CONTENIDO DE LA PRESENTACION

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1 TEXAS A&M UNIVERSITY Jean Louis BRIAUD 1 Deeyvid SAEZ BARRIOS 2 1. Presidente de ISSMGE, Profesor Titular-Catedrático-Buchanan-, Texas A&M University 2. Estudiante de Doctorado y Asistente de Investigación, Texas A&M University TEORIA PRACTICA Abril 2010 CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD). 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones 1 1

2 DISEÑO BAJO FACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA (LRFD) DISEÑO BAJO CARGAS DE TRABAJO R L = FS to FS DISEÑO BAJOFACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA(LRFD) γ L = ϕ R γ=1.0 to 2.0 φ=0.30 to 0.90 L= Carga γ = Factor de Carga R= Resistencia Φ = Factor de Resistencia FS = γ ϕ DISEÑO BAJO FACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA (LRFD) VALORES IMPORTANTES DE FACTORES DE CARGA EN INGENIERÍA DE FUNDACIONES n γ L = n i i i= 1 i= 1 ϕ R i i Σγ i L i = 1.25DL LL Σγ i L i = 1.0DL + 1.0LL Σγ i L i = 1.0DL Σγ i L i = 1.25DL + γ EQ LL+1.0EQ Para Carga Última Para Asentamientos en Arenas & Asentamiento Inmediato en Arcillas Para Asentamiento a Largo Plazo en Arcillas Para Sismos 2 2

3 DISEÑO BAJO FACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA (LRFD) VALORES IMPORTANTES DE FACTORES RESISTENCIA PARA FUNDACIONES SUPERFICIALES n n γ L = i i i = 1 i = 1 ϕ R Σφ i R= 0.35R Para el enfoque del ángulo de fricción --- ARENAS Σφ i R= 0.45R Para el ensayo de Penetración Estándar SPT Σφ i R= 0.55R ---ARENAS Para el ensayo del Cono de Penetración CPT Σφ i R= 0.60R ---ARENAS Para el ensayo de la resistencia i portanteno- t drenada del suelo---arcillas Σφ i R= 0.50R Para el Ensayo del Cono de Penetración ---ARCILLAS Su= Resistencia al corte no drenada del suelo i i DISEÑO BAJO FACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA (LRFD) VALORES IMPORTANTES DE FACTORES RESISTENCIA PARA PILOTES HINCADOS n γ L = n i i i= 1 i= 1 ϕ R i i Σφ i R= 0.56R a 0.70R (Verif.) Σφ i R= 0.36R a 0.45R (Verif.) Para Método αs u --- EN ARCILLAS Para el Ensayo SPT ---EN ARENAS Σφ i R= 0.44R a 0.55R (Verif.) Para el Ensayo CPT---EN ARENAS Utilizar 0.85φ (en compresión) Para φ (en levantamiento) Su= Resistencia al corte no drenada del suelo 3 3

4 DISEÑO BAJO FACTORES DE RESISTENCIA Y CARGA (LRFD) VALORES IMPORTANTES DE FACTORES RESISTENCIA PARA PILOTES PERFORADOS n γ L = n i i i= 1 i= 1 ϕ R i i Σφ i R= 0.65R Σφ i R= 0.55R Para el Método αsu ---EN ARCILLAS Para el Método 9Su ---EN ARCILLAS Σφ i R= 0.65R Para el Método βσ V ---EN ARENAS Σφ i R= 0.55R Para el Método 0.057N ---EN ARENAS Utilizar 0.85φ (en compresión) para φ (en levantamiento) Su= Resistencia al corte no drenada del suelo CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones 4 4

5 ESTUDIO DE SUELO PORQUE ES IMPORTANTE LA EXPLORACION DEL SUELO? ESTUDIO DE SUELO ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARD (SPT) MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002). 5 5

6 ESTUDIO DEL SUELO ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARD (SPT) MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002) Ventajas 1) Se puede adquirir una muestra de suelo 2) Es simple 3) Es aplicable a varios tipos de suelo Desventajas 1) Perturbación en la muestra de suelo 2) No es aplicable para arcillas blandas o limosas 3) Pose alta variabilidad ESTUDIO DEL SUELO ENSAYO DEL CONO DE PENETRACION (CPT) MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002) 6 6

7 ESTUDIO DEL SUELO ENSAYO DE PENETRATION DEL CONO (CPT) MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002) Ventajas 1) Es rápida y provee un perfil continuo del suelo a ensayar. 2) Es aplicable a suelos blandos. 3) Posee una fuerte base teórica en su interpretación. Desventajas 1) Requiere de cierta habilidad por parte del operador. 2) No se puede obtener muestra de suelo. 3) Inadecuado para gravas o depósitos de rocas. ESTUDIO DEL SUELO -ENSAYO SISMICO-- PIEZOCONO MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002) 7 7

8 ESTUDIO DEL SUELO ENSAYO DEL PRESURIMETRO -PMT MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002). ESTUDIO DEL SUELO ENSAYO DEL PRESURIMETRO -PMT MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002) Ventajas 1) Posee un buen fundamento teórico en la determinación de los parámetros del suelo. 2) Aplica para mayores áreas de terreno que el resto de las pruebas de campo. 3) Provee una curva completa de esfuerzo deformación. Desventajas 1) Se requiere de cierto grado de experiencia 2) El ensayo consume bastante tiempo 3) El equipo es delicado 8 8

9 LABORATORY TESTS 1. Clays and Silts: Classification Tests, Undrained Shear Tests, Drained Shear Tests, Consolidation Tests 2. Sands and Gravels: Classification Tests CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones 9 9

10 DISEÑO DE FUNDACIONES SUPERFICIALES COMPORTAMIENTO DE SUELOS ARENOSOS Y ARCILLOSOS BAJO CONDICIONES DE CARGA EN ARCILLAS EN ARENAS Q u Qu Q FS Q (Carga) Q u FS Qu Q (Carga) S < S all S > S all 0.1B 0.1B B=Ancho de la fundacion S (Asentamiento) Carga Controla S (Asentamiento) Asentamiento Controla ECUACION GENERAL DE CAPACIDAD DE SOPORTE (G.B.C.E) Q γ 1 D γ 1 D D f s P p P p B 1 2 f s γ 2 P u = S ccn c + S γ γ 2 BN γ + S q γ 1 DN LA ECUACION GENERAL DE CAPACIDAD DE CARGA RARAS VECES TRABAJA q S c, S γ, S q = Factores de Corrección (forma, inclinación, excentricidad y cargas inclinadas) N c, N γ, N q = Factores de Capacidad de Soporte (son función del ángulo de fricción, φ) 10 10

11 ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA FUNDACIONES SUPERFICIALES RESULTADOS DE LA CURVA DE FUERZA - DESPLAZAMIENTO 11 11

12 G.B.C.E vs ECUACION DE RESISTENCIA RESISTENCIA RESISTENCIA PROFUNDIDAD PROFUNDIDAD LA ECUACION DE RESISTENCIA SIEMPRE ES VALIDA EN SUELOS ARENOSOS P u = K p P + γ D L Para el Ensayo del Presurimetro (PMT) Kp=1.0 para fundaciones cuadradas P u = K c q c + γ D Para el Ensayo del Cono de Penetración (CPT) Kc 0.20 para suelos arenosos. P u( kpa) = K N N + γ D Para el Ensayo De Penetración Estándar (SPT) KN=75 P l = Presión límite de la prueba PMT. N= Número de golpes por pie de penetración, determinado del ensayo SPT. q c = Resistencia de punta del cono

13 LA ECUACION DE RESISTENCIA SIEMPRE ES VALIDA EN SUELOS ARCILLOSOS P u P u P u = S N u = K p = K q c c + γ D P + γ D L c + γ D Mediante el cálculo de la resistencia al corte no drenada del suelo, Su N c 6.0 para fundaciones cuadradas. Para el Ensayo del Presurimetro (PMT) K p =1.0 para fundaciones cuadradas Para el Ensayo del Cono de Penetración (CPT) K c 0.40 para suelos arcillosos. P l = Presión límite de la prueba PMT. N= Número de golpes por pie de penetración, determinado del ensayo SPT. q c = Resistencia de punta del cono. S u = Resistencia al corte no drenada del suelo ZONA DE INFLUENCIA EN FUNDACIONES SUPERFICIALES B Zi B Zi FUNDACIONES CUADRADAS FUNDACIONES CORRIDAS FUNDACIONES RECTANGULARES Z i = 2B Z i = 4B Z i 2B = 4 B L 13 13

14 INCREMENTO DE ESFUERZO BAJO LA FUNDACION (MURTHY, 2002) CARTA DE INFLUENCIA DE NEWMARK INCREMENTO DE ESFUERZO BAJO LA FUNDACION (SOWER, G ; MURTHY, 2002) MÉTODO DEL BULBO DE PRESIÓN 14 14

15 INCREMENTO DE ESFUERZO BAJO LA FUNDACION MÉTODO DE RELACIÓN DE 2:1 Q Fundación Corrida Q' Δσ = z + B ( ) Fundación Cuadrada Q Δσ = z + B ( ) σ (2:1) B σ 2 1 Fundación Rectangular Q Δσ = z + B z + L z ( )( ) Fundación Circular Δσ = π 4Q ( z + D) 2 z/2 B z/2 Q = Carga por unidad de longitud σ= distribución real de presión en el suelo σ (2:1) = presión promedio determinada con el método de 2:1 CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --MÉTODO GENERAL- σ' σ'+ σ σ' εb εa Curva de Esfuerzo-deformación calculada l de cualquier prueba aplicable ε H i σ v u o σ' v σ ε b ε a H= εxh i H 1 Zi H 2 H 3 H 4 n i = 1 H T = ΔH i 15 15

16 CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --TEORÍA DE CONSOLIDACIÓN- eo e e1 C Cr 1 σ vo ' σ p ' σ vo' + σ ' σ' Arcillas Normalmente Consolidadas s c = C c ' ' H 0 σ vo + Δσ v log ' 1+ e0 σ vo Arcillas Preconsolidadas Si σ vo+δσ < σ p e2 Cc s c = C r ' ' H σ v + Δ o σ 0 v log + ' 1 e0 vo σ Si σ vo+δσ > σ p 1 ' ' ' H σ 0 p σ vo + Δσ v s + e c = Cr log Cc log + ' ' 1 e0 σ v σ p 0 σ ' p= máxima presión experimentada por el suelo en el pasado CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --CONSOLIDACIÓN-ASENTAMIENTO EN FUNCIÓN DEL TIEMPO- t = T v H C v 2 dr U ave = Δ H Δ () t H max H dr =distancia de drenaje mas corta U ave = grado de consolidación promedio 50% 90% Tiempo, t H 1 Zi H 2 H 3 H 4 H max Consolidación, ΔH 16 16

17 CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --ASENTAMIENTO ELÁSTICO-- I 1 ν E Q ( ) = ; S e 2 q B q = Q BL B I=0.88 E 100 S u para arcillas E 750 N (SPT) para arenas limpias E 450 N (SPT) para arenas limosas FACTORES DE FORMA 0.5 L I = 0.88 B I=π/4 B B B L D VISTA DE PLANTA CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --MÉTODO DE LA CURVA DE ESFUERZO DESPLAZAMIENTO DEL PMT-- PMT R P P 2Ro P PL Esfuerzo Límite R/Ro 17 17

18 CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --MÉTODO DE LA CURVA DE ESFUERZO DESPLAZAMIENTO DEL PMT-- s B = 0.24Δ R R O P. P f = f L / B. f e. fδ. f β, d Γ ( e B ) f e / f f = Excentricidad ( 1 D ) 0. 1 B, D.8 + / = 0 B Proximidad a una Pendiente ( B L) L / B / = Forma p f δ = ( F / ) 2 1 tan h F 1 v 90 Inclinación CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --MÉTODO DE LA CURVA DE ESFUERZO DESPLAZAMIENTO DEL PMT

19 CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --MÉTODO DE LA CURVA DE ESFUERZO DESPLAZAMIENTO DEL PMT-- CALCULO DE ASENTAMIENTO EN FUNDACIONES SUPERFICIALES --MÉTODO DE LA CURVA DE ESFUERZO DESPLAZAMIENTO DEL PMT

20 ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO ENSAYOS DE LABORATORIO Contenido de Agua & Peso Unitario Límites de Atterberg Densidad Relativa Ensayo Tri-axial Ensayo de Resonancia de Columna ENSAYOS EN SITIO Ensayos de Borehole Shear & Cross-Hole Wave Ensayo de Penetración del PiezoCone Ensayo del Dilatómetro Ensayo del Presurimetro Ensayo de Step Blade Ensayo de Penetración Estándar &E Ensayo de Penetración del Cono

21 ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO 21 21

22 ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO Modelo de Creep S S 1 = t t 1 n ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO 22 22

23 ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO RESULTADOS IMPORTANTES OBTENIDOS P u (kpa) = 75 N LA ECUACION GENERAL DE CAPACIDAD DE SOPORTE NO FUNCIONO EN ESTE CASO DESAROLLO DEL METODO DE LA CURVA DE ESFUERZO-DEFORMACION UTILIZANDO EL PRESURIMETRO PMT 23 23

24 ANALISIS DE CINCO ZAPATAS EN SUELO ARENOSO Comparación entre de la capacidad de carga calculada y medida a 150 mm de Asentamiento Comparación entre la Carga Calculada y Medida a 25 mm de Asentamiento EJEMPLO - MONUMENTO DE SAN JACINTO Monumento de San Jacinto Houston (1936) CARGAS: Presión Absoluta= 224 kpa Presión Max (Muerta + Viento) = 273 kpa Excavación= - 83 kpa Presión Neta =141 kpa Presión Neta después de vaciado del Mat = 10 kpa Presión de las Terrazas = 34 kpa & 84 kpa 24 24

25 ESTRATIGRAFIA - MONUMENTO DE SAN JACINTO PROPIEDADES DEL SUELO 25 25

26 CARACTERISTICAS DE CONSOLIDACION DISTRIBUCION DE ESFUERZOS 26 26

27 CARACTERISTICAS DE CONSOLIDACION ASENTAMIENTO EFECTIVO 27 27

28 ASENTAMIENTO EFECTIVO DESCRIPCION CASO 8a (Incluyendo rebote del suelo) CASO 7a (Sin incluir rebote del suelo) S(m) PREDICCION DE DAWSON ASENTAMIENTO MEDIDO CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones 28 28

29 DISENO DE FUNDACIONES PROFUNDAS-TIPOS DE PILOTES PILOTES PERFORADOS Concreto (perforación en seco o húmeda mud ), de madera o acero. Se utiliza en suelos duros o cuando se tienen grandes cargas. Dímetros Nominales entre 0.40 a 4.0 m. Longitudes típicas entre 3 ma45m. PILOTES A CAPACIDAD DE PUNTA PILOTES HINCADOS Pilotes de madera, concreto o acero. Se utilizan en suelos blandos. Diámetros Nominales entre 0.30 a 3.0 m. Longitudes típicas entre 3.0 m a 60 m. PILOTES A FRICCION ANALISIS DE PILOTES HINCADOS N (bpf) W W Set-Up W I- IIs ΣN (bpf) III- FINAL DEL HINCADO DEL PILOTE s 29 29

30 INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS PERFORACION EN SECO PERFORACION HUMEDA UTILIZANDO UNA CAMISA DE ACERO PERFORACION EN SECO- INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS

31 PERFORACION HUMEDA- INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS INSTALACION DE PILOTES PERFORADOS UTILIZAND UNA CAMISA DE ACERO

32 ENSAYOS NO- DESTRUCTIVOS PARA PILOTES PERFORADOS BULBO DE CONCRETO, CAPA DURA EXTREMO FIJO WAK V A at A tiempo L COMP. COMP. F t = 2L c at A tiempo 2L t = c ENSAYOS NO- DESTRUCTIVOS PARA PILOTES PERFORADOS ESTRICCION, CAPA DEBIL EXTREMO LIBRE WAK V A at A tiempo L COMP. TENS. F t = 2L c at A tiempo t = 2 L c 32 32

33 HINCADO DE PILOTES ANALISIS DEL HINCADO DE PILOTES W h R UD = ewh 300 N ( mm + ) c 2 Carga, Q s t s t L R s b Asentamiento, s 33 33

34 ANALISIS DEL HINCADO DE PILOTES RUD Energía Total Energía Elástica RUD R = RUD UD max ewh ( mm ) 2.5 R UD = s c ewh ( mm ) c N 2 S 75 e=eficiencia de la máquina N p W= peso del martillo h= altura de caída del martillo N p = número de golpes por pie C= compresión elástica RUD= resistencia ultima del pilote terminada el hincado ANALISIS DE LA ECUACION DE ONDA WAK D 2 2 U π D ρ U R = 2 2 z AE E t E c = Velocidad de Onda ρ ρ=densidad del pilote E=módulo elástico A=area de la sesión transversal del pilote RUD= resistencia última del pilote al final del hincado L RUD Np 34 34

35 ANALISIS DE LA ECUACION DE ONDA WAK WAK D D L + - Suelo Blando L + + Suelo Firme L ANALIZADOR DE HINCA DE PILOTES W R h s t Medidores de deformación y aceleración Software: CAPWAP Proceso de Hincado Capacidad del Pilote IntegridadI d dl del pilote Esfuerzo a lo largo del pilote DEFORMACION s b tiempo ACELERACION 35 35

36 CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones CAPACIDAD DE SOPORTE ULTIMA DE UN PILOTE Q u Q u Q = Q + u fu Q pu Cargas de Trabajo Q = f A + u u s p u A p L f u Qfu p u Q pu Carga Última f u = Resistencia Última de Fricción Superficial (kpa) A s = Área Superficial del Pilote p u = Esfuerzo Último en la Punta del Pilote (kpa) A p = Área Transversal en la Punta del Pilote

37 CAPACIDAD ULTIMA DE PUNTA PARA PILOTES HINCADOS q max = 9 S u ' q max = σ vo N q ( kpa) 1000( N ) 0. 5 A Corto y Largo Plazo Para Arcillas-A Corto Plazo. Para Arcillas A Largo Plazo (Nq del API) q max = Para Arenas (A Corto y Largo Plazo) q max = σ ' vo N q Para Arenas-A Corto y Largo Plazo (Nq del API) Existen Otros Métodos basados en el Ensayo del Presurimetro y en el Ensayo de Penetración del Cono Frank, R. (1997), Calcul des Fondations Superficielles et Profondes, Presses de L Ecole Nationale des Ponts et Chaussees, pp141 RESISTENCIA ULTIMA DE FRICCION PARA PILOTES HINCADO EN SUELOS ARCILLOSOS f u max S u A Corto y Largo Plazo = α fu max = βσ ' v 37 37

38 RESISTENCIA ULTIMA DE FRICCION PARA PILOTES HINCADOs EN SUELOS ARENOSOS Pilotes en Arena max ( kpa ) 5( N ) 0. 7 f u = A corto y Largo Plazo N=SPT número de golpes Utilizar f umax =0.75f umax (Hincado) para pilotes perforados f u max = βσ ' v CAPACIDAD DE SOPORTE ULTIMA DE UN PILOTE PERFORADO Método de Reese & O Neil Para Suelos Arcillosos: f u = 0.55 Su S u 275 KPa N c Ciment. Cuadrada Ciment. Corrida P u = N c S u L ; N c = + 9 B b Para Suelos Arenosos: f = βσ = z ft u 0.5 ' v ; β ( ( )) ; 0.25 β 1.2; f 200 kpa u D/B P u(kpa) =57 N SPT for 0 N SPT 75 golpes por pie P u = 4300 kpa for N SPT 75 golpes por pie 38 38

39 PARA MAYOR INFORMACION REFERENTE A FRICCION NEGATIVA EN PILOTES REFIERASE A: Software Gratis: PILNEG tamu edu/briaud/ Briaud J.-L., Tucker L.M., 1998, Design guidelines for downdrag on uncoated and bitumen coated piles, NCHRP Report 393, National Academy of Sciences. PROFUNDIDAD CRITICA DE UN PILOTE Qu Q u Dc=4B CARTA DE SKEMPTON L1 f u Estrato 1 4B Estrato 2 p u N c Ciment. Cuadrada Ciment. Corrida B 4.0 D/B 39 39

40 CALCULO DE ASENTAMIENTO EN PILOTES Q top PROCEDIMIENTO GENERAL Stop S S top = base + Pave L AE L fu P = ave 0.6 Q top (? ) q Sbase ( 1 υ ) 2 s base = I p B E CALCULO DE ASENTAMIENTO EN PILOTES L1 Q top f1 P = q A p 2 1 A s 1 wt f f1 1 f w w w + 2 = 1 PL AE P3 Q top Q w3 f2 L2 f2 w P2 L3 f3 w2 f1 q P1 q w1 w w q

41 CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones CAPACIDAD DE CARGA ULTIMA DE UN GRUPO DE PILOTES Q upilote Q ugrupo L L Zona de Influencia Q ugrupo = enq upilote e=factor global de eficiencia

42 BLOQUE DE FALLA DE UN GRUPO DE PILOTES EN SUELOS ARCILLOSOS Q ugrupo D B L ( B + L ) D N S BL Q ubloque = 2 S u + ( nq Q ) Q = min, ugrupo upilote ubloque c u ANALISIS DE TRANSFERENCIA DE CARGA PARA UN GRUPO DE PILOTES Q ugrupo Q ugrupo 2/3L L L Estrato Firme Transferir la Carga a 2/3 L si el estrato de suelo es uniforme (Pilotes a Fricción) Transferir la carga a la base del grupo de pilotes si el estrato es firme (Pilotes a Capacidad de Punta) 42 42

43 CASO HISTORICO HOSPITAL DE NEW ORLEANS 1500 MN Pilotes de madera 0.3 m de diámetro en promedio 16 Niveles 15 m de Longitud Estrato superficial es arcilla suave 2-m de espesor de arena densa a 14.5 m H=14.5 m H=2 m H 1 Su=20 kpa Arena Ensayo de Carga Estática CARGA H 2 Su=30 kpa H=83.5, H 3 L H 4 H 5 CASO HISTORICO HOSPITAL DE NEW ORLEANS 1500 MN Peso del Hospital =1500 MN R u para un Pilote= 300 kn x R u =3000 MN ----FS=2.0 ok. Capacidad dúltima del Bloque de Pilotes= 1200 MN (PROBLEMA) H=14.5 m H=2 m H 1 H total = 0.50 m H i σ v σ U o σ ε b ε a H= εxh i H 2 H=83.5, H 3 H 4 H

44 CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES 44 44

45 DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES 45 45

46 DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES CARGA HORIZONTAL ULTIMA H ou = 3 4 p l BD v π D v = l o for L > 3l 4 L D v = for L < l o 3 1 / 4 4 EI l o = K o P l= presión limite de la prueba PMT B= ancho proyectado del pilote E= módulo del material del pilote I= momento de inercia K=2.3 Eo L=Longitud Longitud del pilote Dv=(π/lo)conI o =(4EI/K) 1/4 para l>3lo Dv=L/3 para l<lo. Hou=carga última horizontal lo =longitud de transferencia 46 46

47 DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES CABEZAL FIJO CABEZAL LIBRE M M H ou y o H ou y o ' y o 0 L y' o =0 L L =longitud del pilotes H ou =carga horizontal última M =momento en el extremo del pilote y o =desplazamiento horizontal el la parte superior del pilote y' o =deflexión en la parte superior del pilote DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES yo DESPLAZAMIENTO CASO GENERAL 2 H 2 M = l Largo y Flexible o o y o + for L > o l o K l o k ( 2H L + 3M ) for o y o = < 2 KL l l o Corto y Rigido K = 2. 3 E o P l = presión límite del ensayo PMT B= ancho proyectado del pilote E= módulo del material del pilote I= momento de inercia K=2.3 Eo L=longitud del pilote Dv=(π/lo)yI o =(4EI/K) 1/4 para l>3lo Dv=L/3 para l<lo. Hou=carga horizontal última lo =longitud de transferencia 47 47

48 DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES yo DESPLAZAMIENTO CABEZAL LIBRE 2 H = l o Largo y Flexible o y o = for L > l o K 3 4 H LK o y o = for L < l o Corto y Rigido K = 2. 3 E o P l =presión limiteit dl del ensayo PMT B= ancho proyectado del pilote E= módulo del material del pilote I= momento de inercia M= momento en el extremo superior L=longitud del pilote Hou=carga horizontal última lo =longitud de transferencia Ho=carga horizontal aplicada DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES DESPLAZAMIENTO yo CABEZAL FIJO H = Largo y Flexible o y o = for L > lo lok 3 H KL o y o = < 2 K = 2. 3 E o for l l o Corto y Rigido P l =presión limiteit dl del ensayo PMT B= ancho proyectado del pilote E= módulo del material del pilote I= momento de inercia M= momento en el extremo superior L=longitud del pilote Hou=carga horizontal última lo =longitud de transferencia Ho=carga horizontal aplicada 48 48

49 DISEÑO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES CARGA LATERAL A LARGO PLAZO H H ou ou () t ( t ) o = t t o n y y o o () t ( t ) o = t t o n n=0.01 to 0.03 en arenas n=0.02 to 0.08 en arcillas Hou= carga horizontal última al tiempo t Hou= carga horizontal última al tiempo to yo = deflexión lateral al tiempo t yo = deflexión lateral al tiempo to 49 49

50 VALORES DE n DEL ENSAYO DEL PRESURIMETRO Δ R Δ R () t t = ( t ) o t o n n = log log Δ R Δ R t t o ( t ) ( t ) o n=0.01 to 0.03 en arenas n=0.02 to 0.08 en arcillas R= cambio en el radio de cavidad al tiempo t. R= cambio en el radio de la cavidad al tiempo to VALORES DE n DEL ENSAYO DEL PRESURIMETRO 50 50

51 CARGA LATERALES CICLICAS y N = y 1 a promedia 0.1 para arcillas (en una y dos direcciones) a promedia 0.08 para arenas bajo cargas en una dirección a promedia 0 para arenas bajo cargas en dos direcciones N a Ho CARGA CICLICA EN UNA DIRECCION Ho CARGA CICLICA EN DOS DIRECCIONES y y VALORES DE a DEL ENSAYO DEL PRESURIMETRO Δ R Δ R N N a log = N R 1 Δ R 1 a = log ( N ) EL ENSAYO PMT SOLO ES APLICABLE PARA CARGAS CICLICAS EN UNA DIRECCION 51 51

52 ENSAYO DEL PRESURIMETRO ENSAYO DEL PRESURIMETRO 52 52

53 CARGA LATERAL EN LA CERCANIA DE UNA TRINCHERA CARGA LATERAL EN LA CERCANIA DE UNA TRINCHERA H = λ trench H no trench λ 53 53

54 TRABAJOS FUTUROS EN MUROS DE RETENCION COEFICIENTE DE PRESION DE TIERRA VS MOVEMENTO/ALTURA 54 54

55 DISEÑO DE UN GRUPO DE PILOTES BAJO CARGAS HORIZONTALES COMPORTAMIENTO DE CABEZA L FIJO Hou Hou L L H ou n= número pilotes e=factor de eficiencia = enh ( group) ou( single) EFICIENCIA DE GRUPO PARA UN GRUPO DE PILOTES CARGADOS LATERALMENTE 4 DIAMETROS DE PENETRACION Y 0.5- DIAMETROS DE ESPACIAMIENTO Dirección de la Carga Fracción de la Carga 55 55

56 EFICIENCIA DE GRUPO PARA PILOTES CARGADOS LATERALMENTE 8 DIAMETROS DE PENETRACION Y 0.5 DIAMETEROS DE ESPACIAMIENTO DIAMETROS DE PENETRACION Y 1.0- DIAMETROS DE ESPACIAMIENTO DIAMETROS DE PENETRACION Y 2.0- DIAMETROS DE ESPACIAMIENTO CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones 56 56

57 FUNDACIONES SOBRE SUELOS SUJETOS A EXPANSION Y CONTRACCION Movimiento del Suelo Contracción-Expansión del Suelo Perfil de Contenido de Agua h= zona activa w ε = Δ H H i i = f Δ w E wi i = 0.33 Δ w γ w γ d i FUNDACIONES SOBRE SUELOS SUJETOS A EXPANSION Y CONTRACCION Suelo sujeto a contracción y expansión Contracción Expansión Q u Q u LOAD h= zona activa L Q u Expansión L = f π D ( L h ) Contracción L LOAD L LOAD = LOAD = u f π Dh f π D ( L h ) + p u u u π D 4 2 Q p 57 57

58 FUNDACIONES SOBRE SUELOS SUJETOS A EXPANSION Y CONTRACCION LOSA RIGIDA SOBRE PILOTES LOSA ESRUCTURAL ELEVADA SOBRE PILOTES FUNDACIONES SOBRE SUELOS SUJETOS A EXPANSION Y CONTRACCION LOSA POSTENSADA SOBRE SUELO LOSA RIGIDA SOBRE SUELO 58 58

59 FRICCION NEGATIVA EN PILOTES COMPORTAMIENTO DE PUNTA DEL PILOTE 59 59

60 COMPORTAMIENTO DE PUNTA DEL PILOTE π ω punch = v 4 2 (1 ) QD p AE s ω punch = mov. de la punta del pilote ν = relación de Poisson Q p = resistencia de punta A= área de la punta del pilote. D= diámetro de la punta del pilote E s = modulo del suelo Para Arcillas = E s = 100 S u = E PMT Para Arenas=E s (kpa) = 750 N = 2 E PMT EJEMPLO DE FRICCION NEGATIVA EN PILOTES Capacidad Última del Pilote Q u = Q u = 1706 kn 60 60

61 EJEMPLO DE FRICCION NEGATIVA EN PILOTES FRICCION NEGATIVA EN UN GRUPO DE PILOTES NO REVESTIDOS Q fn(single) Q fn(grupo) L L s s s Pilotes de Esquina Pilotes en los lados Pilotes Internos Q Q Q fn fn fn = 0.5Q ( grupo ) fn ( sin gle ) = 0.40 Q ( side ) fn ( sin gle ) int = Q ( ernal ) fn ( sin gle ) s for d =

62 TIPOS DE SOCAVACION C L y s(abut) Applies Probable Flood Level y s(cont) Applies y s(abut) y s(pier) y s(cont) Normal Water Level Where, y s(abut) is Abutment Scour Depth y s(cont) is Contraction Scour Depth y s(pier) is Pier Scour Depth SOCAVACION MAXIMA EN LA PILA (Oh, 2009) y a ' s( Pier) Donde, ( ) 0.7 = 2.2 K K K K 2.6 Fr Fr w 1 L sp ( pier) c( pier) 0.33 y1 y1 0.89, for < 1.43 Kw = a' a' 1.0, else 1.0, for θ > 30 K1 = Value in following Table, else KL = 1.0, for whole range of L/ a 0.91 S S 2.9, for < 3.42 K sp = a' a' , else Shape of pier nose K 1 Shape of pier nose Square nose 1.1 Circular cylinder 1.0 Round nose 1.0 Sharp nose 0.9 K

63 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Caso 1 Socavación Profunda 26% Frecuencia Observada Caso 2 Asentamiento De la Pila 32% Frecuencia Observada Case 3 Pérdida de la Superestructura 5% Frecuencia Observada Case 4 Pérdida de la Pila 37% Frecuencia Observada MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Case 1 Socavación Profunda 26% Frecuencia observada

64 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Cortesía de la Universidad de Kentucky at Louisville MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) 64 64

65 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Caso 2 Asentamiento de la Pila 32% Frecuencia observada 129 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) 65 65

66 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) 66 66

67 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Caso 3 Pérdida de la Super-estructura 5% Frecuencia Observada

68 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Hatchie River Bridge, Tennessee 68 68

69 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Caso 4 Pérdida de la Pila 37% Frecuencia Observada

70 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) 70 70

71 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) 71 71

72 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) 72 72

73 MODOS DE FALLA OBSERVADOS EN PUENTES DEBIDO A SOCAVACIÓN (Basado en los archivos de foto del Dr. Briaud) Esta distancia debería de ser mayor para reducir el riesgo de colapso 145 LA IMPORTANCIA DE LA INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA ESTRUCTURA Y GEOTECNIA Q u Q k 1 S 73 73

74 CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO Los Ensayos de laboratorio generan el problema de perturbación de la muestra. Sin embargo, su aplicación es de sumo valor para el correcto entendimiento de algunas propiedades que no pueden ser determinadas con los ensayos de campo

75 EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CAMPO MAYNE, P., CHRISTOPHER, B., & DEJONG, J. (2002). Los ensayos en sitio proporcionan una buena estimación de las propiedades del suelo ya que reducen el problema de perturbación de la muestra. Su aplicación depende de la magnitud e importancia del proyecto EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: SONIC INTEGRITY TEST SONIC-INTEGRITY : es un ensayo en sitio que ayuda a determinar potenciales problemas en pilotes perforados

76 EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA PILOTES RX CARGA RX Gato Hidráulico y medidores Qu Qu Q(Carga) 0.1B L AE L Qu Qu ARCILLA ARENA Pilotes de Reacción S(Asentamiento) S e = 0. 1B + QL AE EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA PILOTES Este ensayo provee la curva de Fuerza Desplazamiento de un pilote instalado. A partir de esta, se puede estimar la resistencia última del pilote

77 ENSAYO DE CARGA ESTATICA PARA FUNDACIONES SUPERFICIALES (Ensayo de Carga Estática-Texas A&M University ) EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: STATNAMIC TEST The Statnamic es otro ensayo en sitio que provee la curva de carga-desplazamiento de un pilote instalado

78 STATNAMIC TEST PARA PILOTES BANG GRAN MASA Explosión LASER Q(Carga) L s top Medidor de Carga Calibrado S(Asentamiento) S base EL PAPEL DE LOS ENSAYOS DE CARGA: EL ENSAYO DE LA CELDA DE OSTERBERG Medidores HC FROM: INSTALACION DE LA CELDA DE OSTERBERG L Área de Prueba Control Hidráulico Platos de Acero Celda de medición de carga Área de Reacción 78 78

79 CONTENIDO DE LA PRESENTACION 1. Diseño bajo Factores de Resistencia y Carga (LRFD) 2. Determinación de las propiedades del Suelo 3. Diseño de Fundaciones Superficiales bajo Cargas Verticales 4. Instalación de Pilotes 5. Diseño de Pilotes bajo Cargas Verticales 6. Diseño de un Grupo de Pilotes bajo Cargas Verticales 7. Diseño de Pilotes bajo Cargas Horizontales 8. Casos Especiales (Contracción-Expansión en Suelos, Cálculo de Fricción Negativa en Pilotes and Socavación) 9. El papel de los Ensayos de Carga 10. Conclusiones CONCLUSIONES Ingeniería de fundaciones requiere: Un buen entendimiento de las condiciones de campo incluyendo la Geología. Uso apropiado de las teorías de diseño. Diseños seguros Buena experiencia y juicio ingenieril. especificaciones apropiadas Control de calidad durante la construcción

80 PARA MAYOR INFORMACION, CONSULTE: BRIAUD, J.L., SALLOP: Simple Approach for Lateral Loads on Piles, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 123, No. 10, pp , ASCE, New York, October BRIAUD, J.L., The Pressuremeter, A. A. Balkema, Rotterdam, Netherlands, ASSHTO LRFD (Load Resistance Factor Design). BRIAUD J.-L., GIBBENS R., Behavior of Five Spread Footings in Sand, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 125, No.9, pp , September 1999, ASCE, Reston, Virginia