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Calculo micropilotes

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DISEO DE MICROPILOTES

CLCULO DE: CAPACIDAD DE CARGA LTIMA POR HUNDIMIENTO, RESISTENCIA AL ARRANQUE, FALLO ESTRUCTURAL A COMPRESIN Y TRACCIN, TOPE ESTRUCTURAL, RESISTENCIA ESTRUCTURAL A FLEXIN Y CORTANTE Y ASIENTOS EN MICROPILOTES.

Preparado por: Alvaro A. Palacios Andrade Jos C. Hurtado Hurtado

Diseo de micropilotes es una herramienta de clculo del: Laboratorio Virtual de Ingeniera Geotcnica www.utpl.edu.ec/vleg Universidad Tcnica Particular de Loja Ecuador - 2009

INDICE

Disclamer......................................................................................................................................................1 DESARROLLODELAAPLICACINDELDISEODEMICROPILOTESPARAELLABORATORIOVIRTUALDE INGENIERAGEOTCNICA..............................................................................................................................2 COMPROBACINFRENTEALHUNDIMIENTO...............................................................................................2 RESISTENCIAESTRUCTURALDELMICROPILOTEACOMPRESINYTRACCIN.........................................13 RESISTENCIAESTRUCTURALAFLEXINYCORTANTE.................................................................................20 CLCULODEASENTAMIENTOSENMICROPILOTES....................................................................................24 CLCULODEASENTAMIENTOSENGRUPODEMICROPILOTES..................................................................27

Disclamer El autor no se responsabiliza por la aplicacin que se le d al presente software y/o por perjuicios directos o indirectos que se deriven de resultados errneos. El mismo ha sido desarrollado con fines investigativos, y su confiabilidad est an en proceso de evaluacin. El uso y aplicacin del mismo queda bajo absoluta responsabilidad del usuario. Si durante la aplicacin de la herramienta Diseo de Micropilotes hay algo que no parece funcionar correctamente, por favor informe sobre el problema a jchurtado@utpl.edu.ec.

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DESARROLLO DE LA APLICACIN DEL DISEO DE MICROPILOTES PARA EL LABORATORIO VIRTUAL DE INGENIERA GEOTCNICALa presente herramienta de diseo, tiene como finalidad calcular en base a la geometra del elemento, las caractersticas de los materiales que conforman la estructura y las caractersticas del suelo en donde se implantar la cimentacin los diferentes parmetros como: capacidad de carga ltima por hundimiento tanto en micropilotes individuales como en grupo, resistencia al arranque, fallo estructural a compresin y traccin, tope estructural, resistencia estructural a flexin y cortante, asientos tanto en micropilotes individuales como en grupo y resistencia frente a esfuerzos horizontales. Los clculos se basan en la metodologa utilizada en la Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carreteras del Ministerio de Fomento, Espaa (MFOM); la cual toma como mtodo de clculo el propuesto por Bustamante, incorporando factores de seguridad para asegurarse que los resultados sean lo ms correctos posibles, esto dependiendo del tipo de suelo, tipo de micropilote y sus caractersticas estructurales. Para poder hacer uso de esta herramienta se deber ingresar gratuitamente como usuario registrado del Laboratorio Virtual de Ingeniera Geotcnica, va on-line a travs de la direccin www.utpl.edu.ec/vleg, en la parte de DISEO/Micropilotes. Todo el entorno trabaja en forma dinmica, en donde el usuario puede ingresar a cualquiera de los mdulos antes descritos y proceder a digitar los datos correspondientes al clculo que se exija para luego obtener el resultado correspondiente. A continuacin se explica el correcto manejo de cada herramienta as como tambin las metodologas empleadas en cada proceso que estn disponibles en el entorno virtual mediante un ejemplo en cada uno de los casos. Las cargas aplicadas tanto a compresin y traccin sern mayoradas segn lo especificado en la gua de para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera del Ministerio de Fomento Espaa, en el cual propone factores de seguridad en la ecuaciones dndole un factor de seguridad de 2.6 en la comprobacin frente al hundimiento.

COMPROBACIN FRENTE AL HUNDIMIENTOEsta herramienta permite comparar, si la capacidad de resistencia tanto de fuste como de punta es suficiente para soportar las cargas axiales impuestas inicialmente sobre la estructura ya sea para un solo elemento o para un grupo, para lo cual se considera las caractersticas geotcnicas del suelo y la geometra del micropilote.http://www.utpl.edu.ec/vleg/VirtualLabIG/Diseo/Micropilotes/hundimiento.aspx

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Paso 1. Ingreso de datos: Se proceder a ingresar los datos tanto estructurales del micropilote como los datos geotcnicos del lugar a ser implantado y sus caractersticas (Fig. 1). Todos los datos sern ingresados en unidades del sistema internacional (Fig. 2), se considerar la resistencia por punta, empotramiento en roca y condiciones freticas a una profundidad de la superficie del suelo de 3 m y se comprobar la resistencia frente al arranque. Segn el MFOM, se tomar en cuenta que l dimetro del micropilote no debe exceder ms de 30 cm de dimetro: DATOS ESTRUCTURALES Carga axial a compresin (Pc) Dimetro nominal del micropilote (D) Longitud enterrada del micropilote (L) Peso especfico del hormign (Ph) Factor de rozamiento terreno-fuste (kr) 2/3 Kr 1 Presin de inyeccin del mortero (Pi) Coeficientes de minoracin (Fc,F) DATOS GEOTCNICOS DEL SUELO Luego de haber ingresado los datos estructurales, se procede a identificar cuantos estratos existen y cules son sus propiedades geotcnicas (Fig 1). Nota.- Si el nivel fretico se encuentra dividiendo un estrato, entonces se tomarn como si fueran dos estratos, es decir el primero ser el que se encuentra por encima del nivel fretico y el segundo por debajo del nivel fretico. Se considerarn 3 estratos. PRIMER ESTRATOFigura 1. DISTRIBUCIN DE ESTRATOS

= = = = = = =

700 0.25 13 24 1

KN m m KN/m2

1 MPa 1.5

Espesor (Z) ngulo de friccin () Cohesin (c) Peso especfico ( )

= = = =

3 0 30 18

m KN/m2 KN/m3

SEGUNDO ESTRATOEspesor (Z) ngulo de friccin () Cohesin (c) Peso especfico ( ) = = = = 5 0 30 18 M KN/m2 KN/m3

TERCER ESTRATOEspesor (Z) ngulo de friccin () Cohesin (c) Peso especfico ( ) = = = = 5 34 0 17.20 M KN/m2 KN/m3

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Figura 2. INGRESO DE DATOS ESRUCTURALES Y GEOTCNICOS

Paso 2. Activacin de opciones: En la siguiente etapa se decidir si se desea considerar resistencia por punta y si a su vez el elemento est empotrado en roca, as como tambin considerar el nivel fretico si lo hubiese. (Fig. 3).Figura 3. OPCIONES A CONSIDERAR PARA EL CLCULO DE LA RESISTENCIA AL HUNDIMIENTO

Si se considera empotramiento en roca, los datos sern ingresados de la siguiente manera: DATOS CORRESPONDIENTES AL EMPOTRAMIENTO EN ROCA La Longitud de la punta empotrada en la roca Lr no ser menor a 6 veces su dimetro (Lr = 6D), la resistencia a compresin simple de la roca qu = 188 MPa para calcular qpe,d cuyo tipo de roca presenta una clasificacin de margocalizas. Longitud de la punta empotrada en la roca (Lr) Resistencia unitaria por fuste en el tramo empotrado (Fe,d) Resistencia unitaria por punta en el tramo empotrado (qpe,d) = = = 1.5 m2 0.3 MPa 13.16 MPa

En la parte derecha tanto de Fe,d como de qpe,d, podremos encontrar un botn que nos mostrar un cuadro con los valores que se podran ingresar de acuerdo a ensayos previamente realizados segn MFOM.

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NOTA.- Si fuera el caso en donde se desee habilitar la opcin de empotramiento en roca, se deber tomar en cuenta que el suelo rocoso ser tomado como un clculo individual por requerir otro tipo de datos auxiliares, es decir que en la parte de DATOS GEOTCNICOS nicamente se colocarn los suelos que se encuentren por encima del estrato rocoso. Paso 3. Comprobando la resistencia frente al arranque: Si se desea, se proceder a incluir la resistencia frente al arranque, marcando la opcin correspondiente, e ingresando los valores segn el ejemplo como sigue: (Fig. 4). DATOS CORRESPONDIENTES A LA RESISTENCIA FRENTE AL ARRANQUE Para ingresar el coeficiente de cargas sobre el micropilote (n) se supondr que este est sometido a esfuerzos de traccin y compresin = 0.6 segn MFOM Esfuerzo axial a traccin (Pt) Coeficiente de seguridad segn la disponibilidad de las cargas sobre el micropilote (n) = = 50 KN 0.6

Figura 4. COMPROVACIN FRENTE AL ARRANQUE

Paso 4. Ejecucin del programa: Cuando se haya terminado de ingresar todos los datos, se enviar a CALCULAR, el cual se encuentra en la parte inferior de los ltimos datos ingresados. (Fig. 5).Figura 5. BOTN QUE DA INICIO Al CLCULO, EJECUTAR UN EJEMPLO O LIMPIAR LOS DATOS DE LA PANTALLA PARA UN NUEVO EJEMPLO

A continuacin aparecern los resultados de la resistencia al hundimiento del micropilote individual y la resistencia al arranque siempre y cuando se la haya considerado. (Fig. 6). Los clculos resultan de la siguiente manera:

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Esfuerzo vertical v(z):

' v z 1 = ( suelo agua ) Z ' v z 1 = (18 9.81) 3 ' v z1 = 54 KN / m 2 ' v z 2 = [(18 9.81) 5] + 54 ' v z 2 = 94.95KN / m 2Esfuerzo Horizontal h(z): Como el ngulo de rozamiento ' para los dos primeros estratos es 0, entonces:

' v z 3 = [(17.20 9.81) 5] + 94.95 ' v z 3 = 131.90 KN / m 2

k 0 = (1 seno( ) ) k 0 = (1 sen(0)) = 1

' H z = k 0 'v (Z ) +

Pi 3 1000 ' H z1 = (1) (54) + 3 ' H z1 = 387.33KN / m 2

' H z 2 = 428.283N / m 2

Para el tercer estrato el ngulo de friccin es diferente de cero, por lo tanto el esfuerzo horizontal ser:

k 0 = (1 seno( ) ) k 0 = (1 sen(34)) = 0.4408

' H z = k 0 'v ( Z ) +

Pi 3 1000 3

' H z 3 = (0.4408) (131.90) + ' H z 3 = 391.479 KN / m 2Donde: k0 Pi

= Coeficiente de empuje al reposo. = Presin de inyeccin con que es intro