Resistencia De Pilotes Aislados 5j1q2b

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académica profesional de Ingeniería Geológica

Tema: “Resistencia de pilotes aislados” CURSO: GEOTECNIA II Docente: Ing. ROBERTO GONZALES YANA



Por:.     

DAVILA CUBAS, Erika. LLICAN CENTURION, Arturo. MENDOZA RAMIREZ, Herman. ROJAS VASQUEZ, D´anea. TACILLA JUAREZ, Roberto.

Cajamarca, Mayo del 2014

CONTENI DO

CAP I: Carga de Hundimiento

CAP II: Resistencia Estructural

CAP III: Resistencia por la punta CAP IV: Resistencia por el fuste en terrenos granulares CAP V: Resistencia de pilotes por el fuste en suelos coherentes

Introducción Un pilote es un elemento constructivo utilizado para cimentaciones de obras, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando este se encuentre a una profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más convencional mediante zapata o losas. Las cimentaciones profundas se emplean generalmente cuando los estratos de suelos o de roca situados inmediatamente debajo de la estructura no son capaces de soportar la carga. Los pilotes transmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral y resistencia a la penetración. Históricamente, el hombre, ha utilizado la construcción con pilotes, yasea para protegernos de los animales o de guerreros de otras tribus. Uno de los ejemplos más antiguos es la ciudad de Venecia, la cual está construida sobre pilotes de madera en el delta pantanoso del rio Po.

Objetivos GENERAL  Conocer los conceptos básicos acerca de Resistencia de Pilotes Aislados. ESPECÍFICOS  Explicar la resistencia estructural de pilotes aislados.  Dar a conocer la resistencia por la punta de pilotes aislados.  Determinar la importancia por fuste en suelos granulares.  Entender los mecanismos de resistencia de pilotes por el fuste en suelos coherentes.

Carga de Hundimiento PILOTE AISLADO: Aquél que está a una distancia lo suficientemente alejada de otros pilotes como para que no tenga interacción geotécnica con ellos. 1.- CARGA DE HUNDIMIENTO La rotura global (típica de cimentaciones superficiales) difícilmente se produce en pilotes. Debido a su mayor esbeltez, la rotura en un pilote es por punzonamiento. La rotura de un pilote se identifica en la curva carga-asiento. Esta curva es de la misma forma que las curvas tensióndeformación de comportamiento de un material elastoplástico. Puede mostrar comportamiento dúctil y comportamiento frágil.

CAPITULO I

TIPOS TIPOS DE DE ROTURA ROTURA EN EN PILOTES PILOTES (Según (Según Winterkorn Winterkorn yy Fang Fang ))

Carga de Hundimiento

CAPITULO I

El pilote es de tipo columna y prácticamente toda la carga se soporta por punta.

Terreno blando con base rocosa en su límite inferior. Terreno blando sobre terreno medio o terreno medio sobre terreno duro Terreno homogéneo con pilote flotante. Pilote a tracción.

En este caso también se puede tratar de pilote columna lo que si da lugar a una rotura global del estrato de apoyo (mecanismo de Prandtl) entonces también provocaría una curva de rotura con comportamiento frágil. A medida que un pilote flotante se va introduciendo en el terreno, va comprimiéndolo y la resistencia por fuste va aumentando. Por tanto, la curva de rotura de un pilote flotante tiende a mostrar endurecimiento.

Un pilote flotante puede soportar cargas a tracción y la curva de rotura que produce será de tipo plástico perfecto.

Carga de Hundimiento

CAPITULO I

Acciones y reacciones sobre un pilote aislado Sea un sistema de cargas, V, H, M general. En realidad el pilote aislado solo puede soportar cargas verticales V y, aunque en menor magnitud e importancia, cargas horizontales.

La carga vertical V sobre un pilote se acaba comparando con la carga de hundimiento del pilote Qh a través de un factor de seguridad al hundimiento.

CARGA DE HUNDIMIENTO DE UN PILOTE AISLADO

La carga de hundimiento de un pilote aislado es la suma de lo que es capaz de soportar como pilote columna + lo que es capaz de soportar como pilote flotante.

Carga de Hundimiento

CAPITULO I

La resistencia característica al hundimiento de un pilote aislado se considerará dividida en dos partes:

Resistencia por punta y resistencia por fuste.

 

  = La resistencia frente a la carga vertical

que produce el hundimiento.   = La parte de la resistencia que se supone soportada por la punta.   = La parte de la resistencia que se supone soportada por el o pilote-terreno en el fuste Para estimar ambas componentes de la resistencia se supondrá que son proporcionales a las áreas de o respectivas de acuerdo con las expresiones:

 

=   =

 La resistencia unitaria por la punta.

El área de la punta. La resistencia unitaria por el fuste. La longitud del pilote dentro del terreno. El perímetro de la sección transversal del pilote. La profundidad desde la parte superior del pilote en o con el terreno.

Resistencia Estructural

CAPITULO II

Resistencia Estructural En la RESISTENCIA ESTRUCTURAL hay diversos factores que determinan la resistencia de los pilotes aislados. Factores Externos -Sísmica. -licuefacción suelos. - Nivel freático.

de

Factores Internos -Calculo y proyección de la cimentación. -Estabilidad

Capacidad Estructural Del Pilote -Las cargas transmitidas a los pilotes en su cabeza inducen esfuerzos en los mismos que pueden dañar la estructura. Calidad de los Materiales la calidad de los materiales es debido al tipo de pilote con el que se va a contar.

Resistencia Estructural

CAPITULO II

TOPE ESTRUCTURAL • El Tope Estructural es la mayor carga que aguanta un pilote sin romperse. • Es el valor del cálculo de la capacidad resistente del pilote, comprobando que el esfuerzo axial no supere este tope. • El tope estructural depende del Tipo de material del pilote.

PILOTE DE MADERA: Lo definimos como el producto de la sección media del pilote (A) y la carga unitaria máxima isible que se asocia al material que constituye el pilote

Resistencia Estructural

CAPITULO II

Resistencia Estructural

CAPITULO II

PILOTE METÁLICO El Profesor Jiménez Salas, en su libro Geotecnia y Cimientos II, propone una serie de expresiones que pueden resumirse de la siguiente forma: PILOTES METÁLICOS DE PERFIL LAMINADO

PILOTES METÁLICOS TUBULARES Y CAJONES DE TABLESTACAS

Tanto si los pilotes están huecos como si se rellenan en seco de hormigón e incluso se añaden armaduras metálicas en forma de redondos.

Resistencia Estructural

CAPITULO II

TOPE ESTRUCTURAL DE UN PILOTE DE HORMIGÓN ARMADO De forma análoga a lo expuesto para el tope estructural de un pilote metálico

Dónde: Te = Tope estructural del pilote (toneladas) fye = Límite elástico de cálculo del acero estructural (Kg/cm²) fys = Límite elástico de cálculo de las armaduras (Kg/cm²) fcd = Resitencia de cálculo del hormigón (Kg/cm²) α, β, γ = Coeficientes reductores An = Sección neta de la entubación perdida inmune a la corrosión (cm²) Ac = Sección útil de hormigón (cm²) As = Sección de las armaduras (cm²)

Resistencia Estructural

CAPITULO II

Tope estructural de pilotes de hormigón armado. Valores máximos de la resistencia (Kp/cm2) y coeficientes reductores.

Resistencia Estructural PILOTES A COMPRESIÓN

CAPITULO II

Resistencia Estructural

CAPITULO II

Resistencia Estructural

CAPITULO II

PILOTES A TRACCIÓN El Tope Estructural de un pilote a tracción viene definido SÓLO por la armadura, es decir:

En caso de tener dudas sobre cuál es el área del acero, etc., siempre coger la situación más desfavorable: En compresión: Considerando sólo la resistencia del hormigón. En tracción: Considerando sólo la resistencia del acero

Resistencia Estructural

CAPITULO II

DISEÑO POR CARGA AXIAL El diseño de penetración del pilote debe ser suficiente para desarrollar adecuadamente capacidad para resistir las máximas cargas de extracción con un factor de seguridad apropiado Se requiere calcular las capacidades de carga axial a tensión y compresión de los pilotes de acuerdo a su profundidad, bajo la acción de cargas verticales horizontales de diferente magnitud Se tiene entonces que determinar la capacidad de carga axial a tensión, la capacidad de carga axial a compresión, el comportamiento de los pilotes bajo cargas laterales y el comportamiento del pilote bajo cargas verticales

Resistencia Estructural CAPACIDAD DE CARGA AXIAL ULTIMA A TENSIÓN

CAPITULO II

Resistencia Estructural

CAPITULO II

CAPACIDAD DE CARGA AXIAL ULTIMA A COMPRENSIÓN

CAPITULO III

Resistencia por la punta Resistencia por la punta. Terzaghi: Se supone rotura global (zona en rotura activa y zona en rotura pasiva) en el terreno bajo la punta del pilote y el terreno lateral actúa en forma de sobrecarga q = l . Meyerhoff: El mecanismo de rotura empieza de forma parecida al de rotura global, sin embargo, las líneas de rotura continúan en forma de espiral que se va abriendo hasta que se intersecta con el fuste del pilote. Gibson: Este mecanismo se basa en la existencia de un bulbo en el que el suelo se encuentra plastificado. Este bulbo es estable hasta que se llega a rotura en que va creciendo alcanzando incluso la superficie del terreno.

CAPITULO III

Resistencia por la punta RESISTENCIA POR PUNTA EN ARENAS Se desprecia la cohesión y por tanto: ph= qNqsqdq

La existencia de diferentes mecanismo provoca también la existencia de diferentes modelos que se pueden usar para determinar el coeficiente Nq (en el caso de suelos granulares. Caquot-Kerisel las ha recopilado y obtenido una curva media que podria ser: Nq =103.04tanf'

CAPITULO III

Resistencia por la punta Si se compara esta expresión con los resultados obtenidos para cimentaciones se obtiene por ejemplo:

φ

Nq en zapatas

Nq en pilotes

50

320

4200

30

18.4

56.9

CAPITULO III

Resistencia por la punta

Para una arena densa, la resistencia a la penetración (qc) se estabiliza en 300 kp/cm2 hacia 5 m (20φ) mientras que en arenas sueltas la estabilización se alcanza en 100 kp/cm2. Para superar esta dificultad se han propuesto otros modelos menos fundados teóricamente, como por ejemplo: pp= 5 N q tan φ ' t/m2 para z > 20φ En este caso, queda por tanto: pp = min(qNqsqdq , 5 N q tan φ ')

N (SPT) Nq Tipo arena

0-4 20 Muy suelta

4-10 30 suelta

10-30 70 media

30-50 90 densa

>50 150 Muy densa

CAPITULO III

Resistencia por la punta

Por último, debido a que la teoría es de difícil aplicación se ha buscado un planteamiento más empírico que se escribe como:

en la que β no es constante: - Aumenta al aumentar qc - Aumenta al aumenta el diámetro del pilote

CAPITULO III

Resistencia por la punta Resistencia por punta en Gravas

En el caso de que exista una base granular de tipo grava y no sea posible realizar el ensayo de penetración se puede tomar: Gravas limpias: pp = 120 kp/cm2 Gravas arenosas: pp = 80 kp/cm2 Gravas arcillosas: pp = 50 kp/cm2 En cualquier caso es recomendable empotrar la punta y disponer, como mínimo, de 6φ tanto por arriba como por abajo del nivel de apoyo. Si solo se apoya, pp puede verse reducido a la mitad de su valor de cálculo.

CAPITULO III

Resistencia por la punta RESISTENCIA POR PUNTA EN ARCILLAS

El comportamiento de las arcillas es más complejo que el de los materiales granulares debido a que se generan presiones intersticiales durante la hinca, se puede producir remoldeo del suelo con el consiguiente cambio de propiedades y se pueden producir procesos de consolidación simultáneamente.

CAPITULO III

Resistencia por la punta RESISTENCIA POR PUNTA EN ROCA

Tipo de roca

Granito, pórfido Caliza compacta no margosa Pizarra dura Arenisca compacta

Resistencia compresión simple qu (kp/cm2) 150 80 40 100

β

0.6 0.8 0.3 0,8

RESISTENCIA POR EL FUSTE EN TERRENOS GRANULARES

CAPITULO Resistencia por el fuste en terrenos granulares

RESISTENCIA POR EL FUSTE EN TERRENOS GRANULARES

El mecanismo de rotura por fuste está muy bien definido ya que tiene lugar en la interface pilote-terreno:

a :adherencia

ᵟ :ángulo de rozamiento

es la tensión efectiva horizontal se puede expresar como

IV

CAPITULO Resistencia por el fuste en terrenos granulares

IV

RESISTENCIA POR FUSTE EN ARENAS Se parte de la condición general de rotura de Mohr-Coulomb:

El término de adherencia a, que está relacionado con la cohesión del suelo puede despreciarse en suelos granulares. El ángulo de rozamiento  corresponde al rozamiento en la interfase suelopilote y puede estimarse según:

- = ’ en el caso de pilotes de extracción ya que la rugosidad del pilote con el terreno puede ser buena. - -  = ’/3 en el caso de pilotes metálicos hincados que son muy lisos. - -  = 2’/3 en el caso de pilotes hormigón

hincados

de

CAPITULO Resistencia por el fuste en terrenos granulares

o En pilotes de extracción puesto que el terreno se descomprime al hacer la perforación y acaba empujando sobre el pilote, Ka
que

dejaría

del

lado

de

la

seguridad. o En pilotes de desplazamiento puesto que el terreno se comprime al hincar el pilote, K0
IV

CAPITULO Resistencia por el fuste en terrenos granulares

IV

 Más probable es disponer de información penetrométrica

que

de

ángulos

de

rozamiento. Esto quiere decir que se deberá estimar la resistencia por fuste en base a dichos resultados penetrométricos. En este caso:  

   La variable aumenta con la resistencia

CAPITULO Resistencia por el fuste en terrenos granulares

RESISTENCIA POR FUSTE EN GRAVAS Se pueden tomar los siguientes valores de referencia:

IV

RESISTENCIA POR EL FUSTE EN SUELOS COHERENTES

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes RESISTENCIA DE PILOTES POR EL FUSTE La capacidad de carga última de un pilote está compuesta por la resistencia a la fricción y la resistencia en la punta.

Qu = Qs + Qb La resistencia por fricción lateral en un pilote está dada por:

Qs = α c As: Áreas superficial lateral empotrada del pilote. As C: Resistencia cortante no-drenada promedio del suelo a lo largo de los lados del pilote. ɑ: Factor de adhesión.

V

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes

V

El valor de α puede variar significativamente. Para pilotes hincados se emplean los valores propuestos por Nordlund (1963) y para pilotes excavados se utilizan los valores de Tomlinson (1975).

Factor de adhesión para pilotes hincados (Nordlund)

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes

V

RESISTENCIA DE PILOTES POR EL FUSTE EN SUELOS COHERENTES La resistencia por fuste en suelos coherentes se basa en las condiciones de rotura no drenada, implican que solo quede la componente de adherencia. En suelos coherentes, el fuste tiende a movilizarse siendo por tanto importante la contribución por fuste del pilote. La capacidad portante en la punta es baja y la deformabilidad del terreno alta.

PILOTE EXCAVADO

 Hay que remarcar que la componente por fuste es muy sensible a la puesta en obra. Por ejemplo, hay mucha diferencia si el pilote es hincado o perforado.

PILOTE HINCADO

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes Resistencia por fuste en arcillas o La estimación de la resistencia por fuste en arcillas es difícil por la generación de presiones intersticiales debido a su baja permeabilidad. o Pueden sufrir un remolde durante la ejecución de los pilotes y la presencia de procesos de consolidación en el terreno donde se instalan.

Se trata de una resistencia por adherencia lo que daría lugar a:

Es decir se a supuesto que δ=0 corresponde a la rotura de la interfase en condiciones no drenadas.

V

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes La adherencia a depende de varios factores y lógicamente se podrá estimar a partir de la resistencia al corte sin drenaje del suelo cu.

Adherencia en función de la resistencia al corte sin drenaje

Esto indica que una posible forma de evaluar la adherencia puede ser:

V

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes

V

Como puede verse en la figura adjunta β es prácticamente igual a la unidad para arcillas blandas (cu < 0.3 kp/cm2) mientras que va decreciendo a medida que va aumentando la resistencia llegando a valer del orden de 0.2.

Resistencia por el fuste en arcillas

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes Resistencia por fuste en rocas

En general no habrá que considerar el fuste en capas de roca ya que la roca interesa para un apoyo por punta. Si hay que considerar algún caso:

V

Resistencia de pilotes por el fuste en suelosCAPITULO coherentes

V

Recomendaciones respecto a la evaluación de la resistencia por fuste: o En el caso de encontrar capas de arcillas muy blandas profundas, la resistencia por fuste de las que se encuentran por encima no puede ser superior a 3 veces la de las capas blandas. o En el caso de encontrar capas granulares intercaladas en arcillas, la resistencia por fuste de las capas granulares no puede ser superior que 2 veces la de las capas arcillosas. o En capas de arcilla con consistencia media o superior se deben despreciar los 2 metros superiores en o con la superficie del terreno.

Conclusiones  El tope estructural es la mayor carga que aguanta un pilote sin romperse.  En general la resistencia por fuste es mayor en suelos granulares que en suelos cohesivos debido a que en los primeros se basa en la componente friccional , mientras que en los segundos las condiciones de rotura no drenada implican que solo quede la componente de adherencia.  La resistencia de pilotes por el fuste en suelos coherentes se trata de una resistencia por adherencia lo que da lugar a la rotura de la interfase en condiciones no drenadas.

GRACIA S