IMPLEMENTACIÓN DEL DISEÑO DE CIMENTACIONES CON MICROPILOTES

UNIVERSIDADTCNICAPARTICULARDELOJALa Universidad Catlica de Loja

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO CIVIL

TEMA:IMPLEMENTACIN DEL DISEO DE CIMENTACIONES CON MICROPILOTES EN EL LABORATORIO VIRTUAL DE INGENIERA GEOTCNICA (LVIG)

DATOS GENERALES AUTOR: Alvaro Alberto Palacios Andrade DIRECTOR: Ing. Jos C. Hurtado Hurtado

UNIVERSIDAD DTECNICAPART TICULARDELOJA ALa Universidad Ca atlica de Loja

DISEODEMICROPILOT TESLV VIG

Ing. Jo C. Hurt os tado Hurtad do DIREC CTOR DE TE ESIS

CER RTIFICA: :

Haber dirigido y revisado la tesis prev a la obte r a via encin del t ttulo de Ing geniero Civ vil, realiza por el Profesiona en formacin: Alvar Alberto P ada al ro Palacios An ndrade, cuy yo ttulo es: IMPL LEMENTACIN DEL DISEO DE CIM L MENTACIO ONES CO ON MICR ROPILOTES EN EL LABOR S RATORIO VIRTUA AL DE INGENIER A GEOT TCNICA ( (LVIG); te ema que cu umple con las caracte ersticas ex xigidas por la reglam mentacin de la Es scuela de Ingeniera Civil, po tanto, autorizo s a or su prese entacin.

__ ___________ ___________ ________ Ing. Jos C Hurtado Hurtado C. H

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AUTORA

El con ntenido en general; c conceptos, anlisis, cr riterios, y d desarrollo d program del ma es de exclusiva r responsabi ilidad del au utor.

____ __________ __________ __________ Al lvaro Albert Palacios Andrade to

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CE ESIN D DERE DE ECHOS

Yo, A Alvaro Albe erto Palacio Andrade declaro ser autor del presen trabajo y os e, nte eximo expresam o mente a la Universidad Tcnica Particu a ular de Lo y a su oja us repres sentantes le egales de p posibles rec clamos o ac cciones leg gales.

Adicio onalmente declaro conocer y ac ceptar la dis sposicin d Art. 67 del Estatuto del Orgn nico de la Universida Tcnica Particular de Loja que su part pertinente ad te textua almente dic Forman parte de parte del patrimonio de la Un ce: el niversidad la propie edad intelectual de inv vestigacion nes, trabajo cientfico o tcnico y tesis d os os os de grado que se realicen a travs, o con el a o apoyo financiero, a acadmico o institu ucional (ope erativo) de la universid dad.

____ __________ __________ __________ Al lvaro Albert Palacios Andrade to

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UNIVERSIDADTECNICAPARTICULARDELOJALa Universidad Catlica de Loja

DISEODEMICROPILOTESLVIG

AGRADECIMIENTO

Mi agradecimiento a la Escuela de Ingeniera Civil de la Universidad Tcnica Particular de Loja, y a sus docentes, quienes me han brindado todo su apoyo en el transcurso de mis estudios.

Al Ingeniero Jos C. Hurtado Hurtado, Director de Tesis, por guiarme en la elaboracin de este proyecto y por su colaboracin cientfica y tcnica para la culminacin del presente.

En especial a mis padres que han sido la principal gua en mi desarrollo profesional y siempre me apoyaron en mi vida personal, mis hermanos por brindarme su cario y estmulo para seguir adelante.

A mis compaeros y leales amigos por su apoyo incondicional en toda esta etapa de aprendizaje.

MUCHAS GRACIASEl Autoriv



DEDICATORIA

A Dios, fuente de luz e inspiracin.

A mis padres Franz Palacios y Rosa Andrade, por todo el apoyo y confianza depositada durante toda esta etapa de preparacin; a mis hermanos Luis, Mara y Andrea motivo de superacin y los principales autores en mi formacin acadmica, profesional y personal.

A mis familiares y amigos que siempre me han ofrecido su apoyo y cario.

Alvaro Alberto Palacios Andrade

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CONTENIDO CERTIFICACIN AUTORA CESINDEDERECHOS AGRADECIMIENTO DEDICATORIA Pg. I II III IV

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CAPITULOI1 GENERALIDADES...............................................................................................................21.1 INTRODUCCIN...................................................................................................................... 2 1.2 FORMULACINDELPROBLEMA............................................................................................. 2 1.3 SOLUCIN............................................................................................................................... 2 1.4 OBJETIVOS.............................................................................................................................. 3

CAPITULOII2 CONCEPTOSYPRINCIPIOSBSICOSENELDISEODEMICROPILOTES...........................52.1 MICROPILOTES....................................................................................................................... 5 2.1.1 DEFINICIN....................................................................................................................5 2.1.2 COMPORTAMIENTODELMICROPILOTEENROCA........................................................6 2.1.3 COMPORTAMIENTODELMICROPILOTEENSUELOSGRANULARES..............................6 2.1.4 COMPORTAMIENTODELMICROPILOTEENSUELOSCOHESIVOS.................................7 2.2 CLASIFICACIN....................................................................................................................... 7 2.2.1 SEGNLAFORMADETRANSMISINDELOSESFUERZOSALTERRENO.......................7 2.2.2 SEGNELTIPODESOLICITACINDOMINANTE............................................................7 2.2.3 SEGNELSISTEMADEINYECCINDELMORTERODECEMENTO................................7 2.3 APLICACIONESDELOSMICROPILOTES .................................................................................. . 9 2.3.1 COMOCIMENTACINORECALCEDEESTRUCTURAS...................................................9 2.3.2 CONSTITUYENDOCORTINASOMUROSDISCONTINUOS..............................................9 2.3.3 TRABAJANDOAFLEXINYTRACCIN........................................................................10 . 2.3.4 ENPARAGUASDESOSTENIMIENTO............................................................................10 2.3.5 PARAMEJORADELTERRENO......................................................................................11 2.4 VENTAJASYDESVENTAJASDELOSMICROPILOTES............................................................12



2.5 PRUEBASDECARGA.............................................................................................................13

CAPITULOIII3 ANLISISYDISEODEMICROPILOTES...........................................................................163.1 COMPROBACINFRENTEALHUNDIMIENTO......................................................................16 3.1.1 RESISTENCIADECLCULOPORFUSTE........................................................................18 3.1.1.1 MTODOTERICO.............................................................................................18 3.1.1.2 CORRELACIONESEMPRICAS..............................................................................20 3.1.2 RESISTENCIAPORPUNTA............................................................................................22 3.1.2.1 RESISTENCIAPORPUNTAENSUELOS................................................................22 3.1.2.2 RESISTENCIACONSIDERANDOELEMPOTRAMIENTOENROCA.........................22 3.1.3 OTROSMTODOSDECLCULO...................................................................................23 3.1.3.1 MTODOTRADICIONALPARAPALIRADICEOMICROPILOTES.......................23 3.1.3.2 MTODOSCONVENCIONALES............................................................................24 3.2 COMPROBACINFRENTEALARRANQUE............................................................................26 3.2.1 RESISTENCIAFRENTEALARRANQUE...........................................................................26 3.3 FALLOESTRUCTURALDELOSMICROPILOTES......................................................................27 3.3.1 RESISTENCIAESTRUCTURALACOMPRESIN..............................................................27 3.3.2 RESISTENCIAESTRUCTURALATRACCIN...................................................................32 3.3.3 TOPEESTRUCTURAL....................................................................................................33 3.3.4 RESISTENCIAESTRUCTURALAFLEXINYCORTANTE.................................................34 3.4 ASENTAMIENTODELOSMICROPILOTES..............................................................................37 3.4.1 CONSIDERACIONESGENERALES..................................................................................37 3.4.2 MICROPILOTESENSUELOSGRANULARES...................................................................38 3.4.3 MICROPILOTESENSUELOSCOHESIVOS......................................................................38 3.5 ANLISISYDISEODEMICROPILOTESENGRUPO..............................................................39 3.5.1 GRUPODEMICROPILOTES ..........................................................................................39 . 3.5.1.1 EFICIENCIADEGRUPO........................................................................................40 3.5.1.2 COMPROBACINFRENTEALHUNDIMIENTO....................................................41 3.5.1.3 ASENTAMIENTOENGRUPODEMICROPILOTES. ...............................................42 . 3.6 COMPROBACINFRENTEASOLICITACIONESTRANSVERSALES..........................................45 3.6.1 MTODODEBROMS....................................................................................................45 3.6.2 MTODODELAMATRIZDERIGIDEZ...........................................................................50 3.6.3 MTODODEANLISISMEDIANTECURVASPY...........................................................53



3.7 SISTEMADEEJECUCIN.......................................................................................................62 3.7.1 PERFORACINDELTERRENO......................................................................................62 3.7.2 LIMPIEZADELAPERFORACIN...................................................................................62 3.7.3 COLOCACINDELAARMADURA. ...............................................................................62 . 3.7.4 INCORPORACINDELMORTERO................................................................................63 3.7.5 RETIRODELENTUBADO...............................................................................................63 3.7.6 COLOCACINDELENCEPADOENCABEZA..................................................................63

CAPITULOIV4 DESARROLLODELAAPLICACINDELDISEODEMICROPILOTESPARAEL LABORATORIOVIRTUALDEINGENIERAGEOTCNICA..................................................664.1 COMPROBACINFRENTEALHUNDIMIENTO......................................................................66 4.2 RESISTENCIAESTRUCTURALDELMICROPILOTEACOMPRESINYTRACCIN...................75 4.3 RESISTENCIAESTRUCTURALAFLEXINYCORTANTE..........................................................80 4.4 CLCULODEASENTAMIENTOSENMICROPILOTES.............................................................84 . 4.5 CLCULODEASENTAMIENTOSENGRUPODEMICROPILOTES...........................................86 4.6 CARGALATERAL...................................................................................................................91

CAPITULOV5 EJEMPLOSDEAPLICACINDELASHERRAMIENTASDEANLISISYDISEO.................965.1 EJEMPLOSDEDISEO..........................................................................................................96 5.2 ANLISISPARAMTRICO...................................................................................................105

CAPITULOVI6 CONCLUSIONESYRECOMENDACIONES.......................................................................111

CAPITULOVII7 REFERENCIASBIBLIOGRFICAS.....................................................................................113

CAPITULO I



1 GENERALIDADES

1.1 INTRODUCCINEl micropilotaje es una tcnica que se encuentra en su punto ms alto de investigacin, pues es capaz de resolver multitud de problemas geotcnicos de hoy en da (Antonio Ros Esteban)1. Su principal virtud es la versatilidad, debida a las pequeas dimensiones de los equipos y a los rendimientos que pueden obtenerse y siendo as, con esta ventaja sus aplicaciones son mltiples. Como estos elementos poseen una gran diferencia entre su longitud y dimetro, las cargas y esfuerzos no son soportados particularmente por el elemento en s, sino tambin el suelo que se encuentra a su alrededor (resistencia por friccin suelo micropilote) ayuda a resistir los efectos producidos por la estructura, y ya que por esta razn no reciben carga directa, forman una infraestructura interna dndole coherencia a la masa de suelo (Manuel Romana Ruiz)2. Los micropilotes se pueden construir en cualquier tipo de suelo, especialmente cuando se pretenda cimentar una obra existente (recalces), y que necesite de un procedimiento poco destructivo para evitar daos en aquella estructura y edificaciones adjuntas o aledaas a esta si las hubiere, o cuando no es factible la ejecucin de pilotaje convencional ya sea por la naturaleza del terreno o por dificultad en accesos y maniobrabilidad.

1.2 FORMULACIN DEL PROBLEMAHoy en da existen diversas herramientas tiles para realizar diseos y estudios relacionados con las cimentaciones utilizando micropilotes, mejorando la calidad tanto de enseanza como de aprendizaje, y que a ms de ello ayuda a disminuir en gran medida el tiempo cuando se realiza un clculo con mtodos convencionales. En la UCG (Unidad Civil y Geloga) de la Universidad Tcnica Particular de Loja, se est llevando a cabo la implementacin de un laboratorio virtual de Ingeniera Geotcnica (LVIG), el cual al momento no posee una herramienta sobre el diseo de micropilotes; siendo esta un instrumento muy importante en la enseanzaaprendizaje de estudiantes y profesionales a nivel de pregrado y postgrado.

1.3 SOLUCINComo solucin al problema antes planteado se pretende implementar un experimento virtual para el diseo de cimentaciones con micropilotes en el laboratorio virtual de Ingeniera Geotcnica mediante la utilizacin del software Visual Basic.NET. 2



1.4 OBJETIVOS- GENERALDesarrollar una aplicacin para el diseo de cimentaciones con micropilotes en Visual Basic.NET y su respectiva implementacin en la plataforma del Laboratorio Virtual de Ingeniera Geotcnica.

- ESPECFICOS Mejoramiento de la calidad de enseanza y aprendizaje de la Ingeniera de Cimentaciones y Geotcnica. Disear cimentaciones con micropilotes en uno, dos tres y cuatro diferentes tipos de estratos. Disear cimentaciones con micropilotes considerando el efecto del nivel fretico. Obtener una aplicacin de diseo que facilite el estudio de cimentaciones con micropilotes. Incentivar a los estudiantes de la Universidad Tcnica Particular de Loja a que sean participes del nuevo Laboratorio Virtual de Ingeniera Geotcnica.

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CAPITULO II



2 CONCEPTOS Y PRINCIPIOS BSICOS EN EL DISEO DE MICROPILOTES2.1 MICROPILOTES2.1.1 DefinicinLos micropilotes, tambin llamados pilotes de raz o minipilotes, son elementos estructurales similares a los pilotes, de forma tubular y con una longitud mucho mayor a su dimetro aunque de menor capacidad portante, diseados especialmente cuando se pretenden efectuar cimentaciones profundas y cuando los estratos superficiales del terreno no poseen la capacidad portante necesaria para la absorcin de las cargas transmitidas por la estructura, y preparados especialmente para resistir esfuerzos de traccin y compresin (MFOM)3. Est compuesto solamente por mortero en casos donde no se necesite mayores resistencias, o en la mayora de los casos por un tubo o varilla de acero colocado en el interior de un taladro que perforar el terreno al cual se le incorpora lechada de cemento mediante inyeccin (Fig. 2.1).Figura. 2.1. SECCIONES TPICAS DE MICROPILOTES

Fuente: Manuel Romana Ruiz (Junio 2003); II CURSO SOBRE RECACES, INCLUCIONES, INYECCIONES Y JET-GROUTING, y Rodriguez Ortiz (1984)

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Los micropilotes consideran dimetros entre 150 y 300 mm por lo general, aunque en algunos casos se pueden suponer dimetros hasta de 75 mm en ocasiones especiales (MFOM)3. Su longitud vara de acuerdo al tipo de obra que se vaya a realizar y tipo de terreno; no se recomiendan longitudes demasiadamente extensas debido a la geometra con la que estos estn diseados, puesto que se podra causar roturas en el mismo por la presin ejercida del suelo hacia el micropilote. (Manuel Romana Ruiz)2: Arenas y gravas compactas 6 a 10 m Arcilla media 10 a 15 m Suelos duros 10 a 15 m Arcilla blanda hasta 20 m Suelos especialmente blandos hasta 30 m

2.1.2 Comportamiento del micropilote en roca.La roca es un material muy adecuado y de gran ventaja para realizar cimentaciones de gran escala, muy buenas para realizarlas mediante cimentaciones superficiales si es que este tipo de suelo no se encuentra demasiadamente profundo, ya que presenta resistencias muy altas y por ende soporta cargas mucho mayores en relacin a suelos regulares. Un micropilote como ya hemos visto, no tiene la suficiente capacidad para trabajar por punta debido a la seccin con que est definido (dimetro), por tanto, y cuando este est actuando en un suelo rocoso es obvio suponer que definitivamente estar la punta del micropilote trabajando directamente y en conjunto con la roca. Si solo se considerara la resistencia por punta el micropilote a lo largo del fuste podra tener fallas por corte debido a que los esfuerzos de la estructura son transmitidos directamente hacia la punta; claro esto en el supuesto en que el suelo que se encuentre por encima de la roca no presente caractersticas cohesivas.

2.1.3 Comportamiento del micropilote en suelos granulares.Debido a que el suelo granular presenta partculas agrupadas de mayor tamao que en las de un suelo cohesivo, el micropilote actuar definitivamente mediante su fuste, (interaccin suelo fuste) a menos que se pretenda o se encuentre suelo rocoso o suelo estable. En suelos que presentan estas caractersticas, se deber profundizar una longitud considerable hasta hallar un suelo con caractersticas ideales ya que podra sufrir el micropilote asentamientos considerables cuando exista un movimiento repentino del suelo por consecuencia de sismos u otros factores, los cuales pueden desordenar las partculas del suelo produciendo vacios y por ende provocando asientos visibles.

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2.1.4 Comportamiento del micropilote en suelos cohesivos.A diferencia de los suelos granulares y rocosos, los suelos cohesivos son los que mayor problema producen cuando se pretende cimentar mediante micropilotes, ya que este suelo presenta caractersticas como el esponjamiento debido al nivel fretico que produce presiones laterales al micropilote, y se contrae cundo el agua deja de actuar directamente con el suelo haciendo que se produzcan fuerzas en el momento y a su vez dejando espacios dentro del terreno. Es importante saber que en esta clase de suelos los micropilotes definitivamente trabajarn por fuste de una forma mucho mayor a menos claro que se encuentre un suelo rocoso o un suelo favorable que ayudar en gran medida a soportar los esfuerzos trasmitidos por la estructura. Como el suelo se expande y se contrae, el micropilote puede sufrir daos por corte y fatiga, que en profundidades considerables es ya un problema, por lo que siempre se busca en este tipo de suelos encontrar un suelo estable a una profundidad menor.

2.2 CLASIFICACINA continuacin se presentar la clasificacin propuesta por el Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera del Ministerio de Fomento Espaa (MFOM)3 que la describe segn su forma de trasmisin de esfuerzos, tipo de solicitaciones y tipo de inyeccin, y la propuesta por Bruce (Manuel Romana Ruz)2 que nicamente se basa en el tipo de inyeccin: Los micropilotes segn Ministerio de Fomento; Espaa pueden clasificarse de acuerdo a los siguientes aspectos:

2.2.1 Segn la forma de transmisin de los esfuerzos al terreno.- Individualmente como cimentacin profunda, a travs del fuste y de la punta. - Como grupo, actuando sobre una determinada zona del terreno.

2.2.2 Segn el tipo de solicitacin dominante.- Esfuerzos axiles de compresin o traccin (normalmente en obras de cimentacin) - Momentos flectores y esfuerzos cortantes (normalmente en obras de estabilizacin de laderas contencin de tierras, paraguas en tneles, etc.).

2.2.3 Segn el sistema de inyeccin del mortero de cemento.La presin/inyeccin consolida el terreno en el permetro de la zona del bulbo. - Los inyectados en una sola fase tambin denominados de inyeccin nica global (IU). (Fig. 2.2 a). 7



- Los reinyectados hasta dos veces a travs de tubos o circuitos con vlvulas anti retorno, tambin denominados de inyeccin repetitiva (IR). (Fig. 2.2 b). - Los reinyectados a travs de dos tubos-manguito desde el interior de la tubera de armadura, en toda la longitud del micropilote o en parte, tambin denominados de inyeccin repetitiva y selectiva (IRS). (Fig. 2.2 c).Figura 2.2. CLASIFICACIN DE LOS MICROPILOTES SEGN AETESS (2000).

Fuente: Antonio Ros Esteban; PROYECTO DE FIN DE CARRERA; Pilotes y micropilotes (Captulo 13).

Segn BRUCE (1995) (Manuel Romana Ruiz)2 sedistinguencuatrotipos: - Tipo A. Mortero inyectado por gravedad. Pueden usarse morteros y/o lechadas.

- Tipo B. Inyeccin a travs de la entubacin, mientras se retira. La presin tpicaest en el rango de 0.3 - 1 MPa y se limita para evitar el consumo excesivo de lechada. El obturador se sita en la boca del micropilote.

- Tipo C. Inyeccin posterior de lechada (15 a 25 minutos despus de la colocacin

del mortero) a travs de la entubacin (si se deja) o de una tubera especfica. La presin es del orden de 1 MPa. Es el sistema IGU francs. El obturador se sita en la boca del micropilote. 8



- Tipo D. Inyeccin de lechada en varias fases, con obturadores dentro del tubo. Lapresin es del orden de 2-8 Mpa y generalmente produce hidrofracturacin.

- En el sistema IRS francs. Son indispensables los manguitos.Si lo que se pretende es revisar mas afondo este contenido se recomienda referirse a MFOM 3 y Manuel Romana Ruiz 2.

2.3 APLICACIONES DE LOS MICROPILOTES2.3.1 Como cimentacin o recalce de estructuras.Trabajando bsicamente a compresin: - En obras de nueva construccin, su aplicacin es en estructuras con espacio de trabajo reducido o acceso complicado, los terrenos difciles de perforar por intercalacin de niveles rocoso (Fig. 2.3a) (MFOM)3. - En obras ya existentes (recalces), incluye la remodelacin de aquellas que presentan incrementos de las solicitaciones, la actuacin frente a determinadas patologas geotcnicas, etc. (Fig. 2.3b) (MFOM)3.Figura 2.3. (a) CIMENTACION CON MICROPILOTES EN OBRAS DE NUEVA CONSTRUCCIN. (b) CONEXIN DE MICROPILOTES A UNA ZAPATA CORRIDA EXISTENTE (RECALCE).

(a)

(b)

Fuente: Manuel Romana Ruiz (Junio 2003); Universidad Politcnica de Valencia; II CURSO SOBRE RECACES, INCLUCIONES, INYECCIONES Y JET-GROUTING.

2.3.2 Constituyendo cortinas o muros discontinuos.Para contencin de terrenos o excavaciones profundas, generalmente se construyen varios formando alineaciones (un mismo plano) en una obra donde se necesite sostener grandes cantidades de tierras, como en taludes verticales, estos son luego 9



en ncepados y en muchos de los ca s asos van ac compaados de clavos a una cier s rta altura. (Fig. 2 2.4).

2. .3.3 Traba ajando a fle exin y tra accin.En la correccin de desliz n zamientos, e esta aplic en cacin los m micropilotes se colocan e s en la mayora de casos en grupos co inclinacio a d n on ones y lueg de la instalacin so go on en ncepados en cabeza (M n MFOM)3. sto ayuda a mejorar el coeficie ente de seg guridad glo obal de los taludes por Es incremento de la resistencia al corte d las mism e de mas. (Fig. 2.5 5).

2. .3.4 En pa araguas de sostenim e miento.So diseados para so on oportar carg gas que ac ctan en la excavacin de tnele n es ge eneralmente en la etapa inicial antes que se inicie otro tramo o en zonas d e o de es special dificu ultad como alcantarillas en carretera (Fig. 2.6) a as. ).Figura 2.4 EJEMPLO DE MIC CROPILOTES C COMO ESTRUCT TURA DE CONT TENCIN O SOS STENIMIENTO

Fuente: Secr retara de Esta de Infraestr ado ructuras y Plan nificacin (Octu ubre 2005); GU PARA EL UA PROY YECTO Y LA EJ JECUCIN DE MICROPILOT E TES EN OBRA DE CARRETERA. AS

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Figura 2.5 EJEMPLO DE MICROPILOTE PARA ESTA E ES ABILIZACIN DE TALUDES O L E LADERAS


Figu 2.6 EJEMPL DE MICROP ura LO PILOTES COMO PARAGUAS DE SOSTENIMIEN E NTO


2. .3.5 Para mejora del terreno.Sirven especialmente pa aumenta la capacid ara ar dad de sopo orte del suelo y a su ve ez re educir el ase entamiento que pudiese ocurrir por las cargas aplicadas a la estructur q e ra. (F 2.7). Fig. 11 1



Figura 2.7 EJE EMPLO DE MIC CROPILOTES PA ARA MEJORA D DEL TERRENO


2.4 VENT TAJAS Y DESVEN NTAJAS DE LOS M D MICROPIL LOTESVENTAJAS: 1. Rapidez, economa y m . e mnimas mo olestias en la obra compa a arado a otro sistemas. os 2. Posibilidad de incorpo . d orar los micropilotes a l parte san de la est la na tructura sin la necesidad de ejecutar elementos e estructurales adicionales. s 3. Facilidad de ejecuci en ngu . n ulos inclinad dos, lo cua permite aumentar s al su capacidad portante fre ente a fuerza horizontal as les. 4. Versatilidad de ejecucin en espac . cios reducidos. 5. Permite so . olucionar pr roblemas de accesibilid e dad o perfo orabilidad co eficacia y on rendimient adecuado to o. 6. No requier grandes excavacione de suelos . ren es s.

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7. Pueden utilizarse en suelos duros, en suelos blandos y en materiales con bloques de roca. 8. No impiden el movimiento de las corrientes de agua. DESVENTAJAS: 1. La resistencia al cortante de un micropilote es muy pequea por su gran esbeltez y rea relativamente pequea. 2. La capacidad de resistencia horizontal a tensin de un micropilote inclinado a vertical es relativamente pequea. 3. Para estabilizar deslizamientos de tamao mediano o grande se requiere colocar una gran cantidad de micropilotes. 4. No existen metodologas de diseo universalmente aceptadas. 5. Muchos procesos de clculo son empricos y slo se pueden contrastar con pruebas de carga si se pretende aprovechar al mximo la resistencia del micropilote. 6. La calidad depende mucho de que el proceso de ejecucin sea riguroso.

2.5 PRUEBAS DE CARGAYa que por lo general los clculos propuestos para el diseo de micropilotes pueden resultar en ocasiones poco precisos, es preferible realizar ensayos o pruebas de carga que dan resultados mucho ms confiables y asociados a la realidad, aunque estos son muy costosos. Puesto que la carga total de un micropilote no es muy elevada es ms fcil realizar pruebas de carga que con los pilotes ordinarios de ms dimetro. (Fig. 2.8). La carga suele aplicarse gradualmente en rangos de 25%, 50%, 75%, 100% y 125% de la carga de servicio prevista (Jorge E. Alva Hurtado)4. Es posible, pero no usual, superar esta carga si se ensayan micropilotes que despus deben trabajar en la cimentacin. En todo caso no debe superarse en ellos la carga multiplicada por el coeficiente de seguridad parcial de mayoracin. Cada escaln de carga debe mantenerse hasta que se estabiliza la deformacin y al menos 30-45 minutos (Manuel Romana Ruiz)2. Los criterios de aceptacin del micropilote suelen basarse en los asientos totales con la carga mxima y dependern del mtodo de ejecucin (asientos menores cuanto ms completo haya sido el proceso de inyeccin). Dichos asientos totales lmite deben ser los tolerables por la estructura, pero no inferiores al 0.5% del dimetro del micropilote (Manuel Romana Ruiz)2.

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La GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA, incluye tanto la metodologa recomendada para la obtencin de la resistencia por fuste a partir de resultados de pruebas de carga, como una serie de aspectos importantes para su realizacin.Figura 2.8. SISTEMA DE APLICACIN DE CARGA POR GATA HIDRALICA ACTUANDO FRENTE A PLATAFORMA CARGADA

Fuente: Jorge E. Alva Hurtado, PhD; CIMENTACIONES PROFUNDAS; CISMID-FIC-UNI

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CAPITULO III



3 ANLISIS Y DISEO DE MICROPILOTESEn esta parte se ver el proceso de clculo con el que estn hechas las herramientas de diseo y de anlisis tanto para carga vertical y carga lateral para micropilotes individuales y en grupo concluyendo con una informacin adicional de su proceso constructivo en obra. Todo el diseo se basa en la metodologa y el procedimiento utilizado por la GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA (MFOM)3, excepto el anlisis de carga lateral que utiliza otro procedimiento basndose en el programa Opensees y que ser visto ms adelante. Para el diseo de micropilotes sometidos a carga vertical, la carga actuante sobre el elemento ser mayorada, tomando en cuenta sus respectivos factores de carga. Si la cimentacin es utilizada en estructuras donde solamente se necesite recalzar (reforzar la cimentacin), se deber tomar los requerimientos provistos por ACI 318S056 que se refiere a los requisitos de reglamento para concreto estructural, cuyos factores de carga estn dispuestos para satisfacer las condiciones de carga a las que podra estar expuesta la estructura. (MFOM)3. Por otra parte si el diseo de cimentacin mediante micropilotes deber ser usado en problemas viales, se recurrir a los factores de carga propuestos por AASHTO-0412 y EHE (Nueva Instruccin de Hormign Estructural) (MFOM)3.

3.1 COMPROBACIN FRENTE AL HUNDIMIENTOA continuacin se dar a conocer el proceso de clculo para comprobar el hundimiento en micropilotes que aplica el Ministerio de Fomento Espaa (MFOM)3 y que guarda relacin con el mtodo de Bustamante y algunos otros procedimientos que servirn de recurso si no se desea calcular mediante el mtodo establecido. Definicin.- El fallo por hundimiento se produce cuando la carga aplicada a la estructura genera tensiones en el terreno que sobrepasan la capacidad portante del suelo producindose un fallo en la estabilidad de la cimentacin que eventualmente puede causar el colapso total o parcial de la estructura. Dependiendo de la rigidez del terreno, este fallo ser lento o rpido, localizado o distribuido (Ing.Marco Antonio Boidi)15.

Cuando se pretenda calcular la resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento Qu, se deber considerar lo siguiente:

Qu PcDonde: Qu = Resistencia ltima frente al hundimiento. 16



Pc

= Carga axial a compresin.

La resistencia total del micropilote es igual a la suma de la resistencia por fuste y la resistencia por punta, y que dependen tanto de las caractersticas del micropilote como las del estrato en el que est enterrado. En el clculo de la resistencia total frente al modo de falla de hundimiento en micropilotes sometidos a cargas verticales de compresin, es necesario que se tome en cuenta las siguientes condiciones que se explican a continuacin: a) Si no es necesario considerar la resistencia por punta, solamente se tendr en consideracin el clculo de la resistencia por fuste del micropilotes.

Qu = Qf = Al fDonde: Qu Qf Al f = = = = Resistencia ltima frente al hundimiento. Resistencia por fuste frente a esfuerzos de compresin. rea lateral del micropilote. Rozamiento unitario por fuste frente a esfuerzos de compresin (refirase a enunciado 3.1.1).

Si se necesita calcular Qf en suelos homogneos, la ecuacin 3.2 anterior resulta muy conveniente, de lo contrario si el clculo es necesario realizarlo en suelos heterogneos como es el caso de la mayora de los que se encuentran en nuestro entorno, entonces se deber efectuar el clculo para cada estrato y considerarse el producto del rea lateral del micropilote en cada zona por su rozamiento unitario por fuste como sigue:

Qu = Ali ( f )i =1

n

Donde: Qu = Resistencia ltima frente al hundimiento. n = Nmero de tramos con el que est compuesto todo el terreno a micropilotar. Ali = rea lateral del micropilote comprendida en cada tramo. f = Rozamiento unitario por fuste frente a esfuerzos de compresin en el tramo correspondiente al estrato. b) Si se toma en cuenta la resistencia por punta, en este caso la resistencia total de fuste al modo de fallo de hundimiento Qu ser la suma de las dos resistencias tanto por fuste y por punta.

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z ) (

f

= + c F

' . H z F ) (



Qu = Qp + QfDonde: Qu Qp Qf = Resistencia ltima frente al hundimiento. = Resistencia por punta frente a esfuerzos de compresin. = Resistencia por fuste frente a esfuerzos de compresin.

3.1.1 Resistencia de clculo por fuste.Para obtener mejores resultados en el clculo de la resistencia por fuste del micropilote se lo realiza preferiblemente mediante ensayos de carga descrito en este captulo, esto si se tiene la posibilidad de hacerlo; de lo contrario se proceder a efectuar el clculo mediante mtodos tericos o correlaciones empricas segn MFOM3 y que a continuacin se detallan. 3.1.1.1 Mtodo terico.

El clculo correspondiente al rozamiento unitario por fuste a una determinada profundidad z, se la podr definir segn como sigue la ecuacin siguiente:

Donde: f z C = = = = Rozamiento unitario por fuste frente a esfuerzos de compresin. Profundidad del estrato desde la superficie del terreno. Cohesin del suelo en el tramo de terreno a calcular. ngulo de rozamiento del contacto terreno-fuste del micropilote a la profundidad z.(Es una fraccin del ngulo de rozamiento interno efectivo del terreno ).

= kr Kr = Relacin entre los ngulos de rozamiento del contacto terreno-fuste e interno del terreno. Coeficiente utilizado habitualmente para micropilotes; (2/3 kr 1) (MFOM)3. h(z) = Presin horizontal efectiva del terreno a la profundidad z. Esto se calcula dependiendo del tipo de inyeccin:

18

Ec ( 3 5 . 2

E . .c1 3 5 2

E . .c2 3 5



- Inyecciones tipo IR o IRS, con registros de presiones de inyeccin, para profundidades z 5 m (MFOM)3:

' H ( Z ) = k 0 'v (Z ) +- Resto de casos:

Pi 3

' H ( Z ) = k 0 'v ( Z )Donde: Pi = Presin de inyeccin con que es introducido el hormign para formar el micropilote. Se verificara de acuerdo a la clasificacin descrita en el prrafo 2.2.3 (MFOM)3. = Coeficiente de empuje al reposo (MFOM)3.

k0

- Terrenos normalmente consolidados.

k o = (1 sen )- Terrenos sobreconsolidados.

k o = (1 sen ) RocRoc v(z) = Razn de sobreconsolidacin. (MFOM)3. = Presin vertical efectiva del terreno a la profundidad z. (Braja Das)5.

- En terrenos saturados:

'V ( Z ) = ( sat ) z- En terrenos no saturados:

'V ( Z ) = zDonde:

satZ

= Peso especfico del suelo a la profundidad z = Peso especfico saturado del suelo a la profundidad z. = Espesor de cada estrato. 19



Fc ,F

= Coeficientes de minoracin que dependen del tipo de aplicacin y que puede obtenerse del cuadro 3.1 (MFOM)3.

Cuadro 3.1 COEFICIENTES Fc ,F

TIPO DE APLICACIN Estructuras de cimentacin de nueva construccin Recalce de estructuras de cimentacin existente

Fc 1.5 1.2

F 1.5 1.2

Fuente: GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA; (Octubre 2005).

3.1.1.2

Correlaciones empricas.

Cuando se desee calcular el rozamiento unitario por fuste mediante correlaciones empricas se seguir la ecuacin que a continuacin se detalla:

f =Donde: F flim

f lim Fr

Fr

= Rozamiento unitario por fuste frente a esfuerzos de compresin. = Rozamiento unitario lmite por fuste, que puede ser tomado de la figura 3.1(a),(b), segn Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera; pg. 30).(MFOM)3. = Coeficiente de minoracin que tiene en cuenta la duracin de la funcin estructural de los micropilotes, el cual se visualiza en el cuadro 3.2.

Se procede a entrar en la tabla en la parte inferior, ya sea con el ndice del ensayo SPT (N) o con la presin lmite en el ensayo presiomtrico Plim y verificando cual va a hacer el procedimiento de inyeccin podemos obtener el rozamiento unitario limite por fuste, esto en arenas y gravas. En cuanto a Arcillas y Limos se ingresara ya se con la resistencia a compresin simple del suelo qu (MFOM)3 o la presin lmite en el ensayo presiomtrico Plim. Si se desea encontrar informacin ms detallada acerca del clculo de la resistencia unitaria por fuste mediante correlaciones empricas se recomienda revisar la Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera (MFOM)3.

20



Figura 3.1 ROZAMIENTO UNITARIO LMITE POR FUSTE

Fuente: GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUC E O CIN DE MICR ROPILOTES E OBRAS DE EN CARR RETERA; (Octu ubre 2005).

21 2



Cuadro 3.2 COEFICIENTE Fr

DURACIN Obras donde los micropilotes tienen una funcin estructural de duracin inferior o igual a seis (6) meses Obras donde los micropilotes tienen una funcin estructural de duracin superior a seis (6) meses

Fr 1.45 1.65


3.1.2 Resistencia por punta.3.1.2.1 Resistencia por punta en suelos. En este caso, como la seccin del micropilote es muy pequea resulta muy poco ventajosa, por lo general no se considera la colaboracin por punta en el terreno. Aun as, si se prefiere la colaboracin de la resistencia por punta Qp, habr de adoptarse como valor mximo de la misma el quince por ciento (15%) de la resistencia de clculo por fuste frente a esfuerzos de compresin (MFOM)3.

Qp 0.15QfDonde: Qp = Resistencia por punta frente a esfuerzos de compresin. Qf = Resistencia por fuste frente a esfuerzos de compresin. 3.1.2.2 Resistencia considerando el empotramiento en roca. Para poder considerar que el micropilote est empotrado en roca es necesario tener en cuenta lo siguientes aspectos que involucran la zona de la punta: - La roca presente un grado de meteorizacin inferior o igual a nivel III segn la escala ISRM, el ndice RQD (Rock Quality Designation) > 60% y la resistencia a compresin simple de la roca qu > 20 MPa. Revisar la Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carreteras; pg. 121 (MFOM)3. - El empotramiento del micropilote en roca sea Lemp 6Dmedidossobreelplanodela punta. Si es el caso en donde el micropilote est empotrado en roca se deber realizar el clculo mediante la siguiente ecuacin:

22



Q pr = Ale f e, d + Apr q pe, dDonde: Qpr Ale fe,d Apr qpe,d = = = = = Resistencia por punta en roca. rea lateral del micropilote en el empotramiento en roca. Resistencia unitaria por fuste en el tramo empotrado. rea de la seccin recta de la punta en el empotramiento en roca. Resistencia unitaria por punta en el tramo empotrado.

Los parmetros de fe,d y qpe,d pueden tomarse de la cuadro 3.3 para rocas moderadamente meteorizadas, ligeramente meteorizadas y rocas sanos o frescas, segn Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera (MFOM)3.Cuadro 3.3 RESISTENCIA UNITARIA DE CLCULO EN EL EMPOTRAMIENTO EN ROCA, POR FUSTE Y PUNTA

TIPODEROCA Margasmargocalizas Pizarrayotrosesquistos Areniscas Calizasydolomitas Granitosybasaltos

fe,d(MPa) 0.150.40 0.200.30 0.300.45 0.400.50 0.400.60

qpe,d(MPa) 0.07*qu 0.07*qu 0.07*qu 0.10*qu 0.10*qu


3.1.3 Otros mtodos de clculoA continuacin se detallarn en breve otros mtodos de clculo para comprobar la resistencia frente al hundimiento en micropilotes, para encontrar mayor informacin se recomienda revisar (Manuel Romana Ruiz)2. 3.1.3.1 Mtodo tradicional para Pali Radice o Micropilotes. En 1985 LIZZI (Manuel Romana Ruiz)2 propuso un mtodo para calcular la carga ltima en un micropilote como sigue:

Qu = D L K IDonde: Qu = Carga ltima del micropilote a compresin (no incluye coeficiente de seguridad). 23

E . 3c



D L K I = = = =

Dimetro nominal (de perforacin). Longitud del micropilote. Coeficiente que representa el rozamiento por el fuste. (Cuadro 3.4). Coeficiente adimensional que depende del dimetro. (Cuadro 3.4).Cuadro 3.4 COEFICIENTE DE LA FRMULA DE LIZZI (1985)

SUELO Blando Suelto De compacidad media Muy compacto, grava, arena

K (Kpa) 50 100 150 200

DIMETRO (cm) 10 15 20 25

I 1.00 0.90 0.85 0.80

Valor de la resistencia por el fuste K

Valor del coeficiente I

Fuente: Manuel Romana Ruiz (Junio 2003); Universidad Politcnica de Valencia; II CURSO SOBRE RECACES, INCLUCIONES, INYECCIONES Y JET-GROUTING

Con el mtodo se desprecia la resistencia por la punta y la resistencia por el fuste utilizada puede exceder del valor mximo que suele admitirse para los micropilotes convencionales, que es de 100 KPa. La diferencia es imputada por Lizzi al contacto estrecho entre pilote y terreno y al dimetro real, mayor que el nominal. Con este mtodo se ha calculado la inmensa mayora de los pali radice o micropilotes. 3.1.3.2 Mtodos convencionales. Para estos mtodos la resistencia de un micropilote vale (Manuel Romana Ruiz)2:

1 1 D2 1 D L Qf Qu = Qp + F1 F2 F3 4 Donde: Qu F1 F2,F3 D L Qf Qp = = = = = = = Carga nominal admisible del micropilote. Factor de mayoracin de cargas. (Cuadro 3.5). Coeficientes de seguridad de minoracin de resistencia, fuste y punta. Dimetro nominal (de perforacin). Longitud. Rozamiento por fuste. Resistencia al hundimiento por punta.

24



Cuadro 3.5 VALORES DEL COEFICIENTE F1 (OTEO, 2001)5

F1 1.25 1.40 1.50

RESPONSABILIDAD Poca Poca Grande F2=1.5a2

IMPORTANCIAECONMICA Poca Bastante Grande F3=3a4

Nota:lavariacintotaldeF1esde1.21.6

Fuente: Manuel Romana Ruiz (Junio 2003); Universidad Politcnica de Valencia; II CURSO SOBRE RECACES, INCLUCIONES, INYECCIONES Y JET-GROUTING

En realidad la resistencia por punta es mucho menor que la resistencia por el fuste y en micropilotes largos puede no llegar a notarse, por tanto puede llegar a despreciarse (Manuel Romana Ruiz)2.

qsia =Donde:

Ci ( 'vio + 'iny ) tgi + Fc F

qsia = = Ci 'vio ='iny = = i = F

Resistencia admisible en el estrato i. Cohesin efectiva en el estrato i. Presin vertical efectiva del estrato i antes de la construccin del micropilote. Sobrepresin de inyeccin efectiva en el estrato i. ngulo de rozamiento efectivo en el estrato i. Coeficiente de seguridad parcial de minoracin de rozamiento tg.

Y la resistencia del micropilote vale:

Qu =

1 D Li qsia F1

Segn OTEO (Manuel Romana Ruiz)2 pueden adoptarse los siguientes valores de los coeficientes parciales de seguridad para cohesin y rozamiento: Fc = 1.25 a 1.60 F = 1.25 a 1.35

En la prctica el valor de C ser muy bajo tanto en arenas como en arcillas normalmente consolidadas, y en cambio ser el ms significativo para los tramos de micropilote que atraviesen arcillas muy preconsolidadas o rocas.

25



(Manuel Romana Ruiz)2.

Si no se dispone de informacin geotcnica precisa puede utilizarse los bacos de BUSTAMANTE para estimar qsi, el cual no incluye coeficiente parcial de seguridad

3.2 COMPROBACIN FRENTE AL ARRANQUE3.2.1 Resistencia frente al arranque.Cuando el micropilote es arrancado del suelo por accin de la carga a traccin y en donde nicamente la resistencia unitaria por fuste es la que evita que el elemento sea extrado de su entorno, nos referimos a una resistencia de clculo frente al arranque, en donde se necesita e intervienen las propiedades del suelo. La resistencia de clculo frente al arranque de un micropilote deber ser mayor o igual que el esfuerzo axial a traccin que est soportando el mismo, entonces:

Qar PtDonde: Qar Pt = Resistencia ltima frente al arranque (traccin). = Carga axial a traccin.

La resistencia de clculo frente al arranque se obtiene como la suma de la resistencia por fuste frente a esfuerzos de traccin y la componente del peso propio del micropilote en la direccin de su eje, minorado tal y como se muestra a continuacin:

Qar = Qf t +Donde: Qar We FWe Qft

We Fwe

= Resistencia ltima frente al arranque (traccin). = Componente del peso propio del micropilote en la direccin de su eje. = Coeficiente de minoracin. Salvo justificacin expresa en contra, se deber tomar un valor Fwe = 1.2 (MFOM)3. = Resistencia por fuste del micropilote frente a esfuerzos de traccin.

Qf t = Al f tDonde: ft Al = Rozamiento unitario por fuste (traccin). = rea lateral del micropilote. 26



Para calcular el rozamiento unitario por fuste frente a esfuerzos de traccin, se lo realiza como primera opcin mediante ensayos de carga IN SITU segn los criterios propuestos por la Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera (MFOM)3. De lo contrario y en ausencia de lo expuesto anteriormente se puede obtener el valor mediante mtodos tericos y correlaciones empricas como sigue (MFOM)3:

ft = n fDonde: ft n = Rozamiento unitario por fuste (traccin). = Coeficiente: Micropilotes sometidos alternativamente a cargas de compresin y traccin: n= 0.60. Micropilotes sometidos nicamente a esfuerzos de traccin: n= 0.75. = Rozamiento unitario por fuste frente a esfuerzos de compresin. (Vaseprrafo 3.1.1).

f

3.3 FALLO ESTRUCTURAL DE LOS MICROPILOTESTodo micropilote est expuesto a fallar estructuralmente tanto a compresin, traccin, flexin y cortante puesto que estn sometidos a cargas que generan estas reacciones. Las cargas son transmitidas al elemento directamente ya sea por su encepado o por la estructura que estn sosteniendo, si el elemento no es capaz de resistir estos agentes, se pueden producir fractura en el micropilote tanto por las cargas de la estructura como por las producidas por el suelo. Es decir la estructura del elemento con relacin a su entorno se vuelve inestable. Todo el procedimiento que a continuacin se detalla a si como las condiciones que utilizan las ecuaciones y sus coeficientes parciales de seguridad estn basados e la gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera (MFOM)3.

3.3.1 Resistencia estructural a compresin.Debe comprobarse lo siguiente:

Qec PcQec = Resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de compresin. Pc = Carga axial a compresin.

27

E . 3c

E . 3c



La resistencia estructural del micropilote a compresin ser:

Donde: Ac fcd = Seccin neta del mortero, descontando armadura. Para calcular se debe utilizar el dimetro nominal del micropilote. = Resistencia del mortero o lechada de cemento a compresin:

f cd =

f ck

c

fck = Resistencia caracterstica del mortero de cemento a compresin simple, a los 28 das. c = Coeficiente parcial de seguridad para el mortero igual a c = 1.50. As = Seccin total de las barras corrugadas de acero fsd = Resistencia de las barras de acero:

f sd =

s

f sk

400MPa

fsk = Lmite elstico del acero de las armaduras corrugadas, que puede obtenerse del cuadro 3.6. Si se dispone de esa clasificacin, de lo contrario se escoger los valores que se dispongan en el mercado para el tipo de acero. s = Coeficiente parcial de seguridad para el acero de las armaduras corrugadas, se toma s = 1.15. fyd = Resistencia de la armadura tubular de acero:

f yd =fy

fy

a

400 MPa

a

= Lmite elstico del acero de la armadura tubular que puede obtenerse de la cuadro 3.7. Si se dispone de esa clasificacin, de lo contrario se escoger los valores que se dispongan en el mercado para el tipo de acero. = Coeficiente parcial de seguridad para el acero de la armadura tubular, se tomar a = 1.10.

Aac = Seccin de la armadura tubular de acero

28



Aac =Donde: de re dj Fu,c

[(d 4

e

2re ) d 2 j Fu ,c2

]

= Dimetro exterior nominal de la armadura tubular. = Reduccin de espesor de la armadura por efecto de la corrosin, que puede obtenerse del cuadro 3.8. = Dimetro interior nominal de la armadura tubular. = Coeficiente de minoracin del rea de la armadura en funcin del tipo de unin (compresin). Salvo justificacin expresa se deber adoptar los valores del cuadro 3.9 = Coeficiente de influencia del tipo de ejecucin, que tiene en cuenta la naturaleza del terreno y el sistema de perforacin, el cual se tomar del cuadro 3.10.

Fe

Cuadro 3.6 LMITE ELSTICO DE LOS ACEROS PARA LAS BARRAS CORRUGADAS DE ACERO, fsk

DESIGNACIN EN UNE 36068:94 B 400 S B 500 S

LMITE ELSTICO fsc (Mpa) 400 500


Cuadro 3.7 LMITE ELSTICO DE LOS ACEROS PARA LAS ARMADURAS TUBULARES, fy

DESIGNACIN UNE EN 10027 S 235 S 275 S 355 S 420 S 460

LMITE ELSTICO fy (Mpa) 235 275 355 420 460


29



Cuadro 3.8 REDUCCIN DE ESPESOR DE ARMADURA POR EFECTO DE LA CORROSIN (re), mm

TIPO DE TERRENO Suelos naturales sin alterar Suelos naturales contaminados o suelos industriales Suelos naturales agresivos (turbas F cinagas,etc..) u Rellenos no agresivos sin compactar e n Rellenos agresivos sin compactar t (cenizas, escorias, etc..)e

VIDA TIL REQUERIDA AL MICROPILOTE (aos) 5 25 50 75 100 0.00 0.30 0.60 0.90 1.20 0.15 0.20 0.18 0.50 0.75 1.00 0.70 2.00 1.50 1.75 1.20 3.25 2.25 2.50 1.70 4.50 3.00 3.25 2.20 5.75

Fuente: GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA; (Octubre 2005). Cuadro 3.9 COEFICIENTE Fu,c

Mediante manguitos exteriores doblemente roscados, sin disminucin de seccin De rosca machihembrada con seccin ensanchada De rosca machihembrada , sin seccin ensanchada y con contacto a 1.0 tope en ambos extremos Otras uniones diseadas especficamente para no sufrir prdidas de resistencia Resto de casos 0.5Fuente: GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA; (Octubre 2005).

Cuadro 3.10 COEFICIENTE Fe

TIPO DE TERRENO Y DE PERFORACIN T I Terreno con nivel fretico por encima de la punta del 1.50 micropilote y perforacin sin revestir, sin empleo de lodos T II Terreno con nivel fretico permanente bajo la punta del micropilote y perforacin sin revestir, sin empleo de lodos T II Cualquier tipo de terreno perforado con lodos T Cualquier tipo de terreno perforado al amparo de IV revestimiento recuperable Micropilote con tubera de revestimiento dejada TV de forma permanente (camisa perdida) 1.30 1.15 1.05 1.00


R

= Factor emprico de pandeo o coeficiente de reduccin de la capacidadestructural del micropolote por efecto del pandeo, cuyo valor se tomar como

30



se indica a continuacin: Se deber considerar R 1, cuando: - El micropilote est rodeado por arenas con compacidades flojas a medias o suelos cohesivos con consistencias blandas a medias. Mayor informacin en Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera, capitulo 6 (MFOM)3. - Donde existan zonas del micropilote sin cohesin lateral, por la presencia de huecos o por estar rodeado de terrenos inestables. Para el resto de casos R = 1 Por otra parte si el diseador lo desea se puede calcular el valor de R segn la siguiente ecuacin (Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera, capitulo 6) (MFOM)3.

R = 1.07 0.027C R 1Donde: CR = Coeficiente adimensional que se representa en el cuadro 3.11Cuadro 3.11 COEFICIENTE CR

TIPO DE COACCIN LATERAL Fangos y turbas con 15 KPa Su (Kpa) 25 Arcillas y limos blandos con 15 KPa Su (KPa) 25 Suelos no cohesivos de compasidad media (0,35 < ID < 0,65) que cumplan alguno de los siguientes requisitos: 1.- Encontrarse permanentemente por encima del nivel fretico 2.- Presentar un coeficiente de uniformidad mayor o igual que dos (D60/D10 2) Suelos cohesivos de consistencia media (25 KPa Su (KPa) 50 ) Libre (sin terreno o rodeado de terreno inestable)

18 a 12 12 a 8

8a7

H/DR

DR:Dimetrodelmicropiloteenlazonadepandeo.Cuandoenlazonalibreorodeadodeterreno inestable)sehayacolocadotuberaderevestimientoperdida,DRsereldimetrodedichatubera:si nofueraassetomareldimetroexteriordelaarmaduratubular(DR=De). H:Longituddelazonalibre(sinterrenoorodeadodeterrenoinestable).Fuente: GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA; (Octubre 2005).

31



3.3.2 Resistencia estructural a traccin.Un micropilote tambin puede estar expuesto a fallo estructural a traccin, debido a factores como el viento sobre el elemento cuando este es de gran envergadura o por lo general y en el caso ms usual, por una carga que ala en cierto modo a la estructura (rtulos estatales, pasos a desnivel, etc.). Para el clculo se tomara solamente la contribucin del acero que componga al elemento puesto que este soporta ms resistencia a la tencin (MFOM)3. Esta resistencia a traccin es la que resistira el micropilote conjuntamente con la armadura, descartando ante todo la interaccin del suelo con el elemento. Para saber si el diseo es ptimo se debe comprobar que:

Qet PtDonde: Qet = Resistencia estructural del micropilote a compresin. Pt = Carga axial a traccin. La resistencia estructural del micropilote a esfuerzos de traccin se calculo como:

Qet = (As f sd + Aat f yd )

1 1.10

Los factores As, fsd, y fyd se calcularn similarmente a las ecuaciones propuestas en el enunciado 3.3.1. El factor Aat se calcular de la siguiente manera:

Aat =Donde: de re dj Fu,t

[(d 4

e

2re ) d 2 j Fu ,t2

]

= Dimetro exterior nominal de la armadura tubular. = Reduccin de espesor de la armadura por efecto de la corrosin, que puede obtenerse del cuadro 3.8. = Dimetro interior nominal de la armadura tubular. = Coeficiente de minoracin del rea de la armadura en funcin del tipo de unin (compresin). Salvo justificacin expresa se deber adoptar los valores del cuadro 3.12.

32



Cuadro 3.12 COEFICIENTE Fu,t

Mediante manguitos exteriores doblemente roscados, sin disminucin de seccin 1.0 De rosca machihembrada con seccin ensanchada Otras uniones diseadas especficamente para no sufrir prdidas de resistencia Resto de casos 0.5Fuente: GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA; (Octubre 2005).

3.3.3 Tope estructural.Se conoce como tope estructural al esfuerzo ltimo o mximo que puede soportar un micropilote llegando al lmite de rotura bajo una carga aplicada principalmente bajo cargas a compresin, considerando coeficientes de seguridad de minoracin tanto para resistencia caracterstica del hormign como para el acero. Existen varios mtodos de clculo propuestos por varios autores para obtener el tope estructural del micropilote que a continuacin se detallan, claro estos varan entre uno y otro por que las ecuaciones expuestas son empricas aunque si se desea profundizar ms acerca de este clculo se recomienda revisar (Manuel Romana Ruiz)2. Tope estructural (Jimnez Salas).

T = 0.25 f ck Ac + 0.4 f yk AstDonde T Ac Ast fck fyk = Tope estructural. = Seccin terica nominal del mortero (si hubiese acero en el elemento se le debera restar la seccin del acero a la seccin de hormign). = Seccin del acero. (Incluido el entubado y las barras de acero si las hubiera). As + (( de 2 4) ( dj 2 4)) = Resistencia caracterstica del hormign. 0.25fck 6 Mpa. = Resistencia caracterstica del acero (fyk deber ser el mayor de fsk y fy). 0.40fyk 140 Mpa.

Lo que implica coeficientes de seguridad de 4 a 2.5 para el hormign y el acero y resistencias mximas de clculo de 24 MPa y 350 MPa respectivamente (ManuelRomana Ruiz)2.

Tope estructural (Frmula EH).

T=

1 (0.85 f ck Ac + f yk Ast ) 1 .2 1 .833

E . 3c



Donde: T Ac Ast fck fyk

= Tope estructural. = Seccin terica nominal del mortero (si hubiese acero en el elemento se le debera restar la seccin del acero a la seccin de hormign). = Seccin del acero. (Incluido el entubado y las barras de acero si los hubiera). As + (( de 2 4) ( dj 2 4)) = Resistencia caracterstica del hormign. 0.25fck 6 MPa. = Resistencia caracterstica del acero (fyk deber ser el mayor de fsk y fy). 0.40fyk 140 MPa.

Con la condicin que: A > 0.2B, lo que implica coeficientes de seguridad parciales de 1.2 y 1.8 y un coeficiente de seguridad global de 2.16 (Manuel Romana Ruiz)2. Tope estructural segn EHE.

T=Donde: T Ac Ast fck fyk F1

1 0.85 Ac f ck Ast f yk + F1 1.5 1.15

= Tope estructural. = Seccin terica nominal del mortero (si hubiese acero en el elemento se le debera restar la seccin del acero a la seccin de hormign). = Seccin del acero. (Incluido el entubado y las barras de acero si los hubiera). As + (( de 2 4) ( dj 2 4)) = Resistencia caracterstica del hormign. 0.25fck 6 Mpa. = Resistencia caracterstica del acero (fyk deber ser el mayor de fsk y fy). 0.40fyk 140 Mpa. = Factor de mayoracin de cargas. Este coeficiente se lo puede obtener del cuadro 3.5.

3.3.4 Resistencia estructural a flexin y cortante.Resistencia estructural a flexin. Cuando se desee calcular la resistencia estructural a flexin, se supondr que nicamente trabajar la estructura tubular del elemento. As como tambin se tendr en cuenta la resistencia estructural de la unin de la armadura, puesto que esta podra ser inferior a la de toda la estructura si la hubiera. Se calcular en base a lo especificado segn la gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera (MFOM)3, y se tendr en cuenta como comprobacin que:

34

E . 3c



Q flexin MDonde: M Qflexin = Momento flector. = Momento mximo que resiste la seccin a flexin, que se determinar como sigue:

Si

d e 2 re 16450 , t re fy16450 d e 2 re 21150 < , fy t re fy

Q flexin = W plQ flexin = Wel

fy

afy

Fu , f

Si

a

Fu , f

Donde: de re t fy = Dimetro exterior nominal de la armadura tubular. = Reduccin de espesor de la armadura por efecto de la corrosin, que puede obtenerse del cuadro 3.8. = Espesor de la armadura tubular. = Lmite elstico del acero de la armadura tubular que puede obtenerse del cuadro 3.7. Si se dispone de esa clasificacin, de lo contrario se escoger los valores que se dispongan en el mercado para el tipo de acero. = Coeficiente parcial de seguridad para el acero de la armadura tubular a=1.10 (MFOM)3. = Mdulo plstico de la seccin = Mdulo elstico de la seccin

aWp l We l

W pl =Wel =Donde:

(d e 2 re )3 d j 3

(d e 2 re )4 d j 432(d e 2 re )

[

6

]

dj = Dimetro interior nominal de la armadura tubular. Fu,f = Coeficiente de minoracin del mdulo resistente de la armadura tubular Fu,f = 0.5 (MFOM)3. Mdulo plstico: Es el mdulo resistente a flexin de la seccin transversal cuando ella se encuentra totalmente plastificada. Es el momento esttico con respecto al eje neutro de las reas de la seccin transversal ubicadas a ambos lados del eje neutro.

35



Momento elstico: Es el momento para el cual la fibra ms alejada del eje neutro alcanza la tensin de fluencia. Resistencia estructural a cortante. De igual manera como ya se visto en la resistencia estructural a flexin, en este caso, se considerar la actuacin directa de la armadura tubular, comprobndose as el clculo que se describe a continuacin:

V Qcor tan teDonde: V = Esfuerzo cortante. Qcortante = Resistencia ltima de la seccin a cortante. Qcortante=Vp Vp=Resistencia plstica de la seccin a esfuerzo cortante:

Vp =Donde: fy

2 APr

1 fy 3 a

aAPr

= Lmite elstico del acero de la armadura tubular que puede obtenerse del cuadro 3.7. Si se dispone de esa clasificacin, de lo contrario se escoger los valores que se dispongan en el mercado para el tipo de acero. = Coeficiente parcial de seguridad para el acero de la armadura tubular a=1.10 (MFOM)3. = Seccin reducida de la armadura tubular de acero:

APr =

[(d 4

e

2 re ) d j2

2

]

Resistencia estructural frente a esfuerzos combinados (flexin y cortante). Cuando se requiera realizar el clculo de la resistencia estructural en donde los esfuerzos a flexin y cortante interactan simultneamente, hay que tener en cuenta que la resistencia estructural se reduce. Cuando el valor del esfuerzo cortante es muy reducido, este se compensa por el endurecimiento del material por deformacin y se puede despreciar. Aun as, cuando el esfuerzo cortante sea mayor que la mitad de la resistencia plstica a esfuerzo cortante, entonces se considera su efecto en el valor de la resistencia de clculo a flexin y se comprobar lo siguiente (MFOM)3:

Si V 0.5 Qcor tan te ,

QVflexin = Q flexin36

E . 3c



Si V > 0.5 Qcor tan te ,Donde:

QVflexin = (1 ) Q flexin

QVflexin = Momento mximo que soporta la seccin a flexin, teniendo en cuenta la interaccin del esfuerzo cortante. Qflexin = Momento mximo que resiste la seccin a flexin, vase enunciado 3.3.4. = Factor de reduccin:

2 V = 1 V pDonde:

2

V = Esfuerzo cortante. Vp = Resistencia plstica de la seccin a esfuerzo cortante.

3.4 ASENTAMIENTO DE LOS MICROPILOTES3.4.1 Consideraciones generales.El desplazamiento vertical o asentamiento se produce cuando la carga aplicada sobre el micropilote sobrepasa la mxima resistencia de soporte del suelo produciendo un fallo en el mismo, causando que el elemento se asiente con desplazamientos verticales ya sean considerables o no en profundidad. El asiento depende principalmente de las caractersticas que tenga el terreno. Segn la GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA; 2005, (MFOM)3 se considera suelo granular cuando el material que pasa por el tamiz # 0.080 mm < 15%, y suelo cohesivo cuando el material que pasa por el tamiz # 0.080 mm > 35%. Por otra parte cuando se efecten cimentaciones ya sea de nueva construccin o recalces, y a su vez los micropilotes atraviesen suelos granulares y cohesivos, se considerar el estudio para los niveles de suelo ms desfavorables, por lo que siempre es preferible tomar en cuenta los suelos cohesivos de consistencia muy firme a dura (qu > 0.35 MPa), y suelos granulares de compacidad media a densa y muy densa (N > 20) (MFOM)3. Si es el caso en donde no se tiene la veracidad de que un terreno es mas deformable que el otro, entonces se podra considerar el clculo para cada uno de los niveles de suelo diferente (capas), y el asiento total se apreciar como la media ponderada de dichos asientos.

37



El clculo del asentamiento de micropilotes se realizar en base a lo descrito por la Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carreteras (MFOM)3, y en la cual se puede obtener ms informacin sobre este proceso de diseo.

3.4.2 Micropilotes en suelos granulares.En terrenos granulares el asiento se calcular con la siguiente expresin:

9 Pc D S NG = Qu 2 90 Donde: SNG Pc Qu D = = = = Asiento del micropilote en terreno granular. Carga axial a compresin. Resistencia ltima frente al hundimiento. Dimetro nominal del micropilote.

3.4.3 Micropilotes en suelos cohesivos.En terrenos cohesivos el asiento se calcular con la siguiente expresin:

S NC =Donde: SNC Pc L qc = = = =

0.6 Pc L qc

Asiento del micropilote en terreno cohesivo. Carga axial a compresin. Longitud del micropilote. Resistencia unitaria del terreno a la penetracin esttica (resistencia unitaria por punta al avance del cono).Se determinar preferiblemente a partir del ensayo de penetracin con el cono CPT, segn UNE 103804, o con la ecuacin referida en la Gua de cimentaciones en obras de carretera, epgrafe 3.4.1.2.c

qc = (C N k ) + 'vC Nk 'v = Cohesin del suelo. = Factor a dimensional de proporcionalidad. Depende del tipo de terreno, profundidad y otros factores,(de 5 a 20), por lo general Nk=15 (Gua de cimentaciones en obras de carreteras, epgrafe 3.4.1.2) = Presin vertical total a nivel del ensayo. Ec. 3.5.2.2(a),(b)

38



3.5 ANLISIS Y DISEO DE MICROPILOTES EN GRUPOEl clculo se lo realizar de acuerdo a la metodologa utilizada por BRAJA M. DAS5, Principios de Ingeniera de Cimentaciones tomando como resistencia ultima del pilote individual el calculado por la metodologa empleada por la Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera (MFOM)3.

3.5.1 Grupo de micropilotesSe llama grupo de micropilotes a un conjunto de micropilotes verticales al que se pueden aadir en ciertos casos micropilotes inclinados, por lo general simtricos, sin cabeza libre y sujetados en sus cabezas por una capa de hormign de espesor variable llamado encepado para resistir esfuerzos mucho mayores que los que resistira normalmente una solo micropilote. (Fig. 3.2.a). Hay que tener en cuenta que cuando los micropilotes se colocan en grupo, la distancia que hay entre ellos no sea demasiadamente corta ni larga ya que esto puede ocasionar que los bulbos de presiones se intersequen reduciendo as la capacidad de carga de los micropilotes o a su vez que estos funcionen individualmente por estar muy espaciados, lo que causara que los elementos colapsen por corte a asentamiento diferencial. (Fig.2.10.b). En la prctica, el espaciamiento d mnimo centro a centro es de 2.5D (D = dimetro) y en situaciones ordinarias, es aproximadamente de 3 a 3.5D, (Braja M. Das)5.Figura 3.2 MICROPILOTES EN GRUPO

Fuente: BRAJA M. DAS, Principios de Ingeniera de Cimentaciones

Segn la GUA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA (MFOM)3, indica que el efecto de grupo parece ser ptimo para valores del espaciamiento centro a centro de micropilotes comprendidos entre

39

= 1

mn

=

c 2ot arc

= arc tg s

E . 3c



2.5D a 4D, para valores inferiores el confinamiento puede llegar a ocasionar una ruptura en el elementos suelo micropilotes, disminuyendo as la resistencia total. Por no haber estudios ms recientes referentes a micropilotes y dado que los pocos procedimientos no son del todo acertados. Los clculos para estimar las diferentes resistencias de los micropilotes en grupo en diferentes mbitos de estudio, son efectuados por los mismos procedimientos utilizados en pilotes, y que en ocasiones se utilizan factores de mayoracin o de seguridad. 3.5.1.1 Eficiencia de grupo. La eficiencia de grupo principalmente da la pauta para analizar el comportamiento del grupo de micropilotes en comparacin del micropilote aislado, es decir si este se comportar como un conjunto en si o se considerar que trabajara individualmente. La ecuacin para la eficiencia de grupo es la siguiente (Braja M. Das)5:

=Donde:

Qg Qu

= Eficiencia de Grupo (se lo representar en %) Qg = Resistencia ltima frente al hundimiento en grupo. Qu = Resistencia ltima frente al hundimiento. Si no se posee Qg, entonces se procede a ocupar cualquiera de las siguientes frmulas: Grupo de los ngeles (ESPAA) (Jos M. Rodriguez Ortiz)13.

Donde m n D s = = = = Nmero de micropilotes por fila. Nmero de micropilotes por columna. Dimetro del micropilote. Distancia centro a centro entre micropilote

40

donde

grados (

= mn 90 )

D 1 t (an

E . 3 c



Grupo de los ngeles (Braja M. Das)4

Donde m n D s = = = = Nmero de micropilotes por fila. Nmero de micropilotes por columna. Dimetro del micropilote. Distancia centro a centro entre micropilote

Converse-Labarre (Braja M. Das)4

Donde M N D S = = = = Nmero de micropilotes por fila. Nmero de micropilotes por columna. Dimetro del micropilote. Distancia centro a centro entre micropilote

3.5.1.2 Comprobacin frente al hundimiento. Los clculos que se deben realizar para comprobar la resistencia por hundimiento en grupo de micropilotes son los mismos que los efectuados para un solo micropilote visto en el apartado 3. Para poder calcular la resistencia al hundimiento de todo el grupo se efectan las ecuaciones que se encuentran a continuacin (Braja M. Das)4: Cuando 1

Qg = QuQg = Qu

Cuando 0.5 Qcor tan te ,

es un factor de reduccin = [(2*V/Vp)-1]2

Como V 0.5Vp entonces Qvflexin = Qflexin, y Qflexin se calcular de la siguiente manera: Se deber tomar en cuentas las siguientes condiciones:

Si

d e 2 re 16450 , t re fy

Q flexin = W pl

fy

a

Fu , f

Si

16450 d e 2 re 21150 < fy t re fy

,

Q flexin = Wel

fy

a

Fu , f

La primera condicin cumple, por lo que recurriremos a la primera frmula:

83



Q flexin = W pl

fy

a

Fu , f

Q flexin = 0.0002815 Q flexin

420000 0.50 1.1 = 53.741KN / m 2

Figura 4.17 RESULTADOS DEL ANISIS PARA LA RESISTENCIA A FLEXION Y CORTANTE

Luego del anlisis aparecern notas especificando si la resistencia a flexin y cortante es satisfactoria o si definitivamente el micropilote falla.

4.4

CLCULO DE ASENTAMIENTOS EN MICROPILOTESEsta herramienta permite determinar el asiento del micropilote aislado frente a una carga axial de compresin que acta directamente sobre el encepado del elemento, para lo cual considera la geometra del elemento y las caractersticas del suelo que componen el ltimo estrato donde se asienta la estructura. Paso 1: Activacin de opciones Dentro de esta herramienta tenemos dos opciones para el clculo del asentamiento para suelos GRANULARES y COHESIVOS. Se debe tomar en cuenta que los datos que se ingresaran correspondern al ltimo estrato donde se apoyar el micropilote. Como ejemplo se activa la opcin MICROPILOTE EN TERRENO COHESIVO (Fig. 4.18).Figura 4.18 OPCIONES PARA CALCULAR EL ASENTAMIENTO DE MICROPILOTES EN SUELO COHESIVO O GRANULAR

84

= 'v

KN 180



Paso 2: Ingreso de datos

A continuacin se habilitar el cuadro de ingreso de datos correspondientes a micropilote el terreno cohesivo. (Fig. 4.19), procediendo a ingresar los datos como sigue: DATOS ESTRUCTURALES Carga axial a compresin (Pc) Longitud total del micropilote (L) Cohesin del suelo (C) Peso especfico () Factor adimensional de proporcionalidad (Nk) Nk = 5 a 20 = = = = = 175 10 30 18 15 KN m KN/m2 KN/m3

Nk depende del tipo de terreno, profundidad y otros elementos por lo general es igual a 15.Figura 4.19 INGRESO DE DATOS ESRUCTURALES

Paso 3: Ejecucin del programa A continuacin enviamos a CALCULAR, el cual dar inici a la ejecucin de los clculos correspondiente (Fig. 4.20):

Esfuerzo vertical:

' v = ( suelo ) L ' v = (18)(10)85

= q c

+ ( 3 * 15 )0

N SC

= 0 . 01667

1 .6 67 m



Resistencia unitaria del terreno a la penetracin esttica:

Asiento del micropilote en terreno cohesivo:

S NC = S NC =

0.6 Pc L qc 0.6(175) (10)(630)

Figura 4.20 RESULTADOS DEL ANISIS PARA EL ASIENTO EN TERRENO COHESIVO

4.5 CLCULO DE MICROPILOTES

ASENTAMIENTOS

EN

GRUPO

DE

Esta herramienta permite determinar el asiento del grupo de micropilotes frente a una carga axial de compresin que acta directamente sobre la cabeza del grupo, para lo cual considera la geometra del elemento y las caractersticas del suelo en el cual los micropilotes se asientan. Paso 1: Ingreso de datos Primeramente procedemos a ingresar los datos de la parte estructural tomando como referencia el grafico que se encuentra en la parte derecha de la interfaz web (Fig.4.21) correspondiente a esta herramienta. DATOS ESTRUCTURALES Carga aplicada al grupo de micropilotes (Qg) Dimetro del micropilote individual (D) Altura del los micropilotes (L) Nmero de micropilotes por fila (m) Nmero de micropilotes por columna (n) Factor para el clculo de (s) (Se escoger de 2.5 a 4 veces el dimetro) Asiento del micropilote aislado (So) = = = = = = = 700 KN 0.25 m 7 m 2 2 2.50 16.67 mm

86



Luego de haber ingresado los datos referentes al micropilote, procedemos a digitar los datos geotcnicos correspondientes al suelo en sus respectivos estratos. NUMERO DE ESTRAOS: 2 PRIMER ESTRATO Espesor (Z) Mdulo de Poisson (v) Mdulo de elasticidad del terreno (E) SEGUNDO ESTRATO Espesor (Z) Mdulo de Poisson (v) Mdulo de elasticidad del terreno (E) = = = 4 m 0.30 11000 KN/m2 = = = 3 m 0.30 10000 KN/m2

Algunos valores para el mdulo de poisson y el mdulo de elasticidad del terreno se los puede visualizar en el cuadro 4.4.

Figura 4.21 INGRESO DE DATOS ESTRUCTURALES Y GEOTCNICOS

NOTA.- Para el dato del asiento del micropilote aislado So deber calculrselo mediante la metodologa utilizada anteriormente y utilizando una carga Pc igual a la carga total dividida para en nmero de micropilotes que conformen el grupo, es decir que para este ejemplo la carga total es de 700 KN, lo que indica que se tendr que dividir entre el nmero de micropilotes que conforman el grupo para con ello calcular en asiento individual en el micropilote. Se tendr acceso a esto mediante un link (Fig 4.22).

87



Cuadro 4.4 CONSTANTES ELSTICAS DE DIFERENTES SUELOS MODIFICADAS DE ACUERDO CON EL U.S. DEPARTMENT OF THE NAVY (1982) Y BOWLES (1988). Rangode valores tpicos Mdulode Young,Es (MPa)

EstimacindeEsapartirdeN Coeficientede Poisson,v (adimensional)

TIPODESUELO

Tipodesuelo limos, limos arenosos, mezclas levementecohesivas. Arenas limpias finas a medias y arenaslevementelimosas. Arenas gruesas y arenas con poca grava. gravaarenosaygravas. gravaarenosaygravas

Es(MPa)

Arcilla: Blanda 2.415 sensible 1550 Medianamente rgidaargida Muyrgida Loes 1560 50100

0.40.5 (nodrenada) 0.10.3 0.30.35 0.25

0.4N1 0.7N1 1.0N1 1.1N1 1.1N1

220 Limo Arenafina: Suelta 7.510 Medianamente 1020 densa Densa 2025 Arena: Suelta Medianamente densa Densa 1025 2550 5075

EstimacindeEsapartirdeSu 400Su1000Su

Arcillablandasensible.

0.200.35 Arcillamuyrgida.

3000Su4000Su

Arcillamedianamentergidaargida. 1500Su2400Su

0.300.40 0.200.35

EstimacindeEsapartirdeqc

Grava: Suelta 2575 Medianamente 75100 densa Densa 100200

Suelosarenosos. 0.300.40

4qc

Fuente: ESPECIFICACIONES AASHTO PARA EL DISEO DE PUENTES POR EL MTODO LRFD

Figura 4.22 LINK DE REDIRECCIONAMIENTO PARA EL CLCULO DEL ASIENTO INDIVIDUAL DEL MICROPILITE

Paso 2: Ejecucin del programa Se proceder a CALCULAR (Fig. 4.23). 88

= Lg

( 2 1 ) 0 .( 88 m

. 25 6 ) 0 +

= Bg

( 2 1 ) 0 .( 88 m

. 25 6 ) 0 +

'v

= KN 6 . 7 28



Figura 4.23 BOTN QUE DA INICIO AL CLCULO, EJECUTAR UN EJEMPLO O LIMPIAR LOS DATOS PARA UN NUEVO PROYECTO

Inmediatamente aparecern los resultados correspondientes al asiento en grupo de micropilotes propuesto por MFOM. (Fig. 4.24). El proceso de clculo es el siguiente: Longitud y base total del grupo de micropilotes:

Incremento de la presin vertical total: Como Lg/Bg 10, entonces:

' v i = p 1 cos 3 a= A =

(

)

(0.88)(0.88) = 0.4964m 3.1416

= arctg (a / H ) = arctg (0.4965 / 3) 1 = 0.164 radianes ' v1 = ((700 ) /( 0.88)( 0.88) ) 1 cos 3 (0.164 ) ' v1 = 35 .92 KN / m2

(

)

89

V equiva V equiva V equiva

= 139 463 = 0 . 30 =

z i ' . 1295 7651



Modulo de poisson equivalente:

Mdulo de elasticidad medio equivalente del terreno:

Em =

i zi i E zi i

134.87 0.01324 Em = 10186.221KN / m 2 Em =Asiento del grupo de micropoilotes:

S g = S o + 0 .8

E m (B g + H 1 )(L g + H 1 )

Q g 1 Vequiva

(

2

)

700(1 0.30 2 ) 10186.221(0.88 + 3.33)(0.88 + 3.33) S g = 0.021515m 21.515mm S g = (16.67 / 1000) + (0.8)Figura 4.24 RESULTADOS DEL ANISIS CORRESPONDIENTE AL ASIENTO EN GRUPO DE MICROPILOTES

90



4.6 CARGA LATERALEl mtodo de anlisis mediante curvas p-y considera las reacciones producidas por el suelo frente a desplazamientos laterales, los cuales pueden ser no lineales, este mtodo se basa en el modelo de WINKLER donde resistencia unitaria del suelo debido a una carga horizontal es representada por una serie de resortes ubicados a lo largo de la estructura. Por cada estrato se generan curvas p-y las cuales dependen principalmente de las caractersticas del suelo y de la longitud del pilote. Para determinar el comportamiento lateral del pilote se necesita datos correspondientes a la geometra y materiales del pilote y las caractersticas del suelo; dichos datos son procesados por el programa OpenSees, quien ser el encargado de analizar el comportamiento de los pilotes frente a una carga lateral incremental. Paso 1: Ingreso de datos Antes de ingresar los valores se deber decidir si se trata de un solo pilote o de un grupo de pilotes (Fig. 4.25).

Figura 4.25 SELECCIN DE OPCIONES

La opcin de Micropilote Individual, nos sirve tambin para disear cortinas de micropilotes, (pilotes colocados en una sola fila). Ingresamos los datos estructurales del pilote y geotcnicos del suelo donde ser embebido el elemento (Fig. 4.26), para ello se detallan los siguientes datos que servirn de ejemplo para analizar la capacidad del elemento si se lo sometiera a una carga lateral. DATOS ESTRUCTURALES Carga axial (P) Nivel del cabezal del pilote (La) Espesor del cabezal (h) Separacin entre pilotes (s) Longitud del pilote (H) Dimetro del pilote (D) Longitud del encepado del pilote (L) Resistencia caracterstica del hormign (fc) Lmite elstico del acero (fy) Cuanta de acero () (AASTHO 2007)13 = = = = = = = = = = 1000 0.50 0.50 1.25 25 0.50 5.25 28000 24000 0.002 KN m m m m m m KN/m2 KN/m2

91



DATOS GEOTCNICOS ESTRATO 1:

Espesor del estrato (Z) Tipo de suelo ngulo de friccin () Peso especfico ( ) Drag and closure resistance (cd) ESTRATO 2: Espesor del estrato (Z) Tipo de suelo ngulo de friccin () Peso especfico ( ) Drag and closure resistance (cd) ESTRATO 3 Espesor del estrato (Z) Tipo de suelo Cohesin (C) Peso especfico ( ) Deformacin unitaria al 50% de Pu Drag and closure resistance (cd) ESTRATO 4: Espesor del estrato (Z) Tipo de suelo ngulo de friccin () Peso especfico (a) Drag and closure resistance (cd)

= = = = =

5 m arena 30 8.5 kN/m3 0.1

= = = = =

5 m arena 42 9 kN/m3 0.1

= = = = = =

5 m arcilla 20 KN/m2 5 kN/m3 0.02 0.1

= = = = =

10 m arena 44 10 kN/m3 0.1

92



Figura 4.26 INGRESO DE DATOS ESTRUCTURALES Y GEOTCNICOS

Nota.- En el clculo de los elementos Tz se utiliza un ngulo de friccin delta que es igual a 2/3 del ngulo de friccin normal del suelo . Por otra parte si el tipo de terreno es arena entonces no ser necesario ingresar el valor de la deformacin unitaria al 50% de pult, por lo que esta casilla se deshabilitar para prevenir cualquier error. Paso 2: Ejecucin del programa Luego se enviar a CALCULAR (Fig. 4.27).Figura 4.27 BOTN QUE DA INICIO AL CLCULO, EJECUTAR UN EJEMPLO O LIMPIAR LOS DATOS PARA UN NUEVO PROYECTO

En esta etapa los datos que han sido digitados sern enviados al CLUSTER (conjunto de varios computadores trabajando en paralelo para aumentar la capacidad de procesamiento de datos) para realizar los clculos pertinentes mediante el programa OpenSees quien ser el encargado de realizar las operaciones internamente y luego enviar los resultados del anlisis de vuelta a la interfaz web que sern representados en una grfica fuerza desplazamiento (Fig. 4.28).

93



Figura 4.28 RESULTADOS DEL ANLISIS

Esta herramienta muestra una grfica fuerza desplazamiento en la que se puede visualizar la capacidad lateral del sistema suelo pilote a medida que se aplica una carga incremental hasta llegar a un desplazamiento de 0.80 m.

94

CAPITULO V



5 EJEMPLOS DE APLICACIN DE HERRAMIENTAS DE ANLISIS Y DISEO5.1 EJEMPLOS DE DISEOEJEMPLO 1

LAS

Un micropilote de de dimetro D = 0.20 m y longitud L = 8 m soporta una carga vertical a compresin Pc = 600 KN (Fig 5.1), El elemento se encuentra en suelos arcillosos y con un nivel fretico a 3.50 m de la superficie del suelo, el peso especfico del hormign con el que est hecho el micropilote es de 24 KN/m2 cuyo hormign ser ingresado con una presin 0.3 MPa. Determinar: (a). La resistencia por fuste, por punta y la resistencia ltima frente al hundimiento. (b). Comprobar la resistencia frente al arranque, si el esfuerzo axial a traccin es Pt = 100 KN. Escoger el factor de seguridad suponiendo que trabaja a compresin y traccin. (c). Verificar si la cimentacin resiste las cargas impuestas o de lo contrario realizar el clculo mediante micropilotes en grupo, calcular cual es la eficiencia de grupo, y la resistencia ltima frente al hundimiento en grupo de micropilotes utilizar un factor para calcular la separacin entre micropilotes sd = 2.5. (d). Calcular el asentamiento que podra experimentar la cimentacin frente a las cargas impuestas, tanto para el micropilote individual como para el grupo.Figura. 5.1 DIAGRAMA DEL MICROPILOTE CARGADO.

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LITERAL (a) y (b)

Ingresar al laboratorio virtual www.utpl.edu.ec/vleg, luego se proceder a ingresar a las herramientas correspondientes de acuerdo a lo requerido en el ejercicio, en este caso a Comprobacin Frente al Hundimiento, y procedemos a ingresar los datos conforme a lo indicado en el captulo III. Ingresamos los datos tanto estructurales como geotcnicos (Fig.5.2) El coeficiente kr es 1, y como se trata de una cimentacin nueva los coeficientes Fc y F son por tanto 1.5.Figura. 5.2 INGRESO DE DATOS INICIALES.

En el siguiente paso se activan las condiciones para calcular la resistencia ltima al hundimiento por fuste y por punta, y la activacin de la condicin referente al nivel fretico (Fig. 5.3).Figura. 5.3 OPCIONES

Como tambin se pide calcular la resistencia frente al arranque que tendra el micropilote, entonces activamos la opcin correspondiente a ese clculo (Fig 5.4).Figura. 5.4 COMPROBACIN FRENTE AL ARRANQUE.

97



Luego de haber ingreso los datos correspondientes procedemos a y obtenemos los resultados ms relevantes correspondientes a cada estrato (Fig. 5.5.)Figura. 5.5 RESULTADOS PREVIOS.

Vemos que la resistencia frente al arranque de 254.2 KN es satisfactoria, no obstante la resistencia ltima frente al hundimiento 47.206 KN la cual es menor que la carga impuesta de 600 KN, para lo cual se presenta un mensaje en el cual propone dos recomendaciones, hemos de elegir la de realizar la cimentacin en grupo lo cual nos indica que necesitaremos 13 micropilotes. Pero hay que tomar en cuenta que trabajar con el nmero de micropilotes indicado no siempre nos va a dar buenos resultados, esto es porque la resistencia ltima de grupo se conseguir multiplicando la carga ltima por hundimiento del micropilote individual por el nmero de elementos y por la eficiencia de grupo que es un porcentaje por lo general menor al 100% cuyo valor reduce la carga de de hundimiento en grupo pues se considera un factor de seguridad. Claro que se podra increm

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IMPLEMENTACIÓN DEL DISEÑO DE CIMENTACIONES CON MICROPILOTES