Cimentaciones Profundas (Desprotegido)

CIMENTACIONES PROFUNDAS

INGENIERÍA GEOTÉCNICAProf.: 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

Juicio de la Capacidad de Carga

qqqqqqccccccbr bgidSNqbgidScNbgidSNBq ''5.0 ++= γγγγγγγ

ncimentaciórelleno NNNN ++= '

NHxHcMe +

eLLeBB

−=−=

-6.604.507.40L4

-4.005.1011.20L3

-5.005.0013.20L2

-5.506.006.37L1

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

SMSP-SMClasificación SUCS

10085.2Pasa la malla Nº4 (%)

12.38.8Pasa la malla Nº200 (%)

2.84.3Contenido de humedad (%)

1.3021.422Densidad mínima (kg/cm3)

1.6651.925Densidad máxima (kg/cm3)

1.5541.763Densidad natural (kg/cm3)

M-2M-1Detalle

DEFORMACION TANGENCIAL vs. ESFUERZO DE CORTE

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)

ESFUERZO NORMAL vs. ESFUERZO DE CORTE

¢= º

¢= ºC= kg/cm2

0.0129.2

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)

(geotecnia)Datos básicos

N'(kN)= 127.53

H(kN)= 25.51M(kN-m)= 0

Dnf(m)= 100 γ1(kN/m3)= 17.63

Df(m)= 0.5γ1sat(kN/m3)= 17.63

b(m)= 1γ2(kN/m3)= 15.54

γ2sat(kN/m3)= 15.54 B/L= 1φ(º)= 29.2

c(kPa)= 1

Se requiere:Verificar la condición de diseño de resistencia y hallar la toleranciaMétodo : 1er Estado LímiteCarga de Diseño : 1.25(CM+CV+CS)Tipo de Suelo : Cohesivo - FriccionanteCimiento : CuadradaTrabajo de la Base: NormalesFalla : GraveBase inicial b0 : 1Iteración 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) 17.63 N' (kN) 127.53B (m) 1.00 γ2 (kN/m3) 15.54 M (kN-m) 0L (m) 1.00 γ1sat (kN/m3) 17.63 H (kN) 25.51

Dnf (m) 100.00 γ2sat (kN/m3) 15.54 γw (kN/m3) 10D efectiva (m) 1.50 φº 29.2 NF afecta a D analisis (m) 2.00 c (kPa) 1.0 Tipo y falla γs 1.25

Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas

1.25(D+L+E) 1.25 N'* (kN) 159.41251.25 M* (kN-m) 01.25 H* (kN) 31.8875

γgγ = 1.05 γ1* 16.79 γ1*prom 16.79γgγ = 1.05 γ2* 14.80 γ2*prom 14.80γgγ = 1.05 γ1*sat 16.79γgγ = 1.05 γ2*sat 14.80γgc = 1.40 c* = 0.71

γgtanφ = 1.20 φ* = 24.97

Chequeo del VuelcoExcentricidades

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 yCarga N 10.632 20.681 6.729Forma S 1.378 1.417 0.675Inc. i 0.612 0.572 0.496Suelo d 1.000 1.000 1.000Terreno 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)= 25.51M(kN-m)= 0

(Suelo 1) Dnf(m)= 100 γ1(kN/m3)= 17.63

Df(m)= 0.5γ1sat(kN/m3)= 17.63

b(m)= 1Hb(m)= 0.5

B/L= 1(Suelo 2) Hb + b(m)= 1.5

γ2(kN/m3)= 16.65γ2sat(kN/m3)= 16.65

φ(º)= 29.2c(kPa)= 1

ESQUEMA BÁSICO DE ENTRADA DE DATOS

Datos Generales Cargas Actuantes

Dnf (m) 100.00 γ2sat (kN/m3) 16.65 γw (kN/m3) 10D efectiva (m) 2.25 φº 29.2 NF afecta a D analisis (m) 2.75 c (kPa) 1.0 Tipo y falla γs 1.25

1.25(D+L+E) 1.25 N'* (kN) 159.41251.25 M* (kN-m) 01.25 H* (kN) 31.8875

γgtanφ = 1.20 φ* = 24.97

Chequeo del VuelcoExcentricidades

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 yCarga N 10.632 20.681 6.729Forma S 1.411 1.454 0.647Inc. i 0.637 0.599 0.526Suelo d 1.000 1.000 1.000Terreno 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

Valores NormativosDel Suelo:De la Cimentación:

Alternativa por baja resistencia

Dnf (m) 100.00 γ2sat (kN/m3) 16.65 γw (kN/m3) 10D efectiva (m) 2.25 φº 29.2 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 EstructuraL/H= 0.50 γc1 = 1.30 γc2 = 1.30

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

D+0.5L 1 N'* (kN) 127.531 M* (kN-m) 01 H* (kN) 25.51

γgtanφ = 1.10 φ* = 26.93

Chequeo del Vuelcoeb = 0.085 < b/6 = 0.250 cumple !!!

Determinación de los Factores de InfluenciaTipo y q c

M 0.905 4.621 7.128M' 0.777 4.108 6.118

Condición de Diseño por LinealidadP = 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

Valores NormativosDel Suelo:De la Cimentación:Datos Generales Cargas Actuantes

Asentamiento Esperados

Asentamiento Inmediato - Método ElásticoTipo de Suelo SM

N'*c = 181.9125 kNq 8.24159021 (ton/m2)

Relación de Poisson (μ) 0.25Módulo de Elasticidad (Es) 500 (ton/m2)

Factor de Forma (If) 82 (cm/m)Si= 1.90 cm

Material compactado de cantera

Suelo natural compactado

Suelo natural arenoso encontrado en la zona

q=13 tn/ml

Losa de concreto

Deformación y Empujes

Qadm suelo < Qcargas impuestas

Qpunta Qfuste

Qtotal

hfuste

βpunta

βtotal QQQ +=

Q (carga)

Caso de un pilote flotante:Qfuste > Qpunta

S (asiento)

Arenas

Arcillas

00 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

PARTES DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES

USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES

1.- Según su instalación

2.- Según el tipo de carga que actúa sobre el pilotes

3.- Según el tipo de material del pilote

Clasificación de las cimentaciones sobre pilotes

- Pilotes aislados-Grupo de pilotes

- A compresión- A tracción- A flexión-A flexo – compresión

- De madera- De concreto- De concreto armado- De acero o metálico- Pilotes combinados o mixtos

Clasificación de las cimentaciones sobre pilotes

- Pilotes resistentes en punta- Pilotes resistentes en fuste o a fricción- Pilotes resistentes en punta y fuste simultáneamente

- Cuadrados - Circulares- Doble T - Prismáticos- T - Otros

- 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

4.- Según la interacción Suelo – Pilote

5.- Por la forma de la sección transversal

6.- Por la forma en que se construyen-

- Profundidad adecuada- Segura contra una posible falla- Estabilidad- No asentarse

- 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

1.- Requisitos que debe cumplir una cimentación de pilotes bienproyectada

2.- Proyectar una cimentación de pilotes, significa precisar:

- Estados limites:1) 1,5 CM + 1,8 CV2) 1,25 (CM + CV + CE)3) 0,9 CM + 1,25 CE

- Factor de seguridad:1) CM + CV2) CM + CV + CE3) CM + CE

- Para el diseño por deformación* Suelos Cohesivos

1) CM + 0,5 CV* Suelos Friccionales

1) CM + CV + CE ( solo la M’)

3.- Combinaciones de cargas para el diseño

- Resistencia a cortante no drenado - Suelos cohesivos- Consolidado drenado o lento

- Suelos friccionales

4.- Las propiedades físico – mecánicas del suelo y las rocas utilizadas en el diseño

- 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 estabilidad2. 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 plasticidadMétodos dinámicosMétodos del penetrómetro estáticoPrueba 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*pQ*p = Ap. R*

* Método del factor de seguridad global

Qv = QpQp = Ap. R

Ap – Área del pilote en punta

R* ó R – Resistencia a compresión no confinada en roca, decálculo (R*) ó normativa (R)

R.Q.D. = Longitud de los pedazos de núcleos de más de 10 cm. x 100Longitud del sondeo

Valores de R.Q.D. VALORES DE Ksq

25 < RQD ≤ 50 0,150 < RQD ≤ 75 0,375 < RQD ≤ 90 0,7590 < RQD ≤ 100 1,0

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