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Diseño de subestructura
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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
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