Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas

CIMENTACIONES PROFUNDAS

INGENIERÍA GEOTÉCNICA

Prof.: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lazares


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.


Recordando:

Juicio de la Capacidad de Carga

qqqqqqccccccbr bgidSNqbgidScNbgidSNBq ''5.0

ncimentaciórelleno NNNN '

N

HxHcMe

l

b

eLL

eBB

2'

2'


Losa Largo (m) Ancho (m) Cota (m)

L1 6.37 6.00 -5.50

L2 13.20 5.00 -5.00

L3 11.20 5.10 -4.00

L4 7.40 4.50 -6.60

Detalle M-1 M-2

Densidad natural (kg/cm3) 1.763 1.554

Densidad máxima (kg/cm3) 1.925 1.665

Densidad mínima (kg/cm3) 1.422 1.302

Contenido de humedad (%) 4.3 2.8

Pasa la malla Nº200 (%) 8.8 12.3

Pasa la malla Nº4 (%) 85.2 100

Clasificación SUCS SP-SM SM

DEFORMACION TANGENCIAL vs. ESFUERZO DE CORTE ESFUERZO NORMAL vs. ESFUERZO DE CORTE

¢=

C=

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

1.100

1.200

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Deformación Tangencial (cm)

Esfu

erz

o C

ort

e (

kg

/cm

2)

ESFUERZO NORMAL vs. ESFUERZO DE CORTE

¢= º

¢= º

C= kg/cm2

29.2

0.01

29.2

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

1.100

1.200

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

kg

/cm

2)

Datos básicos (geotecnia)


N'(kN)= 127.53

H(kN)= 25.51

M(kN-m)= 0

Dnf(m)= 100 γ1(kN/m3)= 17.63

Df(m)= 0.5

γ1sat(kN/m3)= 17.63

b(m)= 1

γ2(kN/m3)= 15.54

γ2sat(kN/m3)= 15.54 B/L= 1

φ(º)= 29.2

c(kPa)= 1

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

Base inicial b0 : 1

Iteración con Δb : 0.1

ESQUEMA BÁSICO DE ENTRADA DE DATOS

(Programa FAD_versión 1.1 por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lázares)

06/11/2006 LOSA DE CIMENTACIÓN

Datos Generales Cargas Actuantes

Df (m) 0.50 γ1 (kN/m3)1 7 . 6 3 N ' ( k N ) 1 2 7 . 5 3

B ( m ) 1 . 0 0 γ 2 ( k N / m 3 ) 1 5 . 5 4 M ( k N - m ) 0

L ( m ) 1 . 0 0 γ 1 s a t ( k N / m 3 ) 1 7 . 6 3 H ( k N ) 2 5 . 5 1

D n f ( m ) 1 0 0 . 0 0 γ 2 s a t ( k N / m 3 ) 1 5 . 5 4 γ w ( k N / m 3 ) 1 0

D e f e c t i v a ( m ) 1 . 5 0 φ

º2 9 . 2

NF afecta a

D analisis (m) 2.00 c (kPa) 1.0 Tipo y falla γs1 . 2 5

Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas

1.25(D+L+E) 1.25 N'* (kN) 159.4125

1.25 M* (kN-m) 0

1.25 H* (kN) 31.8875

γgγ = 1.05 γ1*1 6 . 7 9 γ 1 * p r o m 1 6 . 7 9

γgγ = 1.05 γ2*1 4 . 8 0 γ 2 * p r o m 1 4 . 8 0

γgγ = 1.05 γ1*sat1 6 . 7 9

γgγ = 1.05 γ2*sat1 4 . 8 0

γgc = 1.40 c* = 0.71

γgtanφ = 1.20 φ* = 2 4 . 9 7

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)

Hm = 31.8875 < 79.336 Cumple!!!

Determinación de los Factores de Capacidad de Carga e Influencia

Tipo q c y

Carga N 10.632 20.681 6.729

Forma S 1.378 1.417 0.675

Inc. i 0.612 0.572 0.496

Suelo d 1.000 1.000 1.000

Terreno g 1.000 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 No es Conforme!!!

% Tolerancia = -60.5 Crítico!!!!

Factores de Tabla 2.2 Valores Minorados

DISEÑO POR 1er ESTADO LIMITE (Estabilidad)

Valores Mayorados en BFactor de mayoración

Valores NormativosDel Suelo:De la Cimentación:

Análisis Preliminar


N'(kN)= 127.53

H(kN)= 25.51

M(kN-m)= 0

(Suelo 1)

Dnf(m)= 100 γ1(kN/m3)= 17.63

Df(m)= 0.5

γ1sat(kN/m3)= 17.63

b(m)= 1

Hb(m)= 0.5

B/L= 1

(Suelo 2) Hb + b(m)= 1.5

γ2(kN/m3)= 16.65

γ2sat(kN/m3)= 16.65

φ(º)= 29.2

c(kPa)= 1

ESQUEMA BÁSICO DE ENTRADA DE DATOS




Df (m) 0.50 γ1 (kN/m3)1 7 . 6 3 N ' ( k N ) 1 2 7 . 5 3

B ( m ) 1 . 5 0 γ 2 ( k N / m 3 ) 1 6 . 6 5 M ( k N - m ) 0

L ( m ) 1 . 5 0 γ 1 s a t ( k N / m 3 ) 1 7 . 6 3 H ( k N ) 2 5 . 5 1


D e f e c t i v a ( m ) 2 . 2 5 φ

º2 9 . 2

NF afecta a

D analisis (m) 2.75 c (kPa) 1.0 Tipo y falla γs1 . 2 5


1.25(D+L+E) 1.25 N'* (kN) 159.4125

1.25 M* (kN-m) 0

1.25 H* (kN) 31.8875

γgγ = 1.05 γ1*1 6 . 7 9 γ 1 * p r o m 1 6 . 7 9

γgγ = 1.05 γ2*1 5 . 8 6 γ 2 * p r o m 1 5 . 8 6

γgγ = 1.05 γ1*sat1 6 . 7 9

γgγ = 1.05 γ2*sat1 5 . 8 6

γgc = 1.40 c* = 0.71

γgtanφ = 1.20 φ* = 2 4 . 9 7

Chequeo del Vuelco

Excentricidades

Mayorada e*b = 0.088 < b/3 = 0.500 cumple !!!

Normativa eb = 0.085 < b/3 = 0.500 cumple !!!

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 q c y

Carga N 10.632 20.681 6.729

Forma S 1.411 1.454 0.647

Inc. i 0.637 0.599 0.526

Suelo d 1.000 1.000 1.000

Terreno g 1.000 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 Conforme!!!

% Tolerancia = 4.2 Optimo!!!!

Factores de Tabla 2.2 Valores Minorados

DISEÑO POR 1er ESTADO LIMITE (Estabilidad)

Valores Mayorados en BFactor de mayoración


Alternativa por baja resistencia




Df (m) 0.50 γ1 (kN/m3)1 7 . 6 3 N ' ( k N ) 1 2 7 . 5 3

B ( m ) 1 . 5 0 γ 2 ( k N / m 3 ) 1 6 . 6 5 M ( k N - m ) 0

L ( m ) 1 . 5 0 γ 1 s a t ( k N / m 3 ) 1 7 . 6 3 H ( k N ) 2 5 . 5 1


D e f e c t i v a ( m ) 2 . 2 5 φ

º2 9 . 2

NF afecta a

D analisis (m) 2.75 c (kPa) 1.0 IL= 0.00

Coeficientes de Condiciones de Trabajo del Suelo y del Tipo de Estructura

L/H= 0.50 γc1 = 1.30 γc2 = 1.30

Coeficiente de Fiabilidad k= 1.0

Coeficiente de Influencia de la Longitud de la Cimentación kz= 1.0


D+0.5L 1 N'* (kN) 127.53

1 M* (kN-m) 0

1 H* (kN) 25.51

γgγ = 1.03 γ1*1 7 . 1 2 γ 1 * p r o m 1 7 . 1 2

γgγ = 1.03 γ2*1 6 . 1 7 γ 2 * p r o m 1 6 . 1 7

γgγ = 1.03 γ1*sat1 7 . 1 2

γgγ = 1.03 γ2*sat1 6 . 1 7

γgc = 1.30 c* = 0.77

γgtanφ = 1.10 φ* = 2 6 . 9 3

Chequeo del Vuelco

eb = 0.085 < b/6 = 0.250 cumple !!!

Determinación de los Factores de Influencia

Tipo y q c

M 0.905 4.621 7.128

M' 0.777 4.108 6.118

Condición de Diseño por Linealidad

P = 66.68 < R' = 99.22 Conforme!!!

Factores de Tabla 3.3.1 Valores Minorados

DISEÑO POR 2do ESTADO LIMITE (Deformación)

Factor de mayoración Valores Mayorados en B



Asentamiento Esperados

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) 500 (ton/m2)

Factor de Forma (If) 82 (cm/m)

Si= 1.90 cm

0.5 m

0.5 m

1.6 m

Material compactado de cantera

Suelo natural compactado

Suelo natural arenoso

encontrado en la zona

q=13 tn/ml

q=13 tn/ml

Losa de concreto

Deformación y Empujes


A pesar de las iteraciones efectuadas, se presenta

el problema en que:

Qadm suelo < Qcargas impuestas


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.


Partes de las Cimentaciones sobre Pilotes


USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES


1.- Según su instalación

- Pilotes aislados

-Grupo de pilotes

Clasificación de las cimentaciones sobre 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


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 - Circulares

- Doble T - Prismáticos

- T 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.


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.

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’)


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



- Determinación de las cargas que actúan sobre los pilotes


-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*)

o 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. VALORES DE Ksq

25 < RQD ≤ 50 0,1

50 < RQD ≤ 75 0,3

75 < RQD ≤ 90 0,75

90 < RQD ≤ 100 1,0

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