Fundaciones Profundas LCPC.docx

INDICE 1.

GENERALIDADES ................................................................................................................................. 3 1.1.

INTRODUCCION ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 3

1.2.

ANTECEDENTES ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 3

1.3.

OBJETIVOS ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ....................... ......... 4

1.3.1. OBJETIVO GENERAL................................. ............................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ................. .... 4 1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS........................................ ...................................................... ............................ ............................ ............................. ............................ ................. .... 4

1.4.

JUSTIFICACION........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 4

1.4.1. JUSTIFICACION TECNICA................................. ............................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ......................... .......... 4 1.4.2. JUSTIFICACION ECONOMICA ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ....................... ........ 4 1.4.3. JUSTIFICACION SOCIAL ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ................. .... 5 1.4.4. JUSTIFICACION AMBIENTAL ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ......................... .......... 5

2.

MARCO TEORICO ................................................................................................................................ 5 2.1. 2.1.1.

2.2.

3.

FUNDACIONES ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 5 CLASIFICACION DE FUNDACIONES ....................................... ..................................................... ............................ ............................ ........................... ............. 6

METODOS PARA EL CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE UN PILOTE ............................... ..................................... ...... 9

2.2.1.

METODO DE TERZAGHI................................... ................................................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 10

2.2.2.

METODO DE MEYERHOF.............................. ............................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ..................... ...... 11

2.2.3.

METODO DE DECOURT Y QUARESMA ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................ ............... .. 1 4

2.2.4.

METODO DE NESMITH...................................... .................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 15

2.2.5.

METODO LCPC .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 17

MARCO PRÁCTICO ............................................................................................................................ 22 3.1. 3.1.1.

3.2.

ESTUDIO GEOTECNICO ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............... .. 22 RESULTADOS DE LABORATORIO ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 22

CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA PARA UN PILOTE........................... ......................................... ............................ ..................... ....... 24

3.2.1.

METODO DE TERZAGHI................................... ................................................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 24

3.2.2.

METODO DE MEYERHOF.............................. ............................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ..................... ...... 24

3.2.3.

METODO DECOURT Y CUARESMA ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ....................... ......... 2 4

3.2.4.

METODO NESMITH .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................. .... 24

3.2.5.

METODO LCPC .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 25

REFERENCIAS ............................................................................................................................................. 29

1

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INDICE DE TABLAS TABLA I VALORES DEL COEFICIENTE B EN FUNDACIONES SEGÚN EL TIPO DE PILOTE Y TIPO DE SUELO ............................................................................................................................... 15 TABLE II VALORES DEL COEFICIENTE KEN FUNDACIONES PARA DISTINTOS TIPOS DE SUELO .............................................................................................................................................. 15 TABLA III PARA LOS MÉTODOS NEN 6743 Y EC 1997-2 LOS SIGUIENTES VALORES PARA EL COEFICIENTE p ESTÁN DISPONIBLES ....................................................................................... 19 TABLE IV DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE BASE

b EN EL MÉTODO DE



BUSTAMANTE Y GIANESELLI (1982) ............................................................................................. 19 TABLE V PARA LOS MÉTODOS NEN 6743 LOS SIGUIENTES VALORES PARA EL COEFICIENTE s ESTÁN DISPONIBLES ....................................................................................... 20 TABLE VI PARA ARCILLA Y LIMO EL VALOR DE s SE TOMA DEL ESTÁNDAR EN 1997-3 ..... 21 TABLE VII DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN DE FUSTE s EN EL MÉTODO DE BUSTAMANTE Y GIANESELLI (1982). ...................................................................................... 21













PROPUESTA PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE CARGA EN PILOTES POR DIFERENTES METODOLOGIAS 1. GENERALIDADES 1.1.

INTRODUCCION

La Ingeniería Civil reúne conocimientos de física, cálculo, mecánica, hidráulica y química para realizar obras en todas sus etapas, desde el diseño, gestión, ejecución, estabilidad y mantenimiento para de tal manera contribuir en el desarrollo económico y social de una determinada población. Dichos proyectos comprenden edificios, hospitales, carreteras, canales, presas, puentes, aeropuertos, vías férreas entre otros; todos constituyen una parte fundamental dentro de las características de una civilización, es por esto por lo que deben cumplir con parámetros de seguridad aplicando tecnología para una eficiencia en costos y materiales reduciendo el daño ambiental y contribuyendo a un bienestar social y a un entorno estético.

1.2.

ANTECEDENTES

El empleo de pilotes de hormigón armado data de 1897. Francisco Hennibeque los utilizó por primera vez para las cimentaciones de las fábricas de la compañía Babcock Wilcox. Desde entonces se han hincado pilotes tipo Hennebique. La utilización de estos pilotes se introdujo en América por Raymon. En Bolivia no se cuenta con una norma que verifique mediante los ensayos “in situ” la capacidad de carga de los pilotes, por lo tanto recurrimos a normas de otros países en donde las ecuaciones podrían ajustarse a suelos de Santa Cruz de la Sierra, tal cual es el caso de la norma ASTM D 1143/D 1143M – 07. – 07. Método de Prueba Estándar Para Fundaciones Profundas Bajo Comprensión Axial Estática, el cual es utilizada para la verificación de carga real de pilotes mediante el ensayo de carga estática “in situ”. En la década de los ochenta empezaron las construcciones de grandes













Al terminar el proceso de diseño d iseño de pilotaje es frecuente que existan dudas sobre sob re la resistencia real de los pilotes por diferentes motivos de esta manera es más frecuente que se realicen pruebas de cargas en los pilotes ya que no se puede ejecutar ningún proyecto para obras de gran importancia si no se realizan pruebas de carga, para comprobar el diseño realizado en fase de proyecto. De esta manera aprovechar los datos que se tienen para una verificación de metodologías de cálculo en las que obtengamos valores en gabinete que se acerquen a los valores reales obtenidos por la prueba de carga estática.

1.3.

OBJETIVOS

1.3.1. OBJETIVO GENERAL Determinar el método de cálculo teórico que permita obtener la capacidad resistente de pilotes de hormigón armado.

1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 





Analizar los estudios geotécnicos del suelo de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra. Realizar cálculos de capacidad de carga utilizando utilizando diferentes diferentes métodos de cálculo. Elaboración de planillas de cálculo para diferentes metodologías. Obtención de la metodología más apropiada para determinar la capacidad capacidad resistente real de pilotes en suelos de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra.

1.4.

JUSTIFICACION

1.4.1. JUSTIFICACION TECNICA Se busca analizar y calcular el comportamiento de un pilote de hormigón armado comparando con fórmulas semi-empíricas y actualizadas, de esta manera se podrá contrastar las capacidades de carga y asentamientos reales y teóricos, conociendo la precisión de las metodologías estudiadas.













1.4.3. JUSTIFICACION SOCIAL Con la elaboración de este documento no se provoca ninguna alteración a la sociedad.

1.4.4. JUSTIFICACION AMBIENTAL Determinado el método que más se acerque a la capacidad real del pilote permitirá eficiencia en los materiales, al disminuir la cantidad de perforación, reducirá los daños ambientales por la menor cantidad de volúmenes de hormigón, inyección de lodo bentonítico y la armadura que se utilizara en la construcción, así como también menor tiempo de trabajo de las maquinarias y equipo reduciendo la contaminación auditiva.

2. MARCO TEORICO 2.1.

FUNDACIONES

Se conoce como fundación al conjunto de elementos estructurales de una edificación cuya misión es transmitir sus cargas o elementos apoyados en ella al suelo, distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soporta, el área de contacto entre el suelo y la cimentación debe ser proporcionalmente más grande que los elementos soportados, excepto en suelos rocosos muy coherentes. La fundación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura. La estabilidad de una edificación depende en gran medida del tipo de terreno sobre el que se asienta. Para diseñar los elementos de fundación, es necesario conocer el comportamiento más real de la interacción:













Esta transferencia depende de una gran diversidad de parámetros, entre los cuales se pueden mencionar:       

La capacidad portante del suelo. La profundidad de la fundación. Tipo y magnitud de la carga de la estructura. Propiedades elásticas del suelo. La rigidez y tamaño de fundación. Propiedades físicas del suelo. Asentamientos del suelo de fundación

Estos elementos son los necesarios para el diseño estructural correcto de las fundaciones de una estructura.

2.1.1. CLASIFICACION DE FUNDACIONES Las fundaciones pueden ser clasificadas en dos grupos: fundaciones superficiales y fundaciones profundas.

2.1.1.1.

FUNDACIONES SUPERFICIALES

Se entiende como fundación superficial aquella cuya profundidad de desplante o de cimentación no excede los 4 m, dentro de estas se encuentran las zapatas, y losas o plateas de fundación.

2.1.1.2.

FUNDACIONES PROFUNDAS

Las fundaciones profundas se utilizan, cuando el suelo superficial no es lo suficientemente resistente para soportar las cargas externas de la estructura, para esos casos se hace necesario utilizar elementos estructurales, los cuales nos ayudaran a transmitir estas cargas externas a estratos más profundos y resistentes. La fundación por pilotes se utiliza cuando el terreno resistente está a profundidades superiores a los 5 m o 6 m; cuando existe gran cantidad de agua en















Las fundaciones profundas se pueden clasificar en los siguientes tipos: I.

II.

III.

IV.

Pilote aislado: Aquel que está a una distancia lo suficientemente alejada de otros pilotes como para que no tenga interacción geotécnica con ellos. Grupo de pilotes: Son aquellos que por su proximidad interaccionan entre sí o están unidos mediante elementos estructurales o lo suficientemente rígidos como para que trabajen conjuntamente. Zonas pilotadas: Son aquellas en las que los pilotes están dispuestos con el fin de reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las cimentaciones. Micro pilotes: Son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tubos barra o perfiles.

2.1.1.2.1. TIPOLOGIA DE FUNDACIONES PROFUNDAS a) Por la forma de trabajo En cuanto a las forma del trabajo, los pilotes se clasifican en: I.

II.

Pilotes por fuste: también conocidos como pilotes flotantes, en aquellos terrenos en los que al no existir un nivel más resistente al que transmitir la carga del pilotaje, este transmitirá su carga al terreno fundamentalmente a través del fuste. Pilotes por punta: también conocidos como pilotes columnas, en aquellos terrenos en los que al existir, a cierta profundidad, un estrato más resistente, las cargas del pilotaje se transmitirán fundamentalmente por punta.













c) Por su forma La forma del pilote podrá ser según su sección transversal y según su perfil longitudinal. La sección transversal

El perfil longitudinal













2.2.

METODOS PARA EL CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE UN PILOTE

En el siguiente análisis solo se consideran aquellas ecuaciones de diseño usados en nuestro medio los cuales son conservadores hasta los contemporáneos con fuertes bases experimentales y desarrollos teóricos exhaustivos. -

Ecuaciones para estimar la capacidad de carga de un pilote:

La capacidad de carga de un pilote se logra a través de una sencilla ecuación como la suma de la carga tomada en la punta del pilote más la resistencia total por fricción superficial generada en la interfaz suelo-pilote.

 =  +  Donde: Qu = Capacidad ultima del pilote Qp = Capacidad de carga de la punta del pilote Qs = Resistencia por fricción FIGURA CAPACIDAD CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA C ARGA DE UN PILOTE













2.2.1. METODO DE TERZAGHI TERZAGHI - Capacidad por Punta:

 = Σ[1.[1.3   ℎ 0.  0.30 30] Donde:













- Capacidad por Fricción:

 = = Σ.Σ. . ℎ.  Donde:

- Capacidad Resistente Total:

 =    - Capacidad Admisible del Pilote:

 =    Donde: FS= 3.00

2.2.2. METODO DE MEYERHOF MEYERHOF















Donde: Ap = Área en la punta del pilote H = Profundidad hasta donde se inicia el estrato resistente (m) Y = Profundidad que penetra el pilote en el estrato resistente (m) h = Profundidad que el pilote debería penetrar en el estrato resistente (m)

ℎ = 4(45 ∅2)

N’c, N’q = factores de carga según ábacos. Si Y < h los valores de Qp1 y Qp2 se deben interpolar, en este caso ambas fórmulas calculan su resistencia por punta solamente hasta la altura H.

Qp1 = c.N’c + .H.N’q Qp2 = 1.3.c.Nc + .H.Nq+0.30 .D.N

2° caso.- pilote flotante (medio coherente homogéneo)













- Capacidad por fricción:

 = Σℎ 













2.2.3. METODO DE DECOURT Y QUARESMA Decourt y Quaresma presentaron un proceso de estimación de capacidades de carga de pilotes con base en los valores del número de golpes del ensayo “SPT”. La ruptura aquí considerada cuando es claramente definida, y es convencional, la carga correspondiente para un desplazamiento de la parte superior del pilote sea 10% de su diámetro. La ruptura aquí considerada, para una carga correspondiente a es de 10% de su diámetro para arcillas y de 30% de su diámetro para los suelos. El método mencionado sugiere otros tipos de coeficientes β y k, según el tipo de pilote.

- Capacidad por Fricción:

      = = 10 ∗  ∗  ∗  ∗  3  1 Donde:













TABLA I VALORES DEL COEFICIENTE B EN FUNDACIONES SEGÚN EL TIPO DE PILOTE Y TIPO DE SUELO

TABLE II VALORES DEL COEFICIENTE KEN FUNDACIONES PARA DISTINTOS TIPOS DE SUELO













El método consiste en el cálculo por separado de la capacidad por fuste y la capacidad por punta:

- Capacidad por punta:

  = 0.19 ∗  + 

Para N60 ≤ 50 golpes.

Donde: Qb = capacidad de carga por punta (MPa) Ncm = es el valor representativo del número de golpes N60 (método de estudio de suelo SPT), en el sector de la base del pilote. Wb = es una constante que depende de la gradación y angularidad del suelo. Para suelos con un contenido uniforme de partículas redondeadas o suelos finos, Wb = 0. Para suelos bien graduados y partículas angulares con menos del 10 % de finos, Wb = 1.34 MPa.















- Capacidad por fricción: = 0.005

∗  +  60

Para N60 ≤ 50 golpes

Dónde: Qf = es la capacidad de carga por fricción (MPa) Ws = es una constante similar a Wb. Para suelos con un contenido uniforme de partículas redondeadas o suelos finos, Ws = 0.













Donde: = Coeficiente de base o punta por pilote.

b

qc,eq= Valor promediado de q c,z El promedio de resistencia equivalente en la punta pun ta del cono q c,eq, se obtiene tal como se indica a continuación: 1) Calcular el promedio de la resistencia qc, mean en la punta del pilote promediando el valor de qc sobre la zona entre 1,5d debajo de la punta del pilote hasta 1,5d arriba de la punta del pilote (d es es diámetro del pilote).













El coeficiente de reducción de la capacidad portante αb en la base del pilote identifica el tipo del pilote. Su valor es determinado por uno de los métodos de cálculo disponibles o puede ser introducido manualmente por el usuario. TABLA III PARA LOS MÉTODOS NEN 6743 Y EC 1997-2 LOS SIGUIENTES VALORES PARA EL COEFICIENTE p ESTÁN DISPONIBLES

PILOTES

p

Pilote clavados prefabricado dirigido o de acero

1

Pilote Fanki

1

Pilote clavado de madera

1













- Capacidad por fricción:

 =∝ , Donde: s

= Coeficiente de fricción en el fuste del pilote

qc,z= Valor de qc a la profundidad z El coeficiente de reducción de eje de fricción αs difiere αs difiere basándose en el método













TABLE VI PARA ARCILLA Y LIMO EL VALOR DE s SE TOMA DEL ESTÁNDAR EN 1997-3 1997-3

TIPO DE SUELO

Qc (MPa)

s

Arcilla

>3

<0.030

Arcilla

<3

<0.020

Limo

<0.025

TABLE VII DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN DE FUSTE s EN EL MÉTODO DE BUSTAMANTE Y GIANESELLI (1982).















3. MARCO PRÁCTICO 3.1.

ESTUDIO GEOTECNICO

























3.2.

CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA PARA UN PILOTE

3.2.1. METODO DE TERZAGHI TERZAGHI













3.2.5. METODO LCPC a) Capacidad por punta:













-

Determinamos qb

a = 1,5 ∗ d



















































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