Cimentaciones Profundas en Puentes

-El suelo en un espesor considerable es poco resistente o compresible.

-Es necesario extender la cimentación debajo de una profundidad de socavación importante.

-Las dimensiones que se requerirían para una cimentación directa resultan excesivas.

TIPOS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS EN PUENTES

PILOTES CAISSONES

EXPLORACION DEL SUELO

• Sumamente importante

• Base para importantes decisiones de diseño que en caso de cimentaciones profundas tienen implicancias económicas considerables.

EXPLORACION DEL SUELO

AASHTO requiere que la exploración de suelos incluya:

•Identificación y clasificación.•Profundidad, espesor y variabilidad.•Cota de Napa Feática•Propiedades Ingenieriles relevantes (p.e. Resistencia al corte, compresibilidad,rigidez,permeabilidad, potencialde expansión o colapso, suceptibilidad de licuefacción y de congelamiento.

•Cota de superficie del terreno•Condiciones locales que requieran especial atención

EXPLORACION DEL SUELO

CAISSONESProcedimiento Constructivo

CAISSONESProcedimiento Constructivo

CAISSONESFricción Lateral

 

Tipo de Suelo 

 

Fricción Lateral Unitaria (KPa)

 

Limo y Arcilla BlandaArcilla muy DuraArena SueltaArena DensaGrava Densa 

 

8 - 3050 - 10013 - 3535 - 70

50 - 100 

Ref.: Terzaghi (1996)

PILOTES

Un pilote es un elemento estructural que trasmite cargas de una superestructura, a través de estratos débiles, compresibles o erosionables, a estratos de suelo más rígidos y estables ubicados a cierta profundidad por debajo de la estructura, y cuya relación longitud / ancho ( o diámetro) es mayor de 10.

PILOTESTipos de Pilotes

PILOTESDiseño Geotécnico

Qult= Qp + Qf

Qult= Carga Ultima

Qp = Capacidad de Carga por Punta

Qf = Capacidad de Carga por Fricción

PILOTESCapacidad de Carga por Punta

Qp = Ap ( c Nc + ½ g B Ng + g Df Nq )

 

donde:

  Ap = Área de la punta del pilote.

c = Cohesión del suelo subyacente

= Peso unitario del suelo

Nc, N, Nq = Parámetros adimensionales de capacidad de

carga

B = Ancho o diámetro del pilote

Df = Profundidad de la punta del pilote

PILOTESCapacidad de Carga por Fricción

L=L

Qf = p ∑ fs ∆L

L=0 

fs = ca + σ’h tan δ

donde:

p = Perímetro de la sección del pilote

fs = Fricción lateral unitaria a lo largo de la longitud ΔL

L = Longitud del pilote sobre la cual se asume que la

fricción es movilizada

ca = Adhesión unitaria

σ’h = Presión efectiva horizontal a lo largo del pilote

δ = Angulo de fricción entre el suelo y el pilote

PILOTESCapacidad de Carga Ultima en

Suelos Granulares (Arenas)

L=L

Qult = Qp + Qf = Ap σ’v Nq + p Ks tan δ ∑ σ’vl ∆L

L=0

donde:Ap = Área de la punta del pilote.σ’v = Presión efectiva de confinamiento en la punta del pilote

(σ’v(máx.)= valor a la profundidad 20 B) σ’vl = Esfuerzo vertical efectivo al nivel donde se calcula la fricción.p = Perímetro de la sección del piloteKs = Coeficiente de presión de tierra, Nq = Factor de capacidad de carga, depende del ángulo de fricción interna del sueloδ = 2/3 Ф (donde Ф es el ángulo de fricción interna del suelo) L = Longitud efectiva del pilote

PILOTESCapacidad de Carga Ultima en

Suelos Cohesivos (Arcillas) L=Le

Qult= Qp + Qf = Ap cu Nc + p ∑ ca ∆L

L=0donde:

Ap = Área de la punta del pilote

ca = Resistencia al corte no drenada al nivel de la punta del pilote (cu = qu / 2, donde qu es la resistencia a la compresión no

confinada)Nc = Factor de capacidad de carga; Nc = 9 para pilotes hincados con

relación B/L > 4.p = Perímetro de la sección del piloteLe = Longitud efectiva del pilote

ca = Adhesión pilote-suelo

PILOTESCarga Admisible en Pilotes

Cuando Qult es determinada mediante fórmulas

estáticas:

Qadm = Qult / 2.5

Qadm = Qp / 3.0 + Qf / 1.5  

Cuando Qult es determinada mediante una prueba de

carga:

  Qadm = Qult / 2.0

PILOTESCapacidad de Carga Ultima de un Grupo

en Suelo Granular (Arenas)

(Qult)G = n Qult

(Qult)G e = ------------- = 1

n Qult

PILOTESCapacidad de Carga Ultima de un Grupo

en Suelo Cohesivo (Arcillas)

(Qult)G (Qult)G ≠ n Qult e = ---------- < 1

n Qult  

Acción Individual: (Qult)G = n Qult

 Acción de Grupo: (Qult)G = cu Nc APG + ca pG

Le

ASENTAMIENTO DE PILOTES

Ref.: Alva, J. (1998)

FORMULAS DE HINCA

Eh = Qult . s + Ep

Eh - Ep Qult = -------------- s

Carga Lateral en Pilotes

Carga Lateral en PilotesRegla Practica

Suponer doble empotramiento en cabezal y el terreno con:

f = 2.5 en Limos yArcillas Blandas

f = 2.0 en otros suelos.

Carga de Tracción en Pilotes

T ult = Qf + Wp T ult = Qf + Wp

T adm = Tfult / 3

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PILOTES

ACI 543R da recomendaciones para el diseño de Pilotes

Los Pilotes se deben diseñar estructuralmente para resistir las cargas a las que serán sometidos durante su vida útil : Cargas Verticales y Horizontales y Momentos .

Se diseñan a como columnas cortas.

En el caso de prefabricados, generalmente la condición crítica es la de izaje

En el caso de vacos in situ considerar una cuantía mínima de acero de 0.5%

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PILOTESPrefabricados

IZAJE

Distribución de Pilotes Bajo Pilares o Estribos

Distribución de Pilotes Bajo Pilares o Estribos

Carga Vertical

P Mc x di Pi = ------ + -------------- n Σdi² 

donde:

 Pi = Carga Vertical en el pilote "i"

P = Cargas Vertical al Nivel de fondo de Zapata.

MC = Momentos respecto del centroide de los pilotes.

di = Distancia del pilote "i" al eje del centroide.

n = Número total de Pilotes

Distribución de Pilotes Bajo Pilares o EstribosCarga Horizontal

Si los pilotes son verticales:

H Hi = ------ n  donde:

 Hi = Carga Horizontal en el pilote "i" H = Cargas Horizontal al Nivel de fondo de Zapata. n = Número total de Pilotes

Distribución de Pilotes Bajo Pilares o EstribosCarga Horizontal

Si los pilotes no resisten la carga Hi, habrá que aumentar el numero de pilotes o colocar pilotes inclinados.

La inclinación necesaria para tomar toda la carga vertical es:

H

m = ---------

ΣPidonde ΣPi es la suma de cargas verticales en los pilotes inclinados

PRUEBAS DE CARGA

PRUEBAS DE CARGA

PRUEBAS DE CARGA

PRUEBAS DE CARGA

PRUEBAS DE CARGA