pilas de cimentacion pavel

CAPÍTULO

III

CONSIDERACIONES

ANALISIS Y DISEÑO DE

PILAS DE FUNDACION DE

SUELO CEMENTO FLUIDO

DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO

FLUIDO SOBRE SUELOS DE BAJA CAPACIDAD PORTANTE.

INGENIERO : MARIBEL SANOMAMANI CATY ALUMNO : ORTIZ LEIVA, PAVEL PITER GIOVANI

UNIVERSIDAD ANDINA NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ DE

JULIACA - FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS PURAS

UANCV 2015 - I

[CONSIDERACIONES ANÁLISIS Y DISEÑO [56 CAPITULO III

DE PILAS DE FUNDACIÓN DE SUELO CEMENTO FLUIDO]

INGENIERO MARIEL SANOMAMANI CATY

DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO SOBRE

SUELOS DE BAJA CAPACIDAD PORTANTE

ORTIZ LEIVA PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL

UANCV 2015 - I

CAPITULO III

CONSIDERACIONES ANALISIS Y DISEÑO DE PILAS

DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO.

14. CIMENTACIONES.

Cualquier estructura que se diseña debe transmitir su carga al

suelo que la soporta, sean edificios, puentes, presas, torres de

transmisión, muros de retención, etc. La estructura consiste de dos

partes, la superestructura o parte superior y los elementos de la

subestructura o parte inferior, los cuales crean la interface entre la

superestructura y el suelo soportante. La cimentación puede ser

definida como la subestructura y las zonas adyacentes de suelo y/o roca

que será afectada tanto por los elementos de la subestructura como por

las cargas transmitidas desde la superestructura.

El diseño de cimentaciones requiere el conocimiento de factores

como: (a) la carga que será transmitida por la superestructura a la

cimentación; (b) los requisitos del reglamento local de construcción;

(c) el comportamiento esfuerzo-deformación de los suelos que

soportarán el sistema, (d) las condiciones geológicas del suelo y e) las

características del material con que se diseñara la cimentación. Es

deseable además tomar en cuenta el aspecto económico y el tiempo de

construcción al momento de elegir el sistema de cimentación más

adecuado.

“El diseño de cimentaciones requiere que los asentamientos globales

se limiten a valores tolerablemente pequeños y los asentamientos

diferenciales se eliminen. Para cumplir con ello se hace necesario que

la transmisión de la carga de la estructura se haga hasta un estrato de







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suelo que tenga la resistencia suficiente, y además, distribuir la carga

sobre un área de contacto suficientemente grande para minimizar las

presiones de contacto.”

En general, las cimentaciones de edificios y puentes puede

dividirse en dos principales categorías: cimentaciones superficiales y

cimentaciones profundas. Esta división se basa en la profundidad del

estrato al cual la cimentación transfiere la carga proveniente de la

superestructura.

Se suelen considerar seis tipos básicos de estructuras de cimentación

para edificios:

a. Zapatas para Muros. Estas zapatas consisten en una franja

continua de losa que proporcionan soporte a muros, paredes

portantes y muros de retención.

b. Zapatas Aisladas. Consisten de losas rectangulares o cuadradas

para soporte de una sola columna.

c. Zapatas Combinadas. Estas zapatas soportan las descargas de dos

o más columnas. Son necesarias cuando se debe colocar una

columna en la colindancia de un edificio y la losa de la zapata no se

puede proyectar por fuera de la colindancia, o también, cuando las

distancias entre columnas sucesivas son relativamente cortas.

d. Zapatas con Viga de Fundación (viga de amarre). Estas son

similares a las zapatas combinadas, excepto que la zapata de la

columna exterior y la de la columna interior, se construyen

independientemente. Están unidas con una viga de liga para

transmitir el efecto del momento flexionante, el cual se produce en

la columna exterior debido a la excentricidad de la carga, a la

cimentación de la columna interior.

e. Cimentaciones sobre Pilotes. Este tipo de cimentaciones es esencial

cuando el suelo de desplante consiste de estratos superficiales poco

resistentes. Los pilotes se pueden hincar hasta llegar a roca sólida o

un estrato duro, o a la profundidad necesaria dentro del suelo, para







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que desarrollen su capacidad permisible por medio de la resistencia

de fricción o una combinación de ambos. Los pilotes pueden ser

prefabricados y por lo tanto se hincan en el suelo, o colados en el

lugar haciendo una perforación que después se rellena con

concreto.

f. Cimentaciones Flotantes o Losas de Cimentación o Pilas de

Fundación. Estos sistemas de cimentación son necesarios cuando la

capacidad de resistencia permisible del suelo es muy baja hasta

profundidades grandes, lo cual hace que las cimentaciones con

pilotes no sean económicas. “Estas estructuras son básicamente

sistemas de piso invertido, y dada su rigidez, contribuyen a

disminuir los asentamientos diferenciales de la estructura en suelos

altamente deformables”

Este principio es el que se aplicará en el método de diseño de las pilas

de fundación de SCF.

15. PRESIONES EJERCIDAS POR EL SUELO EN UNA

CIMENTACIÓN.

A continuación se examinará la distribución de presiones que el

suelo ejerce sobre la cimentación como reacción a las cargas que ésta

le transmite. La distribución de estas presiones en la superficie de

contacto entre la cimentación y el suelo es muy variable y muy sensible

a las rigideces relativas del suelo, y a la cimentación, y a las

características propias de la estructura del suelo. Una solución exacta

al problema del cálculo de la distribución de presiones se obtiene para

un modelo en que el suelo se considera como un espacio semi-infinito

homogéneo, isótropo y de comportamiento lineal, bajo una zapata







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Infinitamente rígida. La solución mostrada en la figura 3.1 presenta

una altísima concentración de presiones en los extremos de la zapata.

Esta distribución no ocurre en la realidad; las concentraciones de

presión en los extremos se reducen por el comportamiento no lineal del

suelo y porque el terreno cerca del borde es desplazado ligeramente

hacia fuera. La distribución de presiones resulta mucho más uniforme,

como la que se muestra en la misma figura. A medida que la carga

sobre la zapata crece, la zona de plastificación del suelo se propaga de

los extremos hacia el centro y las presiones son cada vez más

uniformes.

1. Distribución teórica para espacio elástico.

2. Distribución real para esfuerzos bajos.

3. Distribución real para esfuerzos altos. P

4. Esfuerzo promedio q BL

FIGURA 3.1 Distribución de presiones en un suelo cohesivo bajo una zapata rígida

con carga axial.







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El caso anterior es representativo de una zapata rígida sobre

suelo cohesivo (de tipo arcilloso). Las distorsiones son radicalmente

distintas bajo un suelo granular (arenas o gravas) en que la rigidez

aumenta con el confinamiento al que están sometidas las partículas del

suelo; así, la rigidez es prácticamente nula en los extremos de la zapata

donde ocurren desplazamientos del suelo hacia fuera y, por tanto, las

presiones tienden a cero. Por el contrario, las presiones son máximas

en el centro donde el confinamiento de las partículas es también

máximo, como se muestra en la figura 3.2. Nuevamente, cuando el nivel

de presiones alcanza valores altos, existe plastificación en las zonas

sometidas a mayores esfuerzos, el centro de la zapata, y las presiones

tienden a uniformarse.

1. Distribución teórica para espacio elástico.

2. Distribución real para esfuerzos bajos.

3. Distribución real para esfuerzos altos. P

4. Esfuerzo promedio q BL

FIGURA 3.2 Distribución de presiones en un suelo granular bajo una zapata rígida

con carga axial.







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Cuando el elemento de cimentación es flexible, como en la figura 3.3,

su deformación hace que se reduzcan las presiones en sus extremos, dando

lugar a las distribuciones mostradas en dicha figura, para los dos tipos de

suelo mencionados.

FIGURA 3.3 Distribución

de presiones bajo una

zapata flexible: (1) Suelo

cohesivo; (2) Suelo

granular.

Las consideraciones anteriores llevan a la conclusión de que el

empleo de teorías refinadas que suponen un comportamiento lineal del

suelo, no se justifica en general para el cálculo de distribuciones de

esfuerzos en condiciones extremas, como aquellas para las cuales se

quiere dimensionar la cimentación. La no-linealidad del

comportamiento del suelo y de la cimentación alterará

significativamente los resultados obtenidos con estas teorías.

La gama de situaciones que se pueden presentar en cuanto a la

distribución de presiones del suelo sobre una cimentación rígida se

suele idealizar en la práctica del diseño por medio de una de dos

hipótesis simplistas: o se supone una variación lineal de presiones o

una uniforme concéntrica con la resultante de cargas. La primera

hipótesis es equivalente a considerar el suelo constituido por una cama

de resortes lineales independientes, de manera que los esfuerzos que se

presentan en el suelo son proporcionales a los desplazamientos que







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sufre la cimentación, para la cual se considera un movimiento de

cuerpo rígido. Más aún, los resortes sólo toman esfuerzos de

compresión, ya que si la cimentación se levanta, se despega del suelo y

los esfuerzos se anulan en esa zona. La aplicación de estas hipótesis a

una zapata rígida sujeta a una carga P aplicada con excentricidad e, en

una dirección, se muestra en la figura 3.4a. Se distinguen dos

situaciones: cuando la excentricidad es menor o igual que un sexto del

ancho de zapata, B, hay compresión bajo toda la zapata y es aplicable

la fórmula general de flexocompresión, según la cual la presión

máxima, qmáx, en un extremo de la zapata resulta:

q máx P

1 6e

BL B (3.1)

O, expresado en otra forma, la carga máxima que se puede aplicar a

una zapata, si el esfuerzo admisible que acepta el suelo es qadm,

resulta:

qadm BL P 1 6e / B

B B a) e b) e

6 6

FIGURA 3.4 Reacción del suelo bajo una cimentación, según la hipótesis de la distribución

lineal de presiones.







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3

2

Si la excentricidad, e, es mayor que un sexto del ancho de la

zapata, una parte de la sección está exenta de esfuerzos (figura 3.4b) y

la distribución de esfuerzos puede calcularse igualando la magnitud y

posición de la resultante de presiones en el suelo con las de la carga

aplicada. Se obtiene que el esfuerzo máximo en el suelo es:

qmáx a L P

2

B a

2

e

qmáx

4 P

3 (B 2e)L

(3.2)

O que la carga máxima que puede aplicarse con una excentricidad e <

B/3, a un suelo con capacidad admisible qadm, vale:

P 3

q 4

adm

B 2e L

La otra hipótesis, de presión uniforme, da lugar a la misma

distribución de presiones que la que se obtiene con la hipótesis de

resortes lineales, sólo cuando la carga es axial. Para carga excéntrica,

esta segunda hipótesis implica una distribución uniforme de presiones,

en un rectángulo equivalente de longitud tal que la magnitud y

resultante de los esfuerzos igualan a las de la fuerza actuante (figura

3.5). La expresión para la determinación del esfuerzo en el suelo bajo

una carga excéntrica resulta:

qmáx a L P

B

a 2

q máx

e

P

(B 2e) L

Y la carga axial máxima que se puede aplicar con una excentricidad e,

a un suelo con capacidad admisible qadm, vale:







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P qadm B 2e L

FIGURA 3.5 Reacción del suelo bajo una cimentación, según la hipótesis de una

distribución uniforme de presiones.

Se aprecia que este segundo procedimiento predice resistencias

superiores a las que se obtienen con la hipótesis de comportamiento

lineal, ya que se basa en la plastificación total del suelo en la condición

de falla. Sin embargo el primer procedimiento es hasta ahora el más

comúnmente empleado en la práctica.

Aun habiendo analizado cada uno de los comportamientos según

los tipos de suelos al transmitir las cargas de la zapatas ya sean

concéntricas o excéntricas, debe tenerse en cuenta que la zapata misma

se diseña para absorber estos esfuerzos e independientemente de la

ubicación de la carga, transmitir de la forma más uniforme posibles las

presiones al suelo, aunque no se logre por completo ya que siempre

será trapezoidal, pero si se minimiza de tal forma que podemos

analizar las presiones transmitidas al suelo como uniformemente







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Distribuidas, tomando en cuenta también que la pila de fundación de

SCF estará totalmente confinada al suelo debido a la compatibilidad de

la mezcla y el suelo mismo.

16. METODOLOGIA PARA EL DISEÑO

DE PILAS DE FUNDACION DE SCF.

Actualmente no existe bibliografía sobre el uso de SCF en

cimentaciones profundas, para edificaciones; ni sobre metodologías de

diseño de elementos en MRBC. Sin embargo es factible auxiliarse de la

amplia bibliografía sobre elementos de concreto hidráulico para

sustentar la metodología a emplear en el diseño de las pilas de

fundación de SCF, sin dejar de lado el ACI 229R.

Se tomará como referencia para el análisis y diseño de las pilas de

fundación de SCF, el método para diseño zapatas aisladas, según

reglamento ACI 318-05. Esto debido a la forma en que se comportará

la pila y que los efectos críticos a los que estará sometido es la falla por

cortante y por punzonamiento. Dado que el análisis y método que

plantea en ACI 318-05 para diseño de zapatas aisladas, aborda

explícitamente el análisis por las fallas mencionadas, se vuelve idóneo

para referir el diseño de las pilas de fundación de SCF en ese método.

Las disposiciones del capítulo 15 del código ACI 318-05 se aplican

principalmente para el diseño de zapatas que soportan una sola

columna (zapatas aisladas), lo que da una pauta para poder utilizar

este método en el diseño de pilas de fundación de SCF, ya que de igual

forma para las pilas se analizará como un elemento independiente que

soportará una zapata aislada, y así la zapata a una sola columna.







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Justificaciones del uso del método de diseño para zapata aislada para

diseñar las pilas de fundación de SCF.

Se trata de un material similar al concreto hidráulico donde la

mayor diferencia se observa en la resistencia a compresión, pero

que al utilizar f’c obtenido del SCF puede diseñarse de igual

forma que las zapatas aisladas.

El ACI 229R establece: “que los MRBC no deben ser

considerados un concreto, sino un material de relleno” principio

que se respeta en el diseño de pilas de fundación de SCF.

Para nuestro análisis la zapata se tomará como si fuese la

columna y el diseño de la pila se hará como si fuese la zapata

El análisis únicamente se hará para los efectos cortantes, esto

debido a:

- Que los efectos flexionantes han sido absorbidos por la

zapata (acero de refuerzo) o sea que en suelo los efectos

flexionantes son mínimos.

- Que la pila de cimentación estará confinada al suelo lo que

permitirá la transmisión directa de los esfuerzos al suelo en el

cual se disiparan.

- Que el peralte de la pila será de dimensión tal que absorberá

cualquier esfuerzo que pueda generar la zapata.

- Que la pila de cimentación actúa o básicamente es un suelo

mejorado lo que permite su perfecto análisis como un suelo.







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- Que en los análisis triaxiales al suelo los esfuerzos mayores o

los que permanecen hasta la falla son los cortantes.

El análisis de las pilas de fundación de SCF se centrará en la

evaluación por cortante y por punzonamiento.

Luego de haber argumentado el uso de la metodología a utilizar para el

diseño de las pilas de cimentación de SCF, se detalla el procedimiento

general que se usará para el diseño de pilas de fundación de SCF.

1. Las dimensiones en planta de la pila se determinan a partir de las

cargas no factorizadas (cargas de servicio) y de la presión admisible del

suelo. Se le sumará también 2 metros adicionales al la base, esto para

garantizar que la pila siempre sea de mayor dimensión a la zapata.

2. Una vez que se determina el área requerida de la pila, ésta debe

diseñarse para desarrollar la capacidad necesaria para resistir todos los

efectos cortantes y otras acciones internas que producen las cargas aplicadas.

Con este propósito se aplican los factores de carga dados por el código al

caso de pilas al igual que a todos los demás componentes estructurales.

La capacidad admisible del suelo debe establecerse de acuerdo a

principios de mecánica de suelos y a las disposiciones del reglamento general

de construcción. Las presiones de contacto admisibles qadm para cargas de

servicio se escogen de tal forma que se tenga un factor de seguridad entre 2.5

y 3.0 para que no se exceda la capacidad portante del suelo particular y que

los asentamientos se mantengan dentro de límites tolerables.







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Dimensionamiento en Planta.

Para pilas bajo carga axial, el área requerida se determina a partir de:

A D L

req q adm

Además, es usual tomar un incremento del 33 por ciento en la presión

admisible cuando se incluyen los efectos de viento W o sismo E, en cuyo caso:

Areq

D L W

1.33 qadm

Areq

D L E

1.33 qadm

El área de la pila es la mayor de las determinadas con las ecuaciones

anteriores. Las cargas deben calcularse a nivel de la base de la zapata, es

decir, en el plano de contacto entre el suelo y la pila. Esto significa que deben

incluirse el peso de la zapata y la sobrecarga (es decir, el relleno y posible

presión de fluidos sobre la parte superior de la zapata).

Si la pila se carga excéntricamente, debe revisarse que el punto de presión

máximo no sobrepase la capacidad admisible qadm. Para el caso de pila con

carga excéntrica en una dirección, la presión máxima se calcula de las

ecuaciones (3.1) ó (3.2), según sea el caso.

La ecuación (3.3) proporciona los valores de presión en las esquinas de la

pila, según la combinación de signos. Dicha ecuación puede utilizarse

únicamente cuando el área de la zapata esté totalmente cargada a

compresión, es decir, cuando todos los valores resultantes de la ecuación

sean mayores a cero.







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y xy x y x xy x y

P

q 1 6 eL 6 eB

(3.3) A L B

Para cualquier condición de carga de la pila, sea para momento en una

dirección o en dos direcciones, la presión actuante en cualquier punto puede

determinarse a partir de la ecuación siguiente:

q P

A

M y M x ( Ixy / Ix )

I (1 I2

/ I I )

(x)

Mx M y ( Ixy / I y )

I (1 I2

/ I I )

(y)

(3.4)

En la ecuación (3.4), A es el área de la pila que está cargada a compresión, y

las demás cantidades, x, y, Ix, Iy, Ixy, son determinadas a partir del sistema de

coordenadas cuyo origen se localiza en el centroide del área cargada A. Mx es

positivo en sentido horario y My es positivo en sentido anti - horario

alrededor de los ejes que se indican por el subíndice.

La determinación del área cargada no es un problema sencillo. Sin embargo

se han desarrollado fórmulas para diferentes casos de carga en la pila, y

gráficas para el cálculo de las presiones máximas en tales condiciones.

Se debe observar que los tamaños de las pilas se determinan para cargas de

servicio y presiones del suelo sin amplificar, en contraste con el diseño a la

resistencia de elementos de concreto reforzado, en el cual se utilizan cargas

amplificadas y resistencias nominales reducidas sin embargo para el SCF

apropiado hacerlo de esa manera. Aunque al final las revisiones son las que

determinan si las dimensiones de la pila son las apropiadas.







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Diseño por Cortante.

Luego de determinadas las dimensiones en planta de la pila, se procede a

determinar su peralte h. En zapatas aisladas, y para el caso de pilas la altura

efectiva d es regulada principalmente por cortante. Es permitido el refuerzo

por cortante en zapatas, sin embargo, casi nunca es utilizado debido a los

costos de construcción que supone y a que producir una cimentación de poco

espesor también lo hace menos rígido, lo que es contrario a las suposiciones

de diseño convencional a diferencia del diseño de pilas donde el peralte no es

una restricción.

Por tanto el peralte de las pilas de cimentación de SCF se determina de modo

que el SCF sea capaz de resistir toda la acción de cortante que se presente.

Proponiendo un peralte y probándolo (prueba y error), para comprobar que

soporte el cortante; aunque se asumirá un parámetro de partida para

determinar el peralte.

Se distinguen dos tipos diferentes de resistencia a cortante: cortante en dos

direcciones o por punzonamiento y cortante en una dirección o por acción de

viga.

Para Punzonamiento: el esfuerzo cortante promedio puede ser tomado como

el que actúa en planos verticales a través de la pila y alrededor de la zapata

sobre un perímetro (bo) a una distancia d/2 desde las caras de la zapata

(sección vertical a través de abcd, figura 3.6). Para este caso, según el ACI

11.12.2, la resistencia nominal a cortante por punzonamiento en este

perímetro debe tomarse como el menor de:

a) Vc

2 0.53 1

c

f 'c

bo d

(Ref. 6)

Ref. 6, ACI 11-33.





SUELOS DE BAJA CAPACIDAD PORTANTE.

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b

Donde βc es la relación de lado largo a lado corto de la zapata.

b) V 0.265s d

2

f ' b d

(Ref. 7) c c o

o

Donde αs es 40 para columnas situadas al interior de la zapata, 30 para

columnas situadas en el borde, 20 para columnas situadas en la

esquina.

c) Vc

1.06

f 'c

bod (Ref. 8)

g f

b c

d/2

a d

d d/2

h e

FIGURA 3.6 Secciones críticas para cortante en zapatas aisladas.

La Falla a Cortante en una Dirección o Cortante de Viga: se evalúa a una

distancia de desde la cara de la columna (sección ef en la figura 3.6). La

resistencia nominal a cortante para elementos está dada por la ecuación 11-5

del código ACI 318, siendo mayormente utilizada la ecuación 11-3 del mismo

código:

Vc 0.53

f 'c bd (Ref. 9)

Ref. 7, ACI 11-34. Ref. 8, ACI 11-35. Ref. 9, ACI 11-3.






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Tanto la evaluación de la fuerza cortante actuante como la fuerza resistente

dependen del peralte de la zapata, el cual en principio se desconoce. Así, el

procedimiento seguido para determinar el peralte d adecuado para la zapata,

consiste en suponer un valor y revisar la condición de resistencia última a

cortante posteriormente.

17. OBTENCION DE DATOS NECESARIOS PARA EL

DISEÑO DE PILAS DE FUNDACION DE SCF.

Peso Volumétrico del SCF.

De las pruebas de cilindros de MRBC que se realizaron para el SCF

propuesto para las pilas de fundación, se puede obtener los datos

necesarios para determinar el peso volumétrico que tendrá el SCF de la

relación utilizada.

La relación con la que se diseñará la pila es de 1:5:5, o sea cinco

medidas de suelo, cinco de agregado pétreo y una de cemento; para la

cual obtenemos un diámetro del cilindro de 152mm, una altura del cilindro

de 303mm y un peso del cilindro de 1775 gr.

A partir de estos datos fácilmente se puede determinar el peso volumétrico

del SCF para una relación 1:5:5. a) Primeramente se calcula el

área de la circunferencia del cilindro, b) luego se determina el volumen;

multiplicando el área obtenida por la altura del cilindro, c) se convierte el






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2 2

�

resultado del volumen de milímetros cúbicos a metros cúbicos, d) se

convierte el peso en gramos del cilindro a kilogramos y e) por ultimo por

regla de tres se determina el peso volumétrico para un metro cúbico.

a) Primeramente se calcula el área de la circunferencia del cilindro

A=

4 = (152mm )

4

=18145.8392 mm2

b) Luego se determina el volumen multiplicando el área obtenida por la altura del cilindro

= Ah = 18145.8392 mm2 (303mm) = 5498189.2676 mm

3

c) Se convierte el resultado del volumen de milímetros cúbicos a metros

cúbicos

(5498189.2676 mm3) (1m

3/1000000000 mm

3) = 0.0054981892676 m

3

d) Se convierte el peso en gramos del cilindro a kilogramos y

(11175gr)(1kg/1000gr) =11.175kg

e) Por último por regla de tres se determina el peso volumétrico para un

metro cúbico

11.175 − − − − 0.0054981892676 m3

− − − − − − − − − − − − − − − − − − − −1 m3 = 2032.49 /

m3

Para efectos de cálculo manejaremos un peso volumétrico del SCF de

2000.00 / m3







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Resistencia a la Compresión del SCF.

De las pruebas de laboratorio realizadas en la investigación por el

laboratorio de suelos de la UNIVO y de otras pruebas a cilindros

realizadas por especialistas en MBRC, como el caso de el laboratorio

INSERINSA S.A. de C.V; podemos respaldar que para una relación de

SCF de 1:5:5 se obtiene una resistencia a los catorce días de entre 18

y 25 kg/cm2. Esta resistencia depende de varios factores como la

destreza del laboratorista, las características de los materiales y el

manejo del espécimen entre los más importantes; además según el

ASTM d-6103 si no se tratan los extremos del cilindro reduce un 20%

la resistencia obtenida. Por lo que habiendo comprobado la

resistencia que puede obtenerse y teniendo en cuenta que es una

relación económicamente factible para efectos del diseño de pilas de

fundación de SCF, se trabajará con una resistencia f’c = 20 kg/cm3.

Peso Volumétrico del Relleno.

Tomando en cuenta lo que menciona el reglamento ACI 318-05, sobre

las consideraciones del peso volumétrico del relleno y el estudio de

suelos; para efectos de esta investigación se utilizará un peso

volumétrico de 1400 kg/cm2

Capacidad Admisible o Capacidad Portante del Suelo.

Del estudio de suelos realizado para la construcción del Hotel Trópico

Inn, el cual es nuestro parámetro tanto para diseñar la pila como para

la comparación costo tiempo; se conoce la capacidad portante del

suelo a distintas profundidades.

Dicho estudio de suelos sirve como la muestra de las características

generales que portan los suelos en la zona comercial de San Miguel en







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la Avenida Roosevelt; tal como lo respaldan otros trabajos de

investigación sobre los suelos existentes en la zona mencionada.

Para una profundidad de tres metros del nivel de la rasante, la

capacidad admisible del suelo promedio es 2.36 kg/cm2, sin embargo

por seguridad y para diseñar bajo la condición más desfavorable del

estudio de suelos, se diseñará con una capacidad admisible del suelo

de 2.0 kg/cm2.

18. DISEÑO DE PILAS DE FUNDACION DE SCF

De la evaluación de cargas realizada, se han seleccionado las condiciones de

carga más desfavorables a las que estará sometido el edificio; para estas

cargas se diseñaran las pilas de fundación y al final las dimensiones más

desfavorables que arroje serán las definitivas para continuar con el

desarrollo de la investigación.

A continuación se señalan las cargas y bases que recibieron las cargas más

desfavorables transmitidas por la edificación.

SUPPORT REACTIONS (ton - m)

Story Point Load FX FY FZ MX MY MZ

BASE 19 COMB11 -11.63 -2.76 307.88 9.084 -38.162 -0.214

BASE 27 COMB30 12.42 45.67 367.08 -82.391 22.585 -0.691 BASE 28 COMB21 -4.85 46.82 387.49 -84.377 -8.232 1.388

BASE 30 COMB2 -8.01 -0.19 441.97 0.747 -15.853 -0.004 BASE 30 COMB11 -16.47 -3.42 389.58 12.23 -46.984 -0.214







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Vista en Planta de las Bases de la Edificación. (Ref. 10)

Fig. 3.7 Se indican las bases con reacciones críticas en el análisis

Ref. 10, CAPÍTULO VII, Anexo 5, pág. 206.





SUELOS DE BAJA CAPACIDAD PORTANTE EN LA CIUDAD DE SAN MIGUEL.

| INGENIERIA CIVIL |

UNIVO 2008

Se diseñará la pila con la carga más desfavorable P que presenta la

evaluación de cargas realizada que es la zapata número 30 en la vista en

planta de la base del edificio; debido a que se supone es la peor condición a

la que puede estar expuesta la pila de fundación de SCF.

Ejemplo: Diseñar la Pila de Fundación de SCF con los Siguientes Datos:

Cargas:

P = 441.97 Ton.

Mx = 0.747 Ton /m

My = -15.853 Ton/m

Datos:

Peso volumétrico del SCF = 2000 kg/mt3

Resistencia del SCF, f’c = 20 kg/mt2

Peso volumétrico del relleno = 1400 kg/cm2

Capacidad admisible, qadm =2.00 kg/cm2

Desplante, Hf = 3.00 mts.







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A continuación se detallará paso a paso la aplicación del método de diseño de

pilas de SCF.

Predimensionamiento: Se determina las dimensiones en planta de la pila

de fundación a partir de las combinaciones de carga y la capacidad

admisible del suelo de cimentación, además se suman 2.0 m a la base

para garantizar que la pila sea de base mayor a la zapata.

Pmax = 441.97 Ton

Area 441.97

1000 220985cm

2 B

2

2.00

B =√ (220985) = 470.10+200 = 670.10 cm ≈ 7.00 m.

Se calcula la carga ejercida por el área del relleno y la pila:

Psz = A ( scf + s) / 2 = 7x7x(2+1.4)/2= 83.30 Ton

Se calcula la carga total.

PTOT = P+Psz = 441.97+83.30 = 525.27 Ton

Se calculan las excentricidades y las relaciones e / B

Mx = 0.747 Ton-mt

My = - 15.853 Ton-mt

ex = My / PTOT = -15.853/525.27 = - 0.0302 mt

ey = Mx / PTOT = 0.747/525.27 = 0.0014 mt

ex / B = - 0.0302/7 = -0.0043

ey / B = 0.0014/7 = 2.03x10-4







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x

Se calculan las presiones en cada extremo de la pila.

P q 1 6

ey 6

e

A B B

Presión en cada punto. Presiones Promedio

525270 (1-6(2.03 x 10 ala-4) - 6 (– 0.0043) q4 = 700x700 = 1.10 Kg/cm2 1000

525270 (1-6(2.03 x 10 ala-4) + 6 (–0.0043) q3 = (700x700) = 1.04 Kg/cm2 1000

525270 (1+6(2.03 x 10 ala-4) - 6 (– 0.0043) q2 = (700x700) = 1.10 Kg/cm2 1000

525270 (1+6(2.03 x 10 ala-4) + 6 (– 0.0043) q1 = (700x700) = 1.05 Kg/cm2 1000







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Se calcula la presión máxima.

525270 (1 + 6 2.03 10−4 − 6 −0.0043

700 700 = 1.10 kg/cm2

1000

Se revisa que la presión ejercida no sobrepase la presión admisible.

2.00kg/cm2

> 1.10 kg/cm3

¡Cumple!

Se calcula el peralte de la pila: preliminarmente el peralte se toma como el

25% de la base, aunque se deben hacer las revisiones y si no pasa se

aumenta el peralte.

H=0.25B = 0.25x7.00 = 1.75m

Se calcula la carga por el volumen de relleno y la pila.

Psz =( A x H x scf) + (A x (Hf-H) x s)

Psz =(7x7x1.75x2000) + (7x7(3-1.75)x1400)

Psz =257250 kg/1000 =257.25 Ton

Se calcula la presión ejercida por el relleno a la pila.

qsz = Psz / A = 257250/(700x700) = 0.53 kg/cm2

Se calcula el valor de la altura efectiva y luego la presión en el punto 1

d = H – 0.10 = 1.75 – 0.10 = 1.65 m ≈ 165cm

1.10 − 1.05 700 500

�

+







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q1= 1.05+1.10-1.05 700 + 500+ 1.65 = 1.10 kg/cm2 700 2 2

Presiones bajo y sobre la pila y ubicación del punto 1

Revisión por cortante en una dirección: Se calcula el valor de la distancia

a y se calcula el valor del cortante ultimo.

a = B – B zap - d 2 2 a = 700 – 500 – 165 = -65 cm 2 2 Vu = qmax + q1 /axB – qsz (axB)

2 Vu = 1.10 + 1.10 /65x700 – 0.53 (65x700)= 23523.50 kg = 23.52 Ton

2 1000

Se calcula el cortante nominal. (se usa un factor de reducción de 0.80

según el ACI 318-05 para concreto simple)

ǾVn = Ǿ (0.53)√(f’c)bd

ǾVn = 0.80 (0.53)√(20)(700)(165) = 219009.44kg/1000 =219.01 Ton







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Se revisa que el cortante nominal sea mayor que el cortante último.

ǾVn > Vu

219.01 Ton > 23.52 on

¡Cumple!

Se efectúa la revisión por cortante en dos direcciones o por

punzonamiento; se calcula el perímetro bo y el área critica

b0 = 2(C1 + d) + 2(C2 + d)

b0 = 2(0.4 + 1.65) + 2(0.6 + 1.65)

b0 = 8.60 mt = 860 cm

Area critica = Acrit = (C1 + d)(C2 + d)

= (0.4 + 1.65)(0.6 +1.65)

= 4.6125 mt2

= 461.25 cm2

Se calcula el cortante último para dos direcciones.

Vu = P + (qsz t – qadm )Acri/1000

Vu= 441.97 + (0.53 – 2) (461.25)/1000= 441.29 Ton







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Se calcula el cortante nominal para dos direcciones.

ǾVn = Ǿ (1.06)√(f’c)bo d

ǾVn = 0.80 (1.06)√(20)(860)(165) = 538137.47kg/1000 =538.14 Ton

Se efectúa la revisión que el cortante nominal mayor que el cortante ultimo

Vn > Vu

538.14 Ton > 441.29 Ton

¡Cumple!

Dimensiones Finales del Diseño de la Pila de Fundación de SCF diseñada.







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Se realizó el diseño de la carga P más desfavorable que se transmite a la

base de la estructura, debido a que para este tipo de análisis quien tiene

mayor incidencia o efectos en los cortantes es la carga P.

Con las dimensiones de la pila de fundación de SCF obtenidas del diseño de

la carga P más desfavorable ejercida a las bases del edificio y de igual forma

que se aplico el método en el ejemplo resuelto, se efectuó la revisión para los

demás resultados aparentemente desfavorables que arrojó la evaluación

estructural.

Dichos resultados comprobaron que la carga P más desfavorable es la

peor condición a la que puede estar expuesta la pila de fundación de SCF; ya

que todos los cortantes calculados son absorbidos por las dimensione de la

pila.







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19. PROCESO CONSTRUCTIVO SUGERIDO Y

ESTRUCTURACION DE LA PILA DE FUNDACION DE

SCF.

Luego de definidas las dimensiones de la pila de SCF se describe el

proceso de construcción o ejecución que debe hacerse para lograr que

esta trabaje uniformemente.

Para la relación que se tomó como referencia 1:5:5, se debe

comprender de la siguiente manera:

“La relación 1:5:5 no indica utilizar grava en el SCF, ya que lo

volvería antieconómico; lo que indica es que en la estructuración

de la pila el 50% de la pila estará compuesta por SCF de con una

dosificación 1:5 y el otro 50% de la estructura de la pila será

piedra cuarta”

Proceso constructivo, estructuración de la pila de SCF, sugerencias y

cuidados.

a) Se realizará la excavación respetando estrictamente las dimensiones

de la pila de SCF.

b) Se debe tener disponible el 50% del volumen total de la pila de

fundación de SCF en piedra cuarta.

c) Se fabricará el SCF en una relación 1:5 o sea a una medida de

cemento por cinco de suelo con un revenimiento de 8±1.5”

(variable, según criterios)







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d) Se estructurará la pila en capas alternando entre el SCF y la

inclusión de piedra; para cada metro de peralte de la pila se sugiere

conformar tres capas de piedra y tres capas de SCF, teniendo en

cuenta que el SCF rellenará los agujeros entre piedras.

e) Debe tenerse cuidado de no dejar caer la piedra sobre otras capas

de SCF o Piedra ya que este impacto desligaría la piedra del SCF,

lo cual no es correcto para que la pila funcione como un solo

elemento.

f) La inclusión del tamaño de la piedra puede variar dependiendo de

las dimensiones de la pila, puede utilizarse piedra en bruto, aunque

para efectos de lograr una homogeneidad en la pila es más

recomendable estructurarla tal como se planteó en el ídem anterior.

g) La maquinaria a utilizar en el proceso, queda a criterio del

constructor. Si la los volúmenes lo requieren se sugiere utilizar una

pala mecánica para la excavación y la introducción de la piedra en

la pila, camiones para el desalojo y acarreo de piedra, un camión

mezclador para el SCF entre los más importantes.

pilas de cimentacion pavel

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