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Dr. Jorge E. Alva Hurtado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA CIVIL

SECCIN DE POST GRADO

DISEO Y CONSTRUCCIN DE CIMENTACIONES PROFUNDAS PARA PUENTES

DISEDISEO Y CONSTRUCCIO Y CONSTRUCCIN DE CIMENTACIONES N DE CIMENTACIONES PROFUNDAS PARA PUENTESPROFUNDAS PARA PUENTES

2TIPOS DE CIMENTACIONES

ZAPATAS

CAISSON

PLATEAS

CIMENTACION DE MUELLE

PILOTES

Suelo blando

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Pilote de madera

27 tons54 tons 45 tons

70 tons 70 tons 70 tons90 tons 90 tons

Piloteprefabricado

18 m

.

18 m

.

24 m

.

24 m

.

24 m

.

30 m

.

30 m

.

36 m

.

Pilote colado insitu sin

entubacin Pilote de tubo hueco

Pilote colado insitu con

entubacin

Pilotede tubo

relleno de concreto

Pilotemetlico

en H

Pilotecilndrico

pretensado

LONGITUD Y CARGAS MXIMAS HABITUALES DE DISTINTOS TIPOS DE PILOTES (VALORES DE DISEO). TAMBIN SON USUALES CARGAS Y LONGITUDES MAYORES. (CARSON, 1965).

4CAPACIDAD DE CARGA DE UN PILOTE

Q

QS

QP

Q = Capacidad de carga del piloteQP = Resistencia por la puntaQs = Resistencia por el fuste

Q = QP +QS

Resistencia por la punta:

QP = AP (qs )uAP = Area de la punta

(qs )u = cNc + + dNq BN

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Resistencia por el fuste:

QS =

(L) (aS ) /SS )

L = Incremento de longitud del piloteas = rea lateral del pilote en LSS = resistencia unitaria por el fueste

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FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA PARA CIMENTACIONES PROFUNDAS CIRCULARES (VESIC, 1967)

De B

eer

Pilot

es h

incad

os, M

eyer

hof

Brinc

hHa

nsen

Caqu

ot-K

erise

l

Skem

pton

-Yas

sin-G

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Brinc

h Han

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Terza

ghi

Vesic

Berez

antse

v

Pilot

es p

erfo

rado

s, M

eyer

hof

10,000

1000

100

1025 30 35 40 45 50

Fact

or d

e ca

paci

dad

de c

arga

, Nq

Angulo de friccin,

6

FORMAS DE FALLA SUPUESTAS BAJO CIMENTACIONES PROFUNDAS (VESIC, 1967)

Q Q Q Q

(a) (b) (c)(d)Prandtl

Reissner Caquot Buisman Terzaghi

DeBeer Jky Meyerhof

Berezantsev y Yaroshenko Vesic

Bishop, Hill y Mott Skempton, Yassin, y Gibson

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CIMENTACIONES PROFUNDAS PARA PUENTESCIMENTACIONES PROFUNDAS PARA PUENTES

Cimentacin con Pilotes

- Pilotes Hincados- Pilotes Llenados In-Situ- Pilotes Inyectados de Pequeo Dimetro

Cimentacin con Caissones o Cajones de Cimentacin

- Caisson Abierto- Caisson Cerrado- Caisson Neumtico

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PILOTE FRANKI. INTERCAMBIO VIAL CALLAO

9LOS PILOTES FRANKI DESENTERRADOS DURANTE INVESTIGACIONES

EN KONTICH BELGICA

10PILOTE HINCADO DE ACERO. PUENTE YAVERIJA

11HINCADO DE PILOTES PUENTE YAVERIJA. MADRE DE DIOS

12POZO PERFORADO. MARGEN IZQUIERDA NUEVO

PUENTE AGUAYTA

13

CAJONES DE CIMENTACIN. PILAR Y ESTRIBO MARGEN DERECHAPUENTE YURACYACU

14

DETALLE DE CAMPANA NEUMTICA. ESTRIBO MARGEN IZQUIERDA DELPUENTE YURACYACU

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16

17

Se presenta a continuacin la metodologa utilizada en el anlisis de la capacidad portante y el asentamiento de la cimentacin por pilotes en puentes.

METODOLOGMETODOLOGA PARA EL ANA PARA EL ANLISIS CON LISIS CON CIMENTACICIMENTACIN DE PILOTESN DE PILOTES

Evaluacin de la Capacidad de Carga

En base a los resultados de los ensayos de penetracin estndar, la estratigrafa y las dimensiones y profundidad de los pilotes se evala la capacidad de carga axial mediante metodologas de frmulas empricas y analticas.

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Capacidad de Carga Mediante Frmulas Empricas

Se utiliza el programa de cmputo FEPC desarrollado en el CISMID-UNI para el clculo de capacidad ltima de pilotes individuales. Los datos que se requieren son el nmero de estratos, la profundidad del sondaje, la profundidad final de cada estrato, el tipo de suelo, el peso unitario del suelo, los valores de N con la profundidad, el factor de seguridad, el dimetro del pilote y su largo.

Las frmulas empricas utilizadas son las de Aoki-Velloso, Decourt- Quaresma, PP. Velloso y Meyerhof. Se aplica luego el clculo de la eficiencia del grupo de pilotes.

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Donde :

Las expresiones anteriores son:

Ap = rea de la seccin en la puntaqp = capacidad portante en la puntafs = resistencia unitaria a la friccinCd = permetro efectivo del piloteL = longitud del pilote en contacto con el sueloz = profundidad

Capacidad de Carga Mediante el Mtodo Analtico

Este mtodo determina que la capacidad de carga de un pilote individual se desarrolla mediante la resistencia por friccin en el fuste y la capacidad de soporte en la punta.

La ecuacin bsica es la siguiente:

dzCdfQ

qAQ

S

L

os

ppp

x

sp QQQ

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La resistencia por friccin y por punta puede determinarse en base a esfuerzos totales o esfuerzos efectivos. El programa de cmputo SPILE del FHWA se utiliza para el clculo de la capacidad de carga axial por el mtodo analtico. Tambin existen hojas de clculo y otros programas de cmputo, SPT97 (U. Florida), GROUP (U. Texas) etc.

Clculo de Asentamientos

La prediccin del asentamiento de un pilote es un problema complejo, debido a la perturbacin y cambios en el suelo por la instalacin del pilote y la incertidumbre sobre la posicin exacta de la transferencia de carga del pilote al suelo.

Los mtodos recomendados para determinar el asentamiento de pilotes en suelo granular son: mtodo semiemprico, emprico y ensayo de carga. El ensayo de carga se realiza por lo general previamente a la construccin de la cimentacin y despus de construido el pilotaje.

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El mtodo semiemprico indica que el asentamiento de un pilote est dado por la siguiente ecuacin:

Ss = asentamiento debido a la deformacin del fusteSp = asentamiento de la base por la transferencia de carga Sps = asentamiento del fuste por la transferencia de carga

Donde :

Las componentes se determinan separadamente y luego se suman.

El mtodo emprico para el asentamiento de un pilote hincado se calcula de la siguiente expresin:

St = Ss + Sp + Sps

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B = dimetro del pilote en pulgadasQva = carga aplicada en librasAp = rea transversal del pilote en pulgadas cuadradasL = longitud del pilote en pulgadasEp = mdulo de elasticidad en libras por pulgada2

Donde :

pp

vat

EAQ

100BS L

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Frmulas de Hinca

Las frmulas de hinca tratan de relacionar la capacidad portante de un pilote con su resistencia al hincado. A pesar de sus limitaciones, las frmulas de hinca pueden ayudar al ingeniero a evaluar las condiciones del terreno en un pilotaje, revelando variaciones que no fueron aparentes en la investigacin de campo. Se utiliza las frmulas de hincado del Engineering News Record.

Ensayo de Carga

La nica manera segura de certificar la capacidad de carga de un pilote y su asentamiento es realizar ensayos de carga. En los proyectos se incluye la realizacin de ensayos de carga en pilotes, siguiendo la norma ASTM D-1143. Existen distintas metodologas para determinar la carga ltima en base al ensayo de capacidad de carga.

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Cuando se realiza ensayos de carga en el caso de utilizar cimentacin por pilotes, se puede utilizar un factor de seguridad de 2.0.

Carga Lateral en Pilotes

Existen diversas metodologas para evaluar la carga lateral de pilotes. Las analticas: Broms, Poulos y Davis y las basadas en el mtodo p-y del Profesor Reese de la Universidad de Texas. El programa de cmputo COM624P es muy popular y se aplica a suelo granular y suelo cohesivo. Tambin existe norma ASTM para el ensayo de carga lateral.

25PRUEBAS DE CARGA

26PRUEBAS DE CARGA

27ENSAYO DE CARGA EN PUENTE YAVERIJA. LABORATORIO DE MECNICA DE

SUELOS UNI

28CELDA DE CARGA, DIALES Y BASE ENCIMA DEL PILOTE

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Se presenta a continuacin la metodologa utilizada en el anlisis de la capacidad portante y el asentamiento de la cimentacin mediante cajones de cimentacin (caissones) en puentes.

METODOLOGMETODOLOGA PARA EL ANA PARA EL ANLISIS DE LISIS DE CIMENTACICIMENTACIN CON CAISSONESN CON CAISSONES

Capacidad de Carga en la Base del Caisson

La capacidad de carga en la base de suelos cohesivos es:

QB = AB Cu N*c

QB = capacidad de carga ltima del caisson en la baseAB = rea de la baseCu = resistencia cortante no drenadaN*c = generalmente igual a 9

Donde :

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Primera Metodologa

QB = capacidad de carga ltima del caisson en la baseAB = rea de la basev = esfuerzo efectivo vertical en la baseN*q = factor que depende del ngulo de friccin

Donde :

*qNvBB AQ

La capacidad de carga en la base de suelos granulares es:

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Segunda Metodologa

AB = rea de la baseK0 = coeficiente lateral de tierra = 1-sen

= ngulo de friccin interna

v = esfuerzo efectivo vertical en la base

Donde :

El valor de N*

se calcula en base al ngulo de friccin del terreno y el valor de Irr

v*o