proyecto final de geotecnia.pdf
TRANSCRIPT
Integrantes
Calderón, José novie 6-716-1367
Ifill, Verónica 8-861-1817
Salazar Lourdes 8-864-349
Sánchez vasni 8-866-1584
1
Tabla de contenido
INTRODUCCION .......................................................................... 5 Introducción al problema .............................................................. 6 1. Calculo de Volúmenes y Pesos ................................................... 8
2. Verificación de Flotabilidad ...................................................... 8
3. Fuerzas que actúan en el caisson ............................................... 9
3.1. Fuerzas debido a las olas .................................................... 9
3.1.1. Presión de Ola lado del mar (marea alta, cresta) .................. 9
3.1.2. Presión de ola lado del mar (marea alta, vaguada) ............... 10
3.1.3. Presión de ola aguas tranquilas (marea alta, cresta) ............. 10
3.1.4. Presión de ola aguas tranquilas (marea alta, vaguada) .......... 11
3.1.5. Presión de ola lado del mar (marea baja, vaguada) .............. 12
3.2. Fuerzas debido a los empujes de la tierra ................................. 13
3.2.1. Presión estática activa de tierra (método de Rankine) ........... 13
3.2.2. Presión dinámica activa de tierra( método de para condiciones
sísmicas) ................................................................... 14
4. Condiciones de estabilidad por condición ................................... 17
4.1. Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un lado y
lado seco del otro). ............................................................ 17
4.1.1 Factor de seguridad al volcamiento)
4.1.2 Excentricidad
4.1.3 Angulo de inclinación durante el sismo
4.2 Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un lado y
aguas tranquilas al otro). ....................................................... 18
4.2.1 Factor de seguridad al volcamiento
4.2.2 Excentricidad
4.2.3 Angulo de inclinación durante el sismo
4.3 Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un lado y
aguas tranquilas al otro). ....................................................... 19
4.3.1 Factor de seguridad al volcamiento
4.3.2 Excentricidad
4.3.3 Angulo de inclinación durante el sismo
4.4 Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de un lado y
relleno con nivel freático y sobrecarga del otro). ......................... 21
4.4.1 Factor de seguridad al volcamiento (método de presión
activa de tierra de Rankine para condiciones estática)
4.4.2 Excentricidad
4.4.3 Angulo de inclinación durante el sismo
2
4.4.4 Factor de seguridad al volcamiento (método de presión
activa de tierra en condiciones sísmicas)
4.4.5 Excentricidad
4.4.6 Angulo de inclinación durante el sismo
5 Condiciones de estabilidad tramo (0k+120 – 0k+180) ..................... 24
5.1 Condición del suelo. ............................................................ 24
5.2 Capacidad de soporte estática ............................................... 25
5.3 Capacidad de carga permisible ............................................... 26
5.4 Capacidad de carga máxima aplicada ....................................... 27
5.4.1 Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y lado seco del otro)
5.4.2 Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y aguas tranquilas al otro)
5.4.3 Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de
un lado y aguas tranquilas al otro)
5.4.4 Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de
un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga del otro).
5.5 Capacidad de soporte sísmica ............................................. 28
5.6 Factor de seguridad al sismo .............................................. 30
5.7 Factor de seguridad al deslizamiento horizontal ....................... 30
5.7.1 Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y lado seco del otro) ..................................... 30
5.7.2 Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y aguas tranquilas al otro). .............................. 32
5.7.3 Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de
un lado y aguas tranquilas al otro). .............................. 32
5.7.4 Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de
un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga del otro). . 33
6. Condiciones de estabilidad tramo (0k+60 – 0k+120) ...................... 36
6.1 Condición del suelo. ............................................................ 36
6.2 Capacidad de soporte estática ............................................... 37
6.3 Capacidad de carga permisible ............................................... 38
6.4 Capacidad de carga máxima aplicada ....................................... 39
6.4.1 Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y lado seco del otro)
3
6.4.2 Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas al otro).
6.4.3 Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas al otro).
6.4.4 Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de un
lado y relleno con nivel freático y sobrecarga del otro).
6.5 Capacidad de soporte sísmica ................................................ 40
6.6 Factor de seguridad al sismo .................................................. 42
6.7 Factor de seguridad al deslizamiento horizontal .......................... 42
6.7.1 Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y lado seco del otro) ............................................. 42
6.7.2 Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas al otro). ..................................... 43
6.7.3 Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas al otro). ..................................... 45
6.7.4 Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de un
lado y relleno con nivel freático y sobrecarga del otro). ......... 46
7 Condiciones de estabilidad tramo (0k+120 – 0k+180) ..................... 49
7.1 Condición del suelo. ............................................................ 49
7.2 Capacidad de soporte estática ............................................... 50
7.3 Capacidad de carga permisible ............................................... 51
7.4 Capacidad de carga máxima aplicada ....................................... 52
7.4.1 Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y lado seco del otro)
7.4.2 Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas al otro).
7.4.3 Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas al otro).
7.4.4 Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de un
lado y relleno con nivel freático y sobrecarga del otro).
7.5 Capacidad de soporte sísmica ................................................ 53
7.6 Factor de seguridad al sismo .................................................. 55
7.7 Factor de seguridad al deslizamiento horizontal .......................... 55
7.7.1 Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y lado seco del otro) ............................................. 55
4
7.7.2 Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas al otro). ..................................... 56
7.7.3 Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas al otro). ..................................... 58
7.7.4 Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de un
lado y relleno con nivel freático y sobrecarga del otro). ......... 59
8 Profundidades de terreno susceptible a licuefacción ....................... 63
8.1 potencial de licuefacción Tramo 0k+00 - 0k+60 ............................ 64
8.1 potencial de licuefacción Tramo 0k+00 - 0k+60 ............................ 65
8.1 potencial de licuefacción Tramo 0k+00 - 0k+60 ............................ 66
8.4 Gráficos de Potencial de Licuefacción ....................................... 67
9. Gráficos de potencial de licuefacción .......................................... 67
10. Equipos utilizados para traslado e instalación de cajones caisson ...... 71
11. Análisis estructural del caisson ................................................. 74
12. Medidas de remediación del suelo ............................................. 79
Conclusión .............................................................................. 84
Bibliografía .............................................................................. 85
5
INTRODUCCION
Los caisson o cajones son elementos estructurales para cimentación de grandes obras, de gran longitud, pues pueden llegar a profundidades hasta de 25 metros. Estos elementos se construyen cuando van a soportar mucho peso o cuando el terreno donde se va a construir tiene poca capacidad portante; puede decirse que con la construcción de los caisson se mejoran las condiciones estructurales del suelo que se va a utilizar. Tienen gran similitud con los pilotes, que también son elementos estructurales de cimentación y que cumplen sus mismas funciones; la diferencia está en que los caisson son de mayor diámetro y casi siempre van construidos en el sitio. Estas cajas pueden ser construidas en la superficie y hundidas in situ por sistema de excavación en su interior. Posteriormente estas cajas son fundidas en el fondo para conformar la superficie de cimentación.
Estos cajones son utilizados cuando se tiene un suelo de baja resistencia el
peso de la estructura que en el que sea poya es mayor a la capacidad
portante, lo que se hace es un cajón de cimentación para compensar el peso
de la estructura. Estos elementos son muy utilizados en la construcción de
edificios tanto residenciales como comerciales o de uso público; también los
podemos encontrar en los estribos de muchos puentes, cimentando o
recibiendo grandes pilastras. Este sistema es utilizado especialmente para
cimentar bajo el agua dado la dificultad de excavación para estos casos.
En el desarrollo de este trabajo se presenta el análisis y diseño de la
capacidad de carga de los cajones como a su vez los cálculos necesarios de
estabilidad para obtener el factor de seguridad para deslizamiento horizontal,
licuefacción y volcamiento.
6
INTRODUCION AL PROBLEMA
En una instalación portuaria debe instalarse un cajón celular (caisson) con
dimensiones indicadas en la figura 1.
En el fondo marino donde se debe instalar el caisson tiene elevación -12m/s la
marea alta tiene elevación +1.50 y la marea baja elevación -2.00m.
La parte superior del caisson debe tener elevación +8.50m.
La estructura portuaria tiene un largo de 180m.
Los sondeos del fondo marino muestran las siguientes características del
terreno de fundación.
a) 0k+00 – 0k+60
Profundidad de 0m a 30m
⁄
Profundidad de 30m a 60m
⁄
⁄
b) 0k+60 – 0k+120
Profundidad de 0m a 10m (arena fina)
⁄
Profundidad de 10m a 30m
⁄
⁄
c) 0k+120 – 0k+180
Profundidad de 0m a 2.50m
⁄
⁄
Profundidad de 2.50m a 12m
⁄
Profundidad de 12m a 40m
⁄
⁄
El peso unitario del hormigón = ⁄ Periodo de la Ola T=8seg
Altura de la ola incidente = 6m
7
El área está sometida a un sismo de T= 14seg
Numero de ciclos repetitivos
Kh= 0.15
Kv= -0.08
8
1. CALCULOS DE VOLUMENES Y PESOS
Datos del cajón caisson
⁄
⁄
Volumen total = 16(4)(20.5) = 1312
Volumen del Relleno = 20(5)(3.4)(3)= 1020
1.1 Peso del cajón vacío:
⁄
Peso del Relleno:
⁄
1.2 Peso del cajón caisson lleno:
2. VERIFICACION DE FLOTABILIDAD
Aplicando el principio de Arquímedes se puede conocer si el cajón flotará
Despejando se obtiene que el volumen desplazado es:
⁄
Como el Volumen de agua desplazada al colocar el cajón en el agua es
menor que volumen del cajón este flotará.
9
3. FUERZAS ACTUANTES EN EL CAISON.
3.1. Fuerzas debido a las olas
3.1.1. Presión de Ola lado del mar (marea alta, cresta)
Profundidad del agua en la base de la estructura = 15.3m Periodo de la ola = 8 seg Altura de la ola = 6m
De el grafico de la figura 3.2 se obtuvo
(
) [
]
Figura 3.2 transformación de la costa para onda de una ola
Figura 3.1 transformación de la costa para onda de una ola
10
Cuando y
[
] [
]
Fuerza actuando sobre la pared vertical del caisson (bajo swl)
3.1.2. Presión de ola lado del mar (marea alta, vaguada)
(
) [
]
Cuando y
[
] [
]
Fuerza actuando sobre la pared vertical del caisson (bajo swl)
3.1.3. Presión de ola aguas tranquilas (marea alta, cresta)
Profundidad del agua en la base de la estructura = 15.3m Periodo de la ola = 8 seg
Altura de la ola =
11
Del gráfico de la figura 3.2 se obtuvo
(
) [
]
Cuando y
[
] [
]
Fuerza actuando sobre la pared vertical del caisson (bajo swl)
3.1.4. Presión de ola aguas tranquilas (marea alta, vaguada)
(
) [
]
Cuando y
[
] [
]
Fuerza actuando sobre la pared vertical del caisson (bajo swl)
12
3.1.5. Presión de ola lado del mar (marea baja, vaguada)
Profundidad del agua en la base de la estructura = 10m Periodo de la ola = 8 seg Altura de la ola =
De el grafico de la figura 3.2 se obtuvo
(
) [
]
Cuando y
[
] [
]
Fuerza actuando sobre la pared vertical del caisson (bajo swl)
13
3.2. Fuerzas debido a los empujes de la tierra
3.2.1. Presión estática activa de tierra (método de Rankine)
Datos del relleno ⁄ ⁄ ⁄
(
)
Empuje 1
( √ )
[ √ ]
⁄
Empuje 2
( √ )
[ √ ]
⁄ Empuje 3
[ ]
⁄
Empuje aplicado por la presión del agua
⁄
14
Empuje aplicado por la sobrecarga de la losa
⁄ ⁄
⁄
Presión ejercida por el empuje del terreno
⁄
Actuando a
3.2.2. Presión dinámica activa de tierra( método de para condiciones
sísmicas)
Datos del relleno:
⁄ ⁄ ⁄
15
2
2
2
coscos1coscoscos
cos
sensen
K AE
221
2
2
coscos1coscos
cos
sensen
K A
Fuerza debido a la presión hidrostática:
⁄
Actuando a
Fuerza debida a la presión dinámica del suelo
Angulo sísmico equivalente:
(
) (
)
Coeficiente de empuje sísmico:
[ √
]
Empuje Sísmico:
⁄
Coeficiente de empuje activo estático:
[ √
]
16
Empuje activo estático:
⁄
Actuando a
⁄
Actuando a 0.6
Determinación del punto de aplicación de
(
)
Empuje aplicado por la sobrecarga de la losa:
⁄
Actuando a
m
Presión ejercida por el empuje del terreno:
⁄
Actuando a
17
4. CONDICIONES DE ESTABILIDAD POR CONDICION
4.1. Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un lado
y lado seco del otro).
4.1.1. Factor de Seguridad al Volcamiento:
4.1.2. Excentricidad:
Como el valor de la excentricidad no cumple se debe hacer un aumento de
la base.
Tabla 4.1 cálculos de e aumentando la base
base Mv(
) (
) X(m) e b/6 FS
18 23151.865 61557.30 5.61 3.39 3 2.65
20 23151.865 75889 6.94 3.06 3.33 3.27
Se puede observar que con una base de 20 cumple la excentricidad con la
relación b/6
18
4.1.3. Angulo de inclinación de cajón durante un sismo:
(
)
4.2. Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas del otro).
Cresta del lado del mar/ cresta del lado de aguas tranquilas
4.2.1. Factor de Seguridad al Volcamiento:
4.2.2. Excentricidad:
4.2.3. Angulo de inclinación de cajón durante un sismo:
(
)
19
Cresta del lado del mar/ vaguada del lado de aguas tranquilas
4.2.4. Factor de Seguridad al Volcamiento:
4.2.5. Excentricidad:
4.2.6. Angulo de inclinación de cajón durante un sismo:
(
)
4.3. Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas del otro).
vaguada del lado del mar/ vaguada del lado de aguas tranquilas
20
4.3.1. Factor de Seguridad al Volcamiento:
4.3.2. Excentricidad:
4.3.3. Angulo de inclinación de cajón durante un sismo:
(
)
Cresta del lado del mar/ vaguada del lado de aguas tranquilas
4.3.4. Factor de Seguridad al Volcamiento:
21
4.3.5. Excentricidad:
4.3.6. Angulo de inclinación de cajón durante un sismo:
(
)
4.4. Condición 4 (caisson ante oleaje con marea baja (vaguada) de un
lado y relleno con nivel freático y sobrecarga).
4.4.1. Factor de Seguridad al Volcamiento (método de presión activa de
tierra de Rankine)
Momento de Volcamiento
(
) (
) (
) (
) (
) (
)
4.4.2. Excentricidad
22
Como la excentricidad en la condición cuatro es mayor que la relación B/6
se debe aumentar el valor de la base, por consiguiente el valor de la
presión ejercida por el empuje del terreno (Fb) cambiaria y a su vez el
momento resistente y momento de volcamiento también.
Tabla 4.2 (cálculos de B, Fb, Mv, MR, X, e, F.S, e/b)
B Fb Mv Fs x e e/b 20 980 22178.941 75889 3.42 7.08 2.92 3.33 21 1029 23518.274 83616.75 3.53 7.55 2.95 3.5
Aumentando la base del cajón a 20m se cumple con el valor deseado de excentricidad.
4.4.3. Angulo de inclinación de cajón durante un sismo:
(
)
4.4.4. Factor de Seguridad al Volcamiento (método presión activa de tierra
para condiciones sísmicas)
Momento de volcamiento:
(
) (
) (
)
23
4.4.5. Excentricidad
Como la excentricidad y el factor de seguridad en la condición cuatro
sometida a condiciones sísmicas no cumplen el valor mínimo requerido se
debe aumentar el valor de la base, por consiguiente el valor de la presión
ejercida por el empuje del terreno (Fb) cambiaria y a su vez el momento
resistente y momento de volcamiento también.
Tabla 4.3 (cálculos de B, Fb, Mv, MR, X, e, F.S, e/b)
B(m) Fb(Kn/m) Mv(
) (
) Fs X(m) e e/b
20 980 28231.459 75889 2.69 6.28 3.72 3.33 25 1225 36345.917 118273.75 3.25 8.66 3.84 4.17
Aumentando la base a 25m se puedo observar que se cumple con el valor deseado de excentricidad.
4.4.6. Angulo de inclinación de cajón durante un sismo:
(
)
24
5. CONDICION DE ESTABILIDAD TRAMO(0k+000 – 0k+060)
Datos:
Tabla 5.1 Datos generales del suelo del tramo 3 (0k+000 – 0k+060)
⁄ ⁄ N(SPT)
Suelo 1 0 34º 18.2 42 Suelo 2 30 28º 17.3 0
De la tabla 3.4 del libro Braja M. Das 5ta edición se obtuvieron los siguientes
datos.
42.16 25.8
29.44 14.72
41.06 16.72
5.1. Condición del suelo
⁄
⁄
Comprobación Suelo 1 y suelo 2
Una cimentación está soportada por un estrato de suelo más fuerte sobre un estrato de suelo más débil por lo que la capacidad de soporte estático se calcula como sigue en la sección 5.2
25
5.2. Capacidad de soporte estática
Como la relación H/B es relativamente grande la superficie de falla en el
suelo ante carga última estará completamente localizada en la parte superior
del suelo. Para esta condición la capacidad de carga última se calcula como
sique:
Cálculos de factores de Forma de cada suelo.
Suelo 1
(
)
(
)
(
) (
)
Suelo 2
(
)
(
)
(
) (
)
26
capacidad de carga última en el lecho grueso del estrato de suelo superior.
⁄
capacidad de carga última en un lecho grueso del estrato de suelo inferior.
⁄
Capacidad de soporte estático:
(
)(
)
(
) (
)(
)
Donde D B 16m y H 2.0m
(
) (
) (
)
⁄ >
5.3. Capacidad de carga permisible:
Utilizando un factor de seguridad de 3
⁄
NOTA1. Se debe recordar que en la sección 4.1.2 se hiso un aumento en la
base del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la
relación b/6 por lo que el valor de la capacidad de carga cambiara con la
nueva base.
Efectuando todos los cálculos necesarios anteriormente descritos se
obtuvieron los siguientes resultados para cuando la base del cajón es 20 m
27
Tabla 5.2 resultados de cálculos para encontrar la capacidad de carga
permisible con una base de 20m
Factores de forma
Suelo 1
Suelo 2
8153.240
35013.288
52999.491
17666.497
5.4. Presión máxima aplicada
5.4.1. Para Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y lado seco del otro). Con una excentricidad de 1.66:
Se debe recordar que en la sección 4.1.2 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación b/6
por lo que el valor de para el caso uno con una base de 20 es:
(
)
(
)
5.4.2. Para Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y aguas tranquilas del otro) con una excentricidad de
Cresta lado del mar/Cresta lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
Cresta lado del mar/vaguada lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
5.4.3. Para Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada)
de un lado y aguas tranquilas del otro) con una excentricidad de
Vaguada lado del mar/vaguada lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
28
Cresta lado del mar/Cresta lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
5.4.4. Para Condición 4 (caisson ante oleaje con marea Baja (vaguada)
de un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga).
Método de Rankine:
Se debe recordar que en la sección 4.4.2 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación
b/6 por lo que el valor de para el caso uno con una base de 20 es:
(
)
(
)
Método de Coulomb para condición sísmica:
Se debe recordar que en la sección 4.4.5 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación
b/6 por lo que el valor de para el caso uno con una base de 25 es:
(
)
(
)
5.5. Capacidad de Soporte sísmica
Kh 0.15 Kv 0.08
(
)
(
)
29
Calculo de factores de modificación por sismo
[ ]
[
] [
]
Capacidad de carga última modificada en el lecho grueso del estrato de
suelo superior.
⁄
Capacidad de carga última mejorada en un lecho grueso del estrato de
suelo inferior.
⁄
Capacidad de soporte sísmica:
(
)(
)
(
) (
) (
)
(
) (
) (
)
⁄ >
30
5.6. Factor de seguridad al sismo:
NOTA 2: Se debe calcular el valor de y FS para una base de 20m como
se hiz5o para la capacidad de carga estática
Efectuando todos los cálculos anteriores se obtuvo:
⁄
5.7. Factor de Seguridad al deslizamiento Horizontal
5.7.1. Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y lado seco del otro)
Fuerza Resistente:
*
+
⁄
Fuerzas Actuantes:
⁄
31
Factor de Seguridad
Como el factor de seguridad es menor que el valor mínimo requerido, se
procede a hundir el cajón a una profundidad “Hp” para lograr que se
cumpla el factor de seguridad requerido.
Tabla 5.3 Cálculos de factor de seguridad hundiendo el cajón a una
profundidad Hp.
Hp (m) Ep (KN/m) FS
2 282.739 0.82
3 523.321 0.90
6.2 1737.658 1.57
Ya que la profundidad necesaria a la que se debe hundir el cajón es muy
grande se debe hacer una mejora del suelo del fundación. Las técnicas de
mejoras del suelo se pueden ver en la sección 12 página 79.
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
√
Donde (
)
32
5.7.2. Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas del otro)
Fuerza Resistente:
⁄
Cresta del lado del mar/cresta del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
Cresta del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
5.7.3. Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas del otro)
Fuerza Resistente:
⁄
33
Vaguada del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄ Factor de Seguridad
Cresta del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
5.7.4. Para Condición 4 (caisson ante oleaje con marea Baja (vaguada)
de un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga)
Método de Rankine (Caso estático)
34
Fuerza Resistente: ⁄
Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
Método de Coulomb (Caso Sísmico)
Fuerza Resistente:
⁄
Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
Como no se obtiene el valor deseado para F.S se procede a usar un
dentellón en la losa base.
35
Tabla 5.4 cálculo de factor de seguridad usando un dentellón como método
para alcanzar el valor deseado de FS al deslizamiento
Hp (m) Epe (KN/m) FS
2 217.434 1.35
3 489.228 1.48
4 869.738 1.67
A una profundidad de 4m se consigue el valor necesario para el factor de
seguridad F.S = 1.67 > 1.5
El valor de factor de seguridad mejorado se obtuvo de la fórmula:
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
Donde se obtiene de la fórmula:
[ √
]
36
6. CONDICION DE ESTABILIDAD TRAMO(0k+060 – 0k+120)
Datos:
Tabla 6.1 Datos generales del suelo del tramo 2 (0k+060 – 0k+120)
⁄ ⁄ N(SPT)
Suelo 1 0 30º 15.8 8 Suelo 2 41 30º 17.9 0
De la tabla 3.4 del libro fundamentos en ingeniería de cimentaciones Braja M.
Das 5ta edición se obtuvieron los siguientes datos.
30.14
18.40
22.40
6.1. Condición del suelo
⁄
⁄
Comprobación Suelo 1 y suelo 2
Una cimentación está soportada por un estrato de suelo más débil sobre un estrato de suelo más fuerte por lo que la capacidad de soporte estático se calcula como sigue en la sección 6.2
37
6.2. Capacidad de soporte estática
Como la relación H/B es relativamente pequeña la superficie de falla en el
suelo ante carga última pasara a través de las dos capas de suelo. Para esta
condición la capacidad de carga última se calcula como sique:
Cálculos de factores de Forma de cada suelo.
Suelo 1
(
)
(
)
(
) (
)
Suelo2
(
)
(
)
(
) (
)
38
capacidad de carga última en el lecho grueso del estrato de suelo superior.
⁄
capacidad de carga última en un lecho grueso del estrato de suelo inferior.
⁄
Capacidad de soporte estático:
(
)
>
Donde D B 16m y H 2.0m
(
)
⁄ >
6.3. Capacidad de carga permisible:
Utilizando un factor de seguridad de 3
⁄
NOTA1. Se debe recordar que en la sección 4.1.2 se hiso un aumento en la
base del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la
relación b/6 por lo que el valor de la capacidad de carga cambiara con la
nueva base.
Efectuando todos los cálculos necesarios anteriormente descritos se
obtuvieron los siguientes resultados para cuando la base del cajón es 20 m
39
Tabla 6.2 resultados de cálculos para encontrar la capacidad de carga
permisible con una base de 20m
Factores de forma
Suelo 1
0
Suelo 2
4419.225
9323.451
5525.741
1841.914
6.4. Presión máxima aplicada
6.4.1. Para Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y lado seco del otro).
Se debe recordar que en la sección 4.1.2 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación b/6
por lo que el valor de para el caso uno con una base de 20 es:
(
) (
)
6.4.2 Para Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un lado y aguas tranquilas del otro)
Cresta lado del mar/Cresta lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
Cresta lado del mar/vaguada lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
6.4.3 Para Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada)
de un lado y aguas tranquilas del otro) con una excentricidad de
vaguada lado del mar/vaguada lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
40
Cresta lado del mar/Cresta lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
6.4.4 Para Condición 4 (caisson ante oleaje con marea Baja (vaguada)
de un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga).
Método de Rankine:
Se debe recordar que en la sección 4.4.2 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación
b/6 por lo que el valor de para el caso uno con una base de 20 es:
(
)
(
)
Método de Coulomb para condición sísmica:
Se debe recordar que en la sección 4.4.5 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación
b/6 por lo que el valor de para el caso uno con una base de 25 es:
(
)
(
)
6.5. Capacidad de Soporte sísmica
Kh 0.15 Kv 0.08
(
)
(
)
41
Calculo de factores de modificación por sismo
[ ]
[
] [
]
capacidad de carga última modificada en el lecho grueso del estrato de
suelo superior.
⁄
capacidad de carga última mejorada en un lecho grueso del estrato de
suelo inferior.
⁄
Capacidad de soporte sísmica:
(
)
(
)
⁄ >
42
6.6. Factor de seguridad al sismo:
NOTA 2: Se debe calcular el valor de y FS para una base de 20m como
se hiso para la capacidad de carga estática
Efectuando todos los cálculos anteriores se obtuvo:
⁄
6.7. Factor de Seguridad al deslizamiento Horizontal
6.7.1. Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y lado seco del otro)
Fuerza Resistente:
*
+
⁄
Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
43
Como el factor de seguridad es menor que el valor mínimo requerido, se
procede a hundir el cajón a una profundidad “Hp” para lograr que se
cumpla el factor de seguridad requerido.
Tabla 6.3 Cálculos de factor de seguridad hundiendo el cajón a una
profundidad Hp.
Hp (m) Ep (KN/m) FS
3 213.3 0.704
5 592.5 0.801
8 1516.8 0.203
9 1919.7 1.539
Ya que la profundidad necesaria a la que se debe hundir el cajón es muy grande se debe hacer una mejora del suelo del fundación. Las técnicas de mejoras del suelo se pueden ver en la sección 12 página 79. La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
√
Donde (
)
6.7.2. Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas del otro)
44
Fuerza Resistente:
⁄
Cresta del lado del mar/cresta del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
Cresta del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
Como el factor de seguridad no cumplió se procede a hundir el cajón una
profundidad hp
ºTabla 6.4 Cálculos de factor de seguridad hundiendo el cajón a una
profundidad Hp.
Hp (m) Ep (KN/m) FS
1 23.7 1.530
1.5 53.325 1.562
Se puede observar que a una profundidad de 1m se obtiene un valor de adecuado para el FS.
45
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
√
Donde (
)
6.7.3. Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas del otro)
Fuerza Resistente:
⁄
Vaguada del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄ Factor de Seguridad
Cresta del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄ Factor de Seguridad
46
6.7.4. Para Condición 4 (caisson ante oleaje con marea Baja (vaguada)
de un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga)
Método de Rankine (Caso estático)
Fuerza Resistente:
⁄
Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
Método de Coulomb (Caso Sísmico)
47
Fuerza Resistente:
⁄ Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
Como no se obtiene el valor deseado para F.S se procede a usar un
dentellón en la losa base.
Tabla 6.5 cálculo de factor de seguridad usando un dentellón como método
para alcanzar el valor deseado de FS al deslizamiento
Hp (m) Epe (KN/m) FS
3 313.295 1.24 4 556.969 1.36 5 870.264 1.51
A una profundidad de 5m se consigue el valor necesario para el factor de
seguridad F.S = 1.51 > 1.5. Debido a que la profundidad del dentellón es
muy elevada se debe hacer una mejora en el suelo de fundación. Estas
técnicas se podrán ver en la sección 12 página 79.
El valor de factor de seguridad mejorado se obtuvo de la fórmula:
48
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
Donde se obtiene de la fórmula:
[ √
]
49
7. CONDICION DE ESTABILIDAD TRAMO(0k+120 – 0k+180)
Datos:
Tabla 7.1 Datos generales del suelo del tramo 3 (0k+120 – 0k+180)
⁄ ⁄ N(SPT)
Suelo 1 20 16º 18.7 0 Suelo 2 0 29º 15.9 6 Suelo 3 37 30º 17.9 52
De la tabla 3.4 del libro fundamentos de ingeniería en cimentaciones Braja M.
Das 5ta edición se obtuvieron los siguientes datos.
11.63 27.89 30.14
4.34 16.44 18.40
3.06 19.34 22.40
7.1. Condición del suelo
⁄
⁄
⁄
Comprobación Suelo 1 y suelo 2
Una cimentación está soportada por un estrato de suelo más débil sobre un estrato de suelo más fuerte por lo que la capacidad de soporte estático se calcula como sigue en la sección 7.2
50
7.2. Capacidad de soporte estática
Como la relación H/B es relativamente pequeña la superficie de falla en el
suelo ante carga última pasara a través de las dos capas de suelo. Para esta
condición la capacidad de carga última se calcula como sique:
Cálculos de factores de Forma de cada suelo.
Suelo 1
(
)
(
)
(
) (
)
Suelo 2
(
)
(
)
(
) (
)
51
capacidad de carga última en el lecho grueso del estrato de suelo superior.
⁄
capacidad de carga última en un lecho grueso del estrato de suelo inferior.
⁄
Capacidad de soporte estático:
(
)
>
Donde D B 16m y H 2.0m
(
)
⁄ >
7.3. Capacidad de carga permisible:
Utilizando un factor de seguridad de 3
⁄
NOTA1. Se debe recordar que en la sección 4.1.2 se hiso un aumento en la
base del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la
relación b/6 por lo que el valor de la capacidad de carga cambiara con la
nueva base.
Efectuando todos los cálculos necesarios anteriormente descritos se
obtuvieron los siguientes resultados para cuando la base del cajón es 20 m
52
Tabla 7.2 resultados de cálculos para encontrar la capacidad de carga
permisible con una base de 20m
Factores de forma
Suelo 1
Suelo 2
1297.334
3352.799
1317.889
439.296
7.4. Presión máxima aplicada
7.4.1. Para Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de
un lado y lado seco del otro).
Se debe recordar que en la sección 4.1.2 se hiso un aumento en la
base del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la
relación b/6 por lo que el valor de para el caso uno con una base
de 20 es:
(
) (
)
7.4.2 Para Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un lado y aguas tranquilas del otro)
Cresta lado del mar/Cresta lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
Cresta lado del mar/vaguada lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
7.4.3 Para Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada)
de un lado y aguas tranquilas del otro) con una excentricidad de
vaguada lado del mar/vaguada lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
53
Cresta lado del mar/Cresta lado de aguas tranquilas
(
)
(
)
⁄
7.4.4 Para Condición 4 (caisson ante oleaje con marea Baja (vaguada)
de un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga).
Método de Rankine:
Se debe recordar que en la sección 4.4.2 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación
b/6 por lo que el valor de para el caso uno con una base de 20 es:
(
)
(
)
Método de Coulomb para condición sísmica:
Se debe recordar que en la sección 4.4.5 se hiso un aumento en la base
del cajón para que el valor de la excentricidad cumplirá con la relación
b/6 por lo que el valor de para el caso uno con una base de 25 es:
(
)
(
)
7.5. Capacidad de Soporte sísmica
Kh 0.15 Kv 0.08
(
)
(
)
54
Calculo de factores de modificación por sismo
[ ]
[
] [
]
capacidad de carga última modificada en el lecho grueso del estrato de
suelo superior.
⁄
capacidad de carga última mejorada en un lecho grueso del estrato de
suelo inferior.
⁄
Capacidad de soporte sísmica:
(
)
(
)
⁄ >
55
7.6. Factor de seguridad al sismo:
NOTA 2: Se debe calcular el valor de y FS para una base de 20m como
se hiso para la capacidad de carga estática
Efectuando todos los cálculos anteriores se obtuvo:
⁄
7.7. Factor de Seguridad al deslizamiento Horizontal
7.7.1. Condición 1 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y lado seco del otro)
Fuerza Resistente:
*
+
⁄
Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
56
Como el factor de seguridad es menor que el valor mínimo requerido, se
procede a hundir el cajón a una profundidad “Hp” para lograr que se
cumpla el factor de seguridad requerido.
Tabla 7.3 Cálculos de factor de seguridad hundiendo el cajón a una
profundidad Hp.
Hp (m) Ep (KN/m) FS
4 475.77 1.41
4.5 572.29 1.54
5 677.04 1.73
Ya que la profundidad necesaria a la que se debe hundir el cajón es muy
grande se debe hacer una mejora del suelo del fundación. Las técnicas de
mejoras del suelo se pueden ver en la sección 12 página 79.
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
√
Donde (
)
7.7.2. Condición 2 (caisson ante oleaje con marea alta (cresta) de un
lado y aguas tranquilas del otro)
57
Fuerza Resistente:
⁄
Cresta del lado del mar/cresta del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
Como el factor de seguridad no cumplió se procede a hundir el cajón una
profundidad hp
Tabla 7.4 Cálculos de factor de seguridad hundiendo el cajón a una
profundidad Hp.
Hp (m) Ep (KN/m) FS
4 475.77 1.34
4.5 572.29 146
4.8 634.151 1.56
Se puede observar que a una profundidad de 4.8m se obtiene un valor de
adecuado para el FS.
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
√
Donde (
)
58
Cresta del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
Como el factor de seguridad no cumplió se procede a hundir el cajón una
profundidad hp como en el caso anterior.
Tabla 7.5 Cálculos de factor de seguridad hundiendo el cajón a una
profundidad H
Hp (m) Ep (KN/m) FS
4 475.77 1.34
4.5 572.29 146
4.8 634.151 1.56
Se puede observar que a una profundidad de 4.8m se obtiene un valor de
adecuado para el FS.
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
√
Donde (
)
7.7.3. Condición 3 (caisson ante oleaje con marea alta (vaguada) de un
lado y aguas tranquilas del otro)
59
Fuerza Resistente:
⁄
Vaguada del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
Cresta del lado del mar/vaguada del lado de aguas tranquilas
Fuerzas Actuantes
⁄
Factor de Seguridad
7.7.4. Para Condición 4 (caisson ante oleaje con marea Baja (vaguada)
de un lado y relleno con nivel freático y sobrecarga)
Método de Rankine (Caso estático)
Fuerza Resistente:
⁄
60
Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
Como no se obtiene el valor deseado para F.S se procede a usar un
dentellón en la losa base
Tabla 7.6 cálculo de factor de seguridad usando un dentellón como método
para alcanzar el valor deseado de FS al deslizamiento
Hp (m) (KN/m) Ep (KN/m) FS
6 2252.018 1996.4 1.35 7 2437.509 2176.891 1.47 8 2624.944 2364.326 1.65
A una profundidad de 8m se consigue el valor necesario para el factor de
seguridad F.S = 1.65 > 1.5 Debido a que la profundidad del dentellón es
muy elevada se debe hacer una mejora en el suelo de fundación. Estas
técnicas se podrán ver en la sección 12 página 79.
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
√
Donde (
)
Y
61
Donde Ka = 0.39 El valor de Ka se obtuvo en la sección 3.4.1 página
El factor de seguridad es igual a
Método de Coulomb (Caso Sísmico)
Fuerza Resistente:
⁄ Fuerzas Actuantes:
⁄
Factor de Seguridad
Como no se obtiene el valor deseado para F.S se procede a usar un
dentellón en la losa base.
62
Tabla 7.7 cálculo de factor de seguridad usando un dentellón como método
para alcanzar el valor deseado de FS al deslizamiento
Hp (m) Epe (KN/m) FS
9 1416.699 1.42 10 1748.974 1.58 11 2116.258 1.76
A una profundidad de 10m se consigue el valor necesario para el factor de
seguridad F.S = 1.58 > 1.5. Debido a que la profundidad del dentellón es
muy elevada se debe hacer una mejora en el suelo de fundación. Estas
técnicas se podrán ver en la sección 12 página 79.
El valor de factor de seguridad mejorado se obtuvo de la fórmula:
La fuerza pasiva por unidad de longitud del cajón es:
Donde se obtiene de la fórmula:
[ √
]
63
8. PROFUNDIDADES DEL TERRENO SUCEPTIBLE A LICUEFACION
El potencial de licuación de estratos arenosos puede evaluarse utilizando correlaciones entre datos de resistencia a la penetración (tales como SPT o CPT). En este proyecto utilizaremos las pruebas de penetración estándar SPT para evaluar el potencial de licuefacción, y su vez utilizaremos la correlación de esfuerzos desarrollada originalmente por Seed & Idris (1971 & 1987).
La resistencia a la licuación de suelos, es función de dos variables: en primer lugar, la demanda sísmica de la capa de suelo, expresada en términos de la relación de tensiones cíclicas (CSR), y en segundo lugar, la capacidad del suelo para resistir la licuación, expresada en términos de la relación de resistencia cíclica (CRR).
Donde CRS es:
(
) (
)
Donde rd es un factor de reducción que se aplica ya que la columna de suelo no es rígida. El valor de rd se determina de acuerdo a la siguiente expresión.
Donde Z es el valor de la profundidad que se va a evaluar.
Figura 8.1 correlación entre el
comportamiento del campo de
licuefacción de arena para las
condiciones del terreno y nivel de
resistencia a la penetración
complementados con datos de
prueba a gran escala
64
La resistencia a la penetración utilizada en las correlaciones corresponde al número de golpes medido en terreno (N) al cual se le aplica una corrección por tensión efectiva.
Dónde:
√
El valor de está en Kpa. El factor de seguridad se determina de la siguiente ecuación:
Los cálculos necesarios para determinar el potencial de licuefacción se mostraran en las tablas siguientes:
8.1 Tramo de 0k+00 a 0k+60
Magnitud del sismo: M=6 en la escala de ritcher.
Prof
(m)
N
F.S
2 0.170 42 1.594 66.948 0.60 0.102 0.370 0.15 0.976 0.035 2.91
4 0.340 42 1.362 57.204 0.60 0.204 0.740 0.15 0.952 0.068 3.00
8 0.680 42 1.130 47.400 0.60 0.408 1.480 0.15 0.904 0.130 3.13
12 1.020 42 0.995 41.790 0.60 0.612 2.220 0.15 0.856 0.185 3.30
16 1.360 42 0.898 37.716 0.60 0.816 2.960 0.15 0.808 0.233 3.50
20 1.700 42 0.824 34.608 0.52 0.884 3.700 0.15 0.760 0.274 3.23
24 2.040 42 0.763 32.046 0.49 0.999 4.440 0.15 0.712 0.308 3.24
28 2.380 42 0.711 29.862 0.40 0.952 5.180 0.15 0.664 0.335 2.84
30 2.550 42 0.688 28.896 0.39 0.994 5.550 0.15 0.640 0.346 2.87
La comparacion de esfuerzos resitentes con esfuerzos actuantes
muestra que por lo que no ocurre licuefaccion en todas las
profundidades considerada
Magnitud del sismo: M=7.5 en la escala de ritcher.
Prof
(m)
N
F.S
2 0.170 42 1.594 66.948 0.60 0.102 0.370 0.15 0.976 0.035 2.91
4 0.340 42 1.362 57.204 0.60 0.204 0.740 0.15 0.952 0.068 3.00
8 0.680 42 1.130 47.400 0.60 0.408 1.480 0.15 0.904 0.130 3.13
12 1.020 42 0.995 41.790 0.54 0.550 2.220 0.15 0.856 0.185 2.97
16 1.360 42 0.898 37.716 0.43 0.584 2.960 0.15 0.808 0.233 2.13
20 1.700 42 0.824 34.608 0.38 0.646 3.700 0.15 0.760 0.274 2.35
24 2.040 42 0.763 32.046 0.34 0.693 4.440 0.15 0.712 0.308 3.12
28 2.380 42 0.711 29.862 0.32 0.761 5.180 0.15 0.664 0.335 2.27
30 2.550 42 0.688 28.896 0.30 0.765 5.550 0.15 0.640 0.346 2.21
65
La comparacion de esfuerzos resitentes con esfuerzos actuantes
muestra que por lo que no ocurre licuefaccion en todas las
profundidades consideradas.
Magnitud del sismo: M=8.25 en la escala de ritcher.
Prof
(m)
N
F.S
Prof.
N
F.S
2 0.170 42 1.594 66.948 0.60 0.102 0.370 0.15 0.976 0.035 2.91
4 0.340 42 1.362 57.204 0.60 0.204 0.740 0.15 0.952 0.068 3.00
8 0.680 42 1.130 47.400 0.60 0.408 1.480 0.15 0.904 0.130 3.14
12 1.020 42 0.995 41.790 0.42 0.428 2.220 0.15 0.856 0.285 1.50
16 1.360 42 0.898 37.716 0.37 0.503 2.960 0.15 0.808 0.231 2.18
20 1.700 42 0.824 34.608 0.31 0.527 3.700 0.15 0.760 0.274 1.92
24 2.040 42 0.763 32.046 0.29 0.591 4.440 0.15 0.712 0.308 1.92
28 2.380 42 0.711 29.862 0.27 0.642 5.180 0.15 0.664 0.335 1.92
La comparacion de esfuerzos resitentes con esfuerzos actuantes
muestra que por lo que no ocurre licuefaccion en todas las
profundidades consideradas.
8.2 Tramo de 0k+60 + 0k+120
Magnitud del sismo: M=6 en la escala de ritcher.
Prof.
(m)
N
F.S
2 0.122 8 1.705 13.640 0.200 0.024 0.322 0.15 0.976 0.031 0.77
4 0.244 8 1.474 11.792 0.169 0.041 0.644 0.15 0.952 0.060 0.68
6 0.366 8 1.338 10.704 0.145 0.053 0.968 0.15 0.928 0.087 0.61
8 0.489 8 1.241 9.928 0.139 0.068 1.289 0.15 0.904 0.114 0.60
10 0.611 8 1.166 9.328 0.132 0.081 1.611 0.15 0.880 0.138 0.59
La comparación de esfuerzos resistentes con esfuerzos actuantes
muestra que < , por lo que ocurre licuefacción en todas las
profundidades consideradas
66
Magnitud del sismo: M=7.5 en la escala de ritcher.
Prof.
(m)
N
F.S
2 0.122 8 1.705 13.64 0.155 0.019 0.322 0.15 0.976 0.031 0.61
4 0.244 8 1.474 11.79 0.130 0.032 0.644 0.15 0.952 0.060 0.53
6 0.366 8 1.338 10.70 0.122 0.045 0.968 0.15 0.928 0.087 0.51
8 0.489 8 1.241 9.93 0.110 0.053 1.289 0.15 0.904 0.114 0.46
10 0.611 8 1.166 9.33 0.101 0.062 1.611 0.15 0.880 0.138 0.45
La comparación de esfuerzos resistentes con esfuerzos actuantes
muestra que < , por lo que ocurre licuefacción en todas las
profundidades consideradas
Magnitud del sismo: M=8.25 en la escala de ritcher.
Prof.
(m)
N
F.S
2 0.122 8 1.705 13.64 0.149 0.018 0.322 0.15 0.976 0.031 0.58
4 0.244 8 1.474 11.79 0.120 0.029 0.644 0.15 0.952 0.060 0.48
6 0.366 8 1.338 10.70 0.110 0.040 0.968 0.15 0.928 0.087 0.46
8 0.489 8 1.241 9.93 0.092 0.045 1.289 0.15 0.904 0.114 0.39
10 0.611 8 1.166 9.33 0.090 0.055 1.611 0.15 0.880 0.138 0.39
La comparación de esfuerzos resistentes con esfuerzos actuantes
muestra que < , por lo que ocurre licuefacción en todas las
profundidades consideradas
8.3 Tramo de 0k+120 a 0k+180
Magnitud del sismo: M=6 en la escala de ritcher.
Prof.
(m)
N
F.S
3 0.186 6 1.564 9.384 0.138 0.025 0.486 0.15 0.964 0.047 0.53
6 0.373 6 1.332 7.992 0.101 0.038 0.973 0.15 0.928 0.088 0.43
9 0.559 6 1.196 7.176 0.091 0.051 1.459 0.15 0.892 0.127 0.40
12 0.745 6 1.100 6.600 0.080 0.060 1.946 0.15 0.856 0.162 0.37
La comparacion de esfuerzos resitentes con esfuerzos actuantes
muestra que por lo que si ocurre licuefaccion en todas las
profundidades consideradas.
67
Magnitud del sismo: M=7.5 en la escala de ritcher.
Prof.
(m)
N
F.S
3 0.186 6 1.564 9.384 0.101 0.019 0.486 0.15 0.964 0.047 0.40
6 0.373 6 1.332 7.992 0.087 0.032 0.973 0.15 0.928 0.088 0.36
9 0.559 6 1.196 7.176 0.079 0.044 1.459 0.15 0.892 0.127 0.34
12 0.745 6 1.100 6.600 0.068 0.051 1.946 0.15 0.856 0.162 0.31
La comparacion de esfuerzos resitentes con esfuerzos actuantes muestra que
por lo que si ocurre licuefaccion en todas las profundidades consideradas.
Magnitud del sismo: M=8.25 en la escala de ritcher.
Prof.
(m)
N
F.S
3 0.186 6 1.564 9.384 0.089 0.016 0.486 0.15 0.964 0.047 0.34
6 0.373 6 1.332 7.992 0.076 0.028 0.973 0.15 0.928 0.088 0.32
9 0.559 6 1.196 7.176 0.071 0.039 1.459 0.15 0.892 0.127 0.31
12 0.745 6 1.100 6.600 0.060 0.045 1.946 0.15 0.856 0.162 0.28
La comparacion de esfuerzos resitentes con esfuerzos actuantes muestra que
por lo que si ocurre licuefaccion en todas las profundidades consideradas.
9. GRAFICOS DE POTENCIAL DE LICUEFACCION
0
4
8
12
16
20
24
28
32
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+00 - 0k+60, Magnitud del Sismo Mw=6.0
68
0
4
8
12
16
20
24
28
32
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+00 - 0k+60, Magnitud del Sismo Mw=7.5
0
4
8
12
16
20
24
28
32
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+00 - 0k+60, Magnitud del Sismo Mw=8.5
69
0
2
4
6
8
10
12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+060 - 0k+120, Magnitud del Sismo Mw=6.0
0
2
4
6
8
10
12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+060 - 0k+120, Magnitud del Sismo Mw=7.5
70
0
2
4
6
8
10
12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+060 - 0k+120, Magnitud del Sismo Mw=8.5
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+120 - 0k+180, Magnitud del Sismo Mw=6.0
71
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+120 - 0k+180, Magnitud del Sismo Mw=7.5
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18
Pro
fundid
ad
Esfuerzos 0 , av
Gráfico de Potencial de Licuefacción Tramo de 0k+120 - 0k+180, Magnitud del Sismo Mw=8.5
72
10. EQUIPOS UTILIZADOS PARA EL TRASLADO E INSTALACION DE
CAJONES CAISSON.
Grúas:
Un tipo de grúa que se puede utilizar para lo que es el levantamiento de cojones celulares (caisson), son las grúas acuáticas. Estas grúas cuentan con una gran capacidad algunas superan las 10 000 ton. Son utilizadas para levantar grandes cargas en el medio marítimo como por ejemplo la participación de construcción de instalaciones offshore.
Existen tres tipos de principales grúas marinas:
a) Buques grúas: son el tipo más habitual. Su característica principal es
que son móviles pudiendo desplazarse al lugar de trabajo por sus
propios medios su capacidad es de 2500 toneladas.
b) Grúas semi-sumergibles: la capacidad de sumergirse parcialmente de
este tipo de grúa las provee de una gran estabilidad facilitando la
carga. Su capacidad de carga llega a las 14 000 toneladas.
c) Grúas flotantes (sheerlegs): se trata de grúas fijas, sin capacidad de
girar, por lo que la carga debe ser acercada a la grúa antes del izado.
Pueden levantar desde las 50 a 4000 toneladas.
Barcazas:
Un tipo de medio que se puede utilizar para el traslado de cajones caisson, de
la costa a su lugar de ubicación, es por medio de buques cargueros semi
sumergibles.
Buque semi-sumergible
Buque Grúa
73
Estos buques tienen la capacidad de sumergirse parcialmente llenado sus
tanques de lastre para que la carga se coloque “encima”, y luego emerger
vaciando esos tanques levantando la carga encima de su amplia cubierta.
Dispuesta entre la superestructura a proa y la zona de máquinas a popa.
Estos buques pueden llegan a transportar cargas de hasta 73 000 toneladas. A
su vez estos buques pueden desplazase a una velocidad de crucero de 13
nudos, propulsado por una planta de 12640 kW (17 160) BHP que mueven una
hélice de paso controlable de 4 palas. Uno de los buques más famosos de este
tipo es el blue marlín que cuenta con un propulsor transversal a proa y dos
propulsores azimutales.
Las dimensiones del buque son:
Manga: 63m
Eslora total: 225m
Puntal: 13m
Calado en navegación: 10m
Calado sumergido: 29m
Cubierta (Dim.) : 63 x 178.2m
Cubierta(aérea): 11 227 m2
Equipo Utilizado para introducir la arena en los cajones:
Procedimiento para introducción a la arena:
Excavar la profundidad necesaria para la base del anclaje consolidado,
de acuerdo con planos y especificaciones técnicas.
Los anclajes y el lastre podrán ser fabricados de concreto simple o
armado u otro material disponible en la zona.
Los anclajes sujetarán la balsa mediante dos templadores en dos
esquinas consecutivas de la misma.
La cuerda del lastre irá atada a dispositivo de fijación en la parte
posterior de la balsa.
Si la fuente tiene flujo permanente, colocar el lastre aguas arriba de la
ubicación de la balsa, de modo que se forme un ángulo de 45º con el
nivel de agua.
Vista en planta y longitudinal del buque blue marlín
74
Equipo para introducción a la arena:
La tubería de succión será de acero galvanizado, con una válvula de pie
y canastilla de succión del mismo material.
La tubería de succión debe estar sumergida a una profundidad mínima
de 50 cm.
La tubería de impulsión estará constituida por un sector rígido y otro
flexible, el diámetro y la característica de la tubería se establecerán con
base en el caudal de bombeo y condiciones de operación.
Para el cambio de clase de tuberías, se hará un dado especial que
permita albergar a una transición, de modo que se modifique el material
flexible a rígido.
Procedimiento para evitar el volcamiento del caisson durante su
traslado:
Para evitar el volcamiento de los cajones al momento de ser transportado por
buques semi-sumergibles, estos son sujetos por unas barras de acero que
sostienen el cajón para evitar su movimiento. Una imagen de estos tipos de
refuerzos pueden ser los mostrados en la figura siguiente.
Vista de refuerzos utilizados para transporte de las compuertas de las
nuevas esclusas del canal de panamá
75
11. ANALISIS ESTRUCTURAL DEL CAISSON.
Construcción:
Las actividades que se realizan en la construcción de cajones flotantes son
todas o algunas de las siguientes:
1. Dragado de la zanja para la banqueta de cimentación: el dragado del terreno natural puede realizarse por dos razones:
Para obtener calado suficiente.
Eliminar suelos que no tengan capacidad portante suficiente para recibir las cargas que la banqueta transmite. En este caso se dragará hasta la profundidad prevista en el Proyecto o, si es mayor, a la necesaria para asegurar que el terreno natural tiene la capacidad portante prevista.
2. Mejora del terreno de cimentación.
3. Banqueta de cimentación.
4. Enrase de la banqueta: Las banquetas para cimentación de los de cajones se encuentran habitualmente en dársenas con muy pequeña agitación, lo que permite realizar el enrase con desfases temporales importantes respecto del fondeo de los cajones.
5. Fabricación y transporte de los cajones: los cajones que se emplean en la construcción de muelles tienen unas dimensiones que normalmente se sitúan entre los siguientes valores: Puntal: 15/25 m. Manga: 12/18 m. Eslora: Depende del medio de construcción. Suele ser necesaria la instalación de tapas en el caso de transportes por zonas no abrigadas con duración mayor de 24 horas. La utilización de lastre sólido en vez de líquido permite conseguir la misma estabilidad naval con menor peso y, por tanto, con menor calado.
6. Fondeo de los cajones: el fondeo de los cajones que forman parte de los
muelles se realiza habitualmente en aguas abrigadas, se deben planificar las distintas operaciones:
Anclajes para cabrestantes.
Elementos de seguridad: redes, escalas, aros salvavidas, etc.
Balizamiento e iluminación.
Comunicación entre las celdas, que no deberá comprometer la estabilidad del cajón a flote.
Secuencia de lastrado.
7. Relleno de las celdas y de las juntas. 8. Colocación de filtro: la colocación se efectuará asegurando que no se
desplazan los materiales de los rellenos generales o de los fondos marinos hacia el paramento del trasdós del muelle.
76
Proceso de fondeo de un cajón flotante
Traslado y colocación:
En el caso de ser construido en tierra deben utilizarse grúas capaces de elevar el cajón y moverlo del suelo donde yace al agua para donde será trasladado. El transporte suele realizarse con un remolcador que tira en proa. Puede utilizarse un remolcador complementario en popa que hace las labores de timón. Una vez trasladado el cajón a su punto de fondeo, es necesario asegurar su
correcto posicionamiento.
El control de posición del cajón durante el fondeo puede realizarse de acuerdo con distintos procedimientos:
77
Fijando el cajón a puntos fijos (cajones previamente fondeados, puntos de amarre en tierra o en otras estructuras, muertos de anclaje fondeados, o cualquier combinación de los anteriores), y empleando trácteles (aparato de elevación y tracción de cable) o cabrestantes para el posicionamiento.
Empleando embarcaciones auxiliares, como remolcadores, gánguiles o pontones (un tipo de embarcación utilizada como plataforma flotante), que actúan mediante elementos de tiro (cabrestantes) o abarloados al cajón.
Combinación de los anteriores. El fondeo se realiza mediante inundación de las celdas hasta que el cajón toca fondo. Una vez verificada su posición final es habitual rellenar la totalidad de las celdas con agua, para evitar que lo ponga en flotación la marea llenante. Finalmente, con el mínimo desfase temporal posible, con el fin de asegurar su estabilidad, se procede al llenado de celdas con material granular. La potencia y capacidad de los medios de control del posicionamiento del cajón varían considerablemente en función de si se trata de aguas protegidas o de aguas exteriores, y del nivel de agitación en el que se va a realizar la maniobra. En el fondeo de cajones del dique, es determinante el estado del mar, tanto en lo que se refiere a la altura como al período del oleaje. Proceso de fabricación:
Levantamiento de un cajón flotante
78
El procedimiento más utilizado para la ejecución de cajones portuarios es la técnica de los encofrados deslizantes. Este método, que da lugar a altos rendimientos y resulta particularmente apropiado para una estructura tan regular como un cajón portuario, implica la necesidad de no interrumpir el trabajo (deben disponerse 3 turnos de trabajo) y exige por otra parte unas condiciones muy específicas al hormigón. Estas condiciones son:
Rapidez de fraguado (a las 4- 6 horas debe tener una resistencia mínima de 0.2 MPa, con objeto de que sea capaz de soportar su peso propio).
Su resistencia debe crecer con mayor rapidez que la carga aplicada.
Docilidad, facilidad de compactación, buena adherencia a la armadura y rozamiento reducido sobre el encofrado.
Su calidad y docilidad deben permanecer inalteradas a lo largo de la ejecución de la obra, lo cual supone un control estricto de la dosificación y tiempos de transporte.
El cemento a utilizar debe tener alta resistencia inicial y poca retracción.
Es recomendable el uso de árido rodado aunque esto no es siempre posible.
El tamaño máximo del árido debe estar entre 1/5 y 1/7 del espesor de la pared y debe ser siempre inferior a 30 mm.
Como particularidad de este sistema, debemos mencionar que el hormigón quedará sumergido, (en agua de mar, normalmente) al poco tiempo de su colocación, por lo que no se cumplen con los tiempos mínimos de curado antes de su inmersión, marcados por la EHE. Sin embargo, la amplia y satisfactoria experiencia existente es garantía de la bondad del sistema constructivo.
79
12. MEDIDAS DE REMEDIACION DEL SUELO.
a) Asentamientos excesivos
b) Licuación
Como se pudo observar en la sección 6.7 y 7.7, es necesario hacer mejoras al
suelo; entre las medidas de mejoramiento del suelo tenemos:
Compactación
La compactación se utiliza para reducir la susceptibilidad del suelo a la
licuefacción de densificación de suelos arenosos con vibración e
impacto. La eficacia de la compactación depende de la graduación del
suelo; Cuando el contenido de finos del suelo es grande, la
compactación es difícil.
Vibroflotación
La vibroflotación es una técnica
inventada en Alemania en la
década de 1930 para la
densificación in situ de capas
gruesas de depósitos de suelo
granular suelto. El proceso
comprende emplear un vibroflot (o
unidad vibratoria), como se
muestra en la figura 14.10. El
dispositivo es de aproximadamente
2 m de longitud. Esta unidad
vibratoria tiene un peso excéntrico
en su interior y puede desarrollar
una fuerza centrífuga. El peso
permite que la unidad vibre
horizontalmente.
Las aberturas en las partes inferior
y superior de la unidad son para
80
chorros de agua y está unida a un tubo seguidor.
Drenes de arena
El uso de drenes de arena es otra forma de acelerar el asentamiento
por consolidación de estratos de arcilla suaves normalmente
consolidados y lograr la precompresión antes de la construcción de una
cimentación propuesta. Los drenes de arena se construyen haciendo
agujeros a través del o de los estratos de arcilla en el campo a
intervalos regulares. Luego los agujeros se rellenan con arena. Esto se
puede lograr de varias formas, con:
a) Perforación rotatoria y luego rellenando con arena
b) perforando con una barrena helicoidal con un vástago hueco y
rellenando con arena (a través del vástago hueco) y
c) hincando pilotes huecos.
Luego el suelo dentro del pilote se expulsa con un chorro de agua,
después de lo cual se rellena con arena.
Compactación mediante el proceso de vibroflotación.
Drenes de arena
81
Pre compresión
Cuando estratos de suelo arcilloso normalmente consolidados y muy
compresibles se encuentran a una profundidad limitada y se esperan
asentamientos por consolidación grandes como resultado de la
construcción de edificios grandes, terraplenes de carreteras o presas de
tierra, la pre compresión del suelo se puede emplear para minimizar el
asentamiento posterior a la compresión.
Compactación dinámica
Es el tratamiento de mejora de un suelo mediante la acción de
esfuerzos dinámicos producidos por la caída libre de un peso desde una
cierta altura sobre la superficie del terreno.
El objetivo es el aumento de la capacidad portante del terreno por
disminución del volumen de huecos del suelo y el consiguiente aumento
de su densidad.
El inconveniente principal de este método es el espesor de terreno a
tratar, especialmente en presencia de niveles freáticos elevados, así
como el tiempo de tratamiento que es difícil de asegurar a priori al ser
un tratamiento que se da por aproximaciones sucesivas hasta la
consecución del objetivo geotécnico marcado.
Columnas de grava
Este método consiste en introducir en el suelo blando una columna de
grava compactada a modo de pilote y le da capacidad portante y de
drenaje al terreno tratado.
En el pasado se empleaba casi exclusivamente en grandes
infraestructuras debido a las necesidades de equipos y materiales
empleados en la vía húmeda, con la aparición de los equipos de
Principios de la pre compresión
82
vibración por vía seca con descarga de la grava interior, se ha
convertido en el sistema más empleado por su versatilidad y economía
general para conseguir los objetivos de mejora del terreno en el menor
tiempo posible.
Precarga
El método de precarga consiste en someter al terreno a una presión
aplicada en la superficie antes de colocar la carga estructural, con la
finalidad de aumentar la densidad del mismo, disminuir los asientos
que pueden originar posteriormente las construcciones y, en
consecuencia, aumentar la capacidad portante.
La aplicación de la precarga suele realizarse mediante rellenos de
tierra o mediante la colocación de tanques de agua sobre la superficie.
Para ejecutar este método de compactación, se extiende sobre el
terreno que se desea compactar una carga con un peso que tiene un
valor de 1 ó 2 veces el de las cargas que transmitirá al terreno el
edificio que se va a construir. La consolidación puede hacerse por
zonas, utilizando las tierras existentes, que son transportadas de uno a
otro sitio, o en su caso, trasladando los tanques de agua. A este sistema
se le suele denominar “método de la duna móvil”.
Hinca Relleno Acabado Figura 4 – Secuencias en la ejecución de las columnas de grava, por vía
seca y descarga inferior
83
Sustitución dinámica. “Puits ballastes”
A partir de la técnica de compactación dinámica, se ha desarrollado
recientemente un nuevo método denominado “sustitución dinámica”
que consiste en el punzonamiento del terreno con una maza pequeña y
pesada, que se deja caer desde gran altura. El cráter se rellena con
grava y se golpea nuevamente para desplazar el terreno y hacer
penetrar la grava (figuras 7.8 y 7.9).
Este procedimiento es adecuado para terrenos tales como arcillas y
limos blandos o muy blandos, de los que se necesitan varios metros de
espesor sobre un estrato de terreno con capacidad portante suficiente.
La profundidad de la mejora es función de las características del
terreno aunque, en general, el factor principal del que depende la
compactación obtenida es la energía de los impactos.
Gráfico explicativo del fundamento del método de sobrecarga temporal
Sustitución dinámica
84
CONCLUSION
El diseño de cajones flotantes es una medida alternativa para lo que es obras
de abrigos para estructuras portuarias o también para lo que es muelles.
Estas estructuras son elementos estructurales para cimentación de grande
obras de gran longitud. Tienen gran similitud con los pilotes que también son
elementos estructurales que cumplen sus mismas funciones
Los cajones flotantes pueden ser construidos en la superficie y hundidos in
situ por sistemas de excavación
Estos cajones son utilizados cuando se tiene un suelo de baja resistencia el
peso de la estructura que en el que sea poya es mayor a la capacidad
portante.
El potencial de licuefacción depende de dos factores uno de ellos es la demanda sísmica de la capa de suelo (CSR), y en segundo lugar, la capacidad del suelo para resistir la licuación (CRR). Un modelo de análisis muy utilizado para evaluar el potencial de licuefacción es el desarrollado por Seed & Idris. Muchas técnicas son utilizadas para lo que es la remediación del suelo ante licuefacción. Una de las técnicas más utilizadas es la de un método de compactación mesclada con un método de drenaje ya que se obtienen óptimos resultados Entre los método de compactación más utilizados se encuentra el de vibroflotación.
85
RFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Fundamentos en ingeniería de cimentaciones.
Braja M. Das 5 edición
Fundamentos en ingeniería de cimentaciones.
Braja M. Das 7 edición
Principles of Dynamic Soil.
Braja M das G.V. Ramana 2 edition
Tesis: Estudio del riesgo de licuación para la represa de rio blanco. Comparación
entre metodologías existentes
Por américo l. fernández1 y Alan r. crumley
Seismic Design Guidelines for Port Structures Hardcover – Enero 1, 2002
Por International Navigation Association (Autor).