACIAMIENTO

EFICIENCIA DE GRUPO PARA PILOTES CARGADOS LATERALMENTE


0.21 0.17 0.17 0.18 0.26


0.19 0.19 0.19 0.19 0.24












10. Conclusiones


56

57

Movimiento del Suelo

FUNDACIONES SOBRE SUELOS SUJETOS A EXPANSION Y CONTRACCION

h= zona activaContracción-Expansión del Suelo ∆wPerfil de Contenido de Agua

d

w

i

wi

i

i

i wE

wfHH

γγ

εΔ

=Δ

=Δ

=33.0


Suelo sujeto a contracción y expansión

ContracciónQu

ExpansiónQu


L

h= zona activaLOAD

Qu

Qp


Contracción

Expansión )( hLDfL uLOAD −= π

DhfL uLOAD π=

4)(

2DphLDfL uuLOADππ +−=

57

58

LOSA RIGIDA SOBRE PILOTES


LOSA ESRUCTURAL ELEVADA SOBRE PILOTES


LOSA POSTENSADA SOBRE SUELO


LOSA RIGIDA SOBRE SUELO


58

59

FRICCION NEGATIVA EN PILOTES


COMPORTAMIENTO DE PUNTA DEL PILOTE


59

60

2(1 )4

ppunch

s

Q Dv

AEπω = −

COMPORTAMIENTO DE PUNTA DEL PILOTE

ωpunch = mov. de la punta del pilote

ν = relación de Poisson

Qp= resistencia de punta

A= área de la punta del pilote.

D= diámetro de la punta del pilote

Es= modulo del suelo Para Arcillas = Es = 100 Su = EPMT

Para Arenas=Es (kPa) = 750 N = 2 EPMT


EJEMPLO DE FRICCION NEGATIVA EN PILOTES

Capacidad Última del Pilote

Qu = 706 + 1000

Qu = 1706 kN


60

61

EJEMPLO DE FRICCION NEGATIVA EN PILOTES


Qfn(grupo)Qfn(single)

FRICCION NEGATIVA EN UN GRUPO DE PILOTES NO REVESTIDOS

LL

s s sPilotes de Esquina

Pilotes en los lados

Pilotes Internos

( ) ( )glefngrupofn QQ sin5.0=

( ) ( )glefnsidefn QQ sin40.0=

( ) ( )glefnernalfn QQ sinint 15.0=

5.2=dsfor


61

62

TIPOS DE SOCAVACION

Probable Flood Levelys(Abut) Applies ys(Cont) Applies

CL

Normal Water Level

ys(Abut)

y s(pier)y s(Cont)


is Abutment Scour Depthis Contraction Scour Depthis Pier Scour Depth

Where, ys(Abut)

y s(Cont)

y s(pier)

( )0.7( )1 ( ) ( )2.2 2.6

's Pier

w L sp pier c pier

yK K K K Fr Fr

a= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −

0.331 10.89 , for 1.43' 'w

y yK a a

⎧ ⎛ ⎞ <⎪ ⎜ ⎟= ⎨ ⎝ ⎠⎪

SOCAVACION MAXIMA EN LA PILA (Oh, 2009)

Donde,1.0 , else⎪⎩

1

1.0 , for 30Value in following Table , else

Kθ > °⎧

= ⎨⎩1.0, for whole range of /LK L a=

0.91

2.9 , for 3.42' '

1 0 elsesp

S SK a a

−⎧ ⎛ ⎞ <⎪ ⎜ ⎟= ⎨ ⎝ ⎠⎪⎩1.0 , else⎩

Shape of pier nose Shape of pier noseSquare nose 1.1 Circular cylinder 1.0Round nose 1.0 Sharp nose 0.9

1K1K


62

63

MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN(Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud)

Caso 1 – Socavación Profunda

26% Frecuencia ObservadaCaso 2 – Asentamiento De la Pila

32% Frecuencia Observada

Case 3 – Pérdida de la Superestructura


Case 4 – Pérdida de la Pila

37% Frecuencia ObservadaJean Louis BRIAUD – TEXAS A&M UNIVERSITY


126

Case 1 – Socavación Profunda

26% Frecuencia observada


63

64

Cortesía de la Universidad de Kentucky at Louisville





64

65

MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud)

129

Caso 2 – Asentamiento de la Pila

32% Frecuencia observada




65

66





66

67




134

Caso 3 – Pérdida de la Super-estructura



67

68



Hatchie River Bridge, Tennessee



68

69




138

Caso 4 – Pérdida de la Pila



69

70





70

71





71

72





72

73


Esta distancia debería de ser

mayor para reducir el riesgo de

colapso

145Jean Louis BRIAUD – TEXAS A&M UNIVERSITY

ESTRUCTURA

Y

GEOTECNIA

LA IMPORTANCIA DE LA INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

GEOTECNIA

Qu Q

S

k1


73

74











10. Conclusiones


→Los Ensayos de laboratorio generan el problema deperturbación de la muestra. Sin embargo, su aplicación es desumo valor para el correcto entendimiento de algunaspropiedades que no pueden ser determinadas con los ensayosde campo

EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO

de campo.


74

75

EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CAMPOMAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002).

→Los ensayos en sitio proporcionan una buena estimación de laspropiedades del suelo ya que reducen el problema deperturbación de la muestra.

→Su aplicación depende de la magnitud e importancia del proyecto


http://images.google.com/imgres?imgurl=http://

EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: “SONIC INTEGRITY TEST”

→ “SONIC-INTEGRITY”: es un ensayo en sitio que ayuda adeterminar potenciales problemas en pilotesperforados.


75

76

Gato Hidráulico y medidores

Q(Carga)

Qu Qu

CARGA

RXRX

EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA PILOTES

Q(Carga)

0.1B

QuQu

AEL

L

RX

ARENA

S(Asentamiento)

ARCILLA

AEQLBS e += 1.0

L

Pilotes de Reacción


http://www.earth-engineers.com/Pile%20Load%20Test%20%281%29.jpg

EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA PILOTES

→Este ensayo provee la curva de Fuerza–Desplazamiento deun pilote instalado. A partir de esta, se puede estimar laresistencia última del pilote.


76

77

ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA FUNDACIONES SUPERFICIALES

(Ensayo de Carga Estática-Texas A&M University )


EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: “STATNAMIC TEST”

www.statnamiceurope.com/

→ “The Statnamic” es otro ensayo en sitio que provee la curvade carga-desplazamiento de un pilote instalado.


77

78

“STATNAMIC TEST” PARA PILOTES

Q(Carga)

BANGQ( g )

ExplosiónGRAN MASALASER

Medidor de Carga Calibrado

stop


S(Asentamiento)

L

Sbase

INSTALACION DE LA CELDA DE OSTERBERGFROM: HTTP://WWW.LOADTEST.COMMedidores

HC

EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: EL ENSAYO DE LA CELDA DE OSTERBERG

L

Celda de medición de

Control Hidráulico

Platos de Acero

Área de Prueba

Celda de medición de carga

Área de Reacción


78

79











10. Conclusiones


Ingeniería de fundaciones requiere:

→ Un buen entendimiento de las condiciones de campo incluyendo la

CONCLUSIONES

condiciones de campo incluyendo la Geología .

→ Uso apropiado de las teorías de diseño.

→ Diseños seguros

→ Buena experiencia y juicio ingenieril.

→ especificaciones apropiadas

→ Control de calidad durante la construcción.


79

80

PARA MAYOR INFORMACION, CONSULTE:

BRIAUD, J.L., “SALLOP: Simple Approach for Lateral Loadson Piles,” Journal of Geotechnical and GeoenvironmentalEngineering, Vol. 123, No. 10, pp. 958-964, ASCE, NewYork, October 1997.

BRIAUD, J.L., The Pressuremeter, A. A. Balkema, Rotterdam,Netherlands, 1992.

ASSHTO LRFD (Load Resistance Factor Design).

BRIAUD J L GIBBENS R “B h i f Fi S d


BRIAUD J.-L., GIBBENS R., “Behavior of Five SpreadFootings in Sand,” Journal of Geotechnical andGeoenvironmental Engineering, Vol. 125, No.9, pp. 787-797,September 1999, ASCE, Reston, Virginia.

80

Briaud-Fundaciones Bajo Cargas Estaticas LRFD (Spanish)

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