pilotes_cálculo ii 2013 2014

CIMENTACIONES PROFUNDAS PILOTES. CÁLCULO II

Tomada de GCOC, 2003

Tomada de Meyerhof, G.G.

Luis Ortuño [email protected]@upm.es

Cimentaciones profundas [email protected] Prof. Luis Ortuño

DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL

HUNDIMIENTO POR EL FUSTE. CONDICIONES DRENADAS.

τf : resistencia unitaria por fuste al nivel consideradoKf : coeficiente de empuje horizontalφ’ : ángulo de rozamiento interno del sueloσ′v: presión vertical efectiva al nivel considerado.f: factor de reducción del rozamiento por el fuste

CTE (2006)

� Para pilotes hincados, Kf =1. Para perforados, Kf=0,75.

� f=1 para pilotes de hormigón in situ o de madera, f=0,9 para pilotes prefabricados de hormigón y f= 0,8 para pilotes de acero

� Se desprecia la cohesión en suelos finos

� En suelos granulares

� En suelos finos

ESTIMACIÓN ANALÍTICA DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO. FU STE.



ROM (2005)

HUNDIMIENTO POR EL FUSTE. CONDICIONES DRENADAS.

τf : resistencia unitaria por fuste al nivel consideradoK : coeficiente de empuje horizontalφ’ : ángulo de rozamiento interno del sueloσ′v: presión vertical efectiva al nivel considerado.f: factor de reducción del rozamiento por el fuste

� Para pilotes hincados, Kf =0,75. Para perforados, Kf=0,50.

� f=1 para pilotes de hormigón in situ o de madera, f=1 para pilotes prefabricados de hormigón y f= 0,9 para pilotes de acero

� En suelos granulares

� En suelos finos




Para estudiar esta situación existe la “tradición” de relacionar la resistencia por fuste del pilote con la resistencia

al corte sin drenaje del suelo, su.:

FUSTE EN ARCILLAS. CONDICIONES SIN DRENAJE.


Tomada de G&C II, pág .974 (α varía entre 0,3 y 1,0)Código Canadiense, propuesto para arcillas con su<100 kPa. Se observa un rango de variación para α entre 0,4 y 1,0.



FUSTE EN ARCILLAS. CONDICIONES SIN DRENAJE.


Tomada de Burland, J.B. (1988) (Procede a su vez de

Skempton (1959).) La figura muestra los valores de αdeducidos a partir de ensayos de carga .Su fue obtenida de ensayos triaxiales convencionales. La media del rango

mostrado en el gráfico da lugar al un valor α = 0,45, empleado con profusión en el pasado.

Tomada de Burland, J.B. (1988) Pruebas de carga sobre arcillas

NC y OC. α oscila entre 0,4 y 1,5.

NOTA: Las Normas y Recomendaciones suelen contener expresiones basadas en este tipo de información para estimar la resistencia por fuste a corto plazo en arcillas en función de la resistencia al corte sin drenaje del suelo, su.



� DISEÑO EMPÍRICO BASADO EN CORRELACIONES CON:

� EL SPT

� LOS PENETRÓMETROS DINÁMICOS

� PENETRÓMETROS ESTÁTICOS

� ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS

� PRUEBAS DE CARGA ESTÁTICAS Y DINÁMICAS

� PARA LOS PILOTES HINCADOS SE CUENTA ADEMÁS CON MÉTO DOS DERIVADOS DE LAS FÓRMULAS DE HINCA, DEL ANÁLISIS DE LA ECUACIÓN DE ONDA, ETC.

OTROS MÉTODOS DE DIMENSIONAMIENTO

ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO

NOTA: Se muestran a continuación algunos de estos procedimientos, extraídos directamente de las Normas y Recomendaciones españolas.



ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL SPT

GCOC (2003). Pilotes perforados.� Aplicable a suelos granulares (< 15% finos; sin tamaños > 5 cm). No aplicable a calizas orgánicas (conchíferas o coralinas).

Resistencia por punta

� α = 0,1 MPa para arenas finas con d50 < 0,2 mm� α = 0,2 MPa para arenas gruesas con d50 > 0,6 mm� Para valores intermedios de d50 se interpola linealmente

� es el golpeo SPT corregido por el efecto de la sobrecarga de tierra y normalizado a la energía estándar del 60%, promediado en la zona de influencia de la punta (tiene un límite máximo)� fD es el factor de forma

Resistencia por fuste

� N60 es el golpeo SPT corregido por sobrecarga y normalizado a la energía estándar del 60% correspondiente a cada profundidad de cálculo

GCOC (2003). Pilotes hincados: Se aplican las mismas correcciones vistas para el método analítico.


CIMENTACIONES SUPERFICIALES

MÉTODOS EMPÍRICOS LOCALES

GCOC (2003)


CIMENTACIONES SUPERFICIALES

MÉTODOS EMPÍRICOS LOCALES



ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL SPT

CTE (2006).� Aplicable a suelos granulares (% finos < 35%), y con < 30% de partículas > 2 cm (que pueden desvirtuar el ensayo).

Resistencia por punta

� fN=0,4 para pilotes hincados� fN=0,2 para pilotes hormigonados in situ� N es valor medio del SPT normalizado a la energía estándar del 60% en la zona de influencia de la punta

Resistencia por fuste

� NSPT es el golpeo SPT normalizado a la energía estándar del 60% correspondiente a cada profundidad de cálculo

Otras reglas:

� No se utilizarán valores de NSPT superiores a 50� En pilotes metálicos la resistencia por fuste se reduce a un 80% de la de los pilotes de hormigón



ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL PENETRÓMETRO ESTÁTICO

GCOC (2003). Pilotes perforados.




GCOC (2003). Pilotes perforados.

GCOC (2003). Pilotes hincados: Se aplican las mismas correcciones vistas para el método analítico.




CTE (2006)



DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO CON FORMUL AS DE HINCA

Aunque hoy en día se dispone de métodos de análisis del proceso de hinca considerablemente avanzados, aún se emplean de forma bastante habitual las tradicionales “fórmulas de hinca”, que se esbozan a continuación.

Se trata de estudiar la relación entre la energía potencial disponible y el trabajo realizado para vencer la resistencia del terreno e hincar el pilote:

� Q= Resistencia del terreno� δ = “Rechazo” (penetración/golpe)� Pm = Peso de la maza� H = Altura de caída

Si el choque fuera perfectamente elástico:




Si el choque fuera perfectamente anelástico:

Y habría una pérdida de energía:

La realidad será intermedia, y se perderá sólo una fracción (1-ρ2) de la energía inicial (ρ = coeficiente de percusión (si ρ = 0, el choque es anelástico)).

ANÁLISIS DE LA HINCA

1.- Energía cinética de la maza:

2.- Pérdida en el choque:

3.- Trabajo consumido para penetrar en el terreno:

4.- Energía elástica perdida (compresión recuperable):

� δes = compresión elástica del sombrerete� δep = compresión elástica del pilote� δet = compresión elástica del terreno




ANÁLISIS DE LA HINCA

Luego:

Fórmula de Hiley (1930)

� δr se mide para andanadas de varios golpes� δe se mide con transductores (antes a mano, con riesgo para la misma)NOTA: Ver valores propuestos por Hiley en G&C III 1ª Parte, pág. 341

Fórmula holandesa:

� η = 1 (eficiencia total del golpe)� ρ = 0 (choque anelástico)� δes =δep =δet = 0

Tomada de G&C III. Pág. 340



ASIENTO DEL PILOTE AISLADO



ASIENTO DEL PILOTE AISLADO

GCOC 2003



GRUPOS DE PILOTES

1.- DISTRIBUCIÓN DE CARGAS

2.- CAPACIDAD DE CARGA (HUNDIMIENTO)

3.- ASIENTOS

CUESTIONES BÁSICAS A CONSIDERAR:




GRUPOS DE PILOTES

1.- DISTRIBUCIÓN DE CARGAS


GCOC (2003): “Los coeficientes de reparto entre pilotes dependen de la naturaleza del terreno y de la rigidezde los pilotes y del encepado. En general, para los primeros tanteos de proyecto y para ciertas situacionessencillas que no necesitan ser resueltas con precisión, basta con la distribución de cargasque se obtiene al suponer que los pilotes están articulados en cabeza y que el encepado es infinitamenterígido (véase figura 5.7). Este procedimiento de cálculo de esfuerzos sobre las cabezas delos pilotes no debe ser utilizado cuando las fuerzas horizontales son claramente condicionantes delproyecto, como suele ocurrir en las cimentaciones profundas de estribos de puentes o de muros decontención.



GRUPOS DE PILOTES

La carga de hundimiento de un grupo de pilotes no es igual, en general, a la suma de las cargas de hundimiento de los pilotes (considerados como aislados) que forman el grupo. Para obtenerla es preciso aplicar un determinado factor de eficiencia:

2.- CAPACIDAD DE CARGA

Tomada de Uriel, A. (1982). La curva para arenas se refiere a pilotes hincados

donde:

- Qhg = carga de hundimiento del grupo de pilotes.

- Qhp = carga de hundimiento del pilote individual.

- n = número de pilotes en el grupo.- E = factor de eficiencia.

NOTA: Aunque lo muestre el gráfico, no es habitual emplear coeficientes de eficiencia superiores a 1.



GRUPOS DE PILOTES

En principio, el grupo puede fallar haciéndolo cada pilote individual o como grupo, con el conjunto pilotes-terreno funcionando como un bloque. Hay que calcular los dos modos de rotura.

2.- CAPACIDAD DE CARGA

Tomada de Burland, J.B., (1988)

GCOC (2003): “En primer lugar, el conjunto de todos los pilotes del grupo se asimilará a un gran pilote cuya sección transversal sea tal que englobe (circunscriba) a todas las secciones transversales de los pilotesy del terreno que existe entre ellos.

Como longitud de ese pilote virtual equivalente, se tomará la longitud media de los pilotes del grupo..

Como contorno del pilote equivalente se considerará el correspondiente al de la sección transversal antes indicada, y sobre él se aplicará la resistencia por fuste. En la parte del contorno que seaocupada por el propio terreno —y no por pilotes—, se supondrá que la resistencia unitaria por fuste es la misma que en el contacto real pilote-terreno.

Como peso del pilote equivalente debe tomarse la suma del correspondiente a cada uno de ellos y el del terreno que los rodea, dentro del grupo.

El cálculo de la carga de hundimiento de este gran pilote virtual, representativo del comportamiento conjunto, se realizará por alguno de los procedimientos anteriormente descritos”.



GRUPOS DE PILOTES

3.- ASIENTOS

Tomada de Tomlinson, M.J. (1981)

� Comparación de distribución de tensiones en profundidad:



GRUPOS DE PILOTES

En general los grupos de pilotes asientan más que los pilotes aislados, ya que involucran a un mayor volumen de terreno (mayor bulbo de tensiones). En ocasiones, esta situación puede resultar muy condicionante (caso de existir una capa blanda próxima, por debajo de las puntas),

Quizás el procedimiento más sencillo para estimar el asiento de un grupo de pilotes sea asimilarlo al de una cimentación directa (losa) situada a una profundidad variable entre 2/3 L y L (siendo L la longitud de los pilotes). Adicionalmente se suele suponer una cierta expansión del área cargada, de manera que la losa equivalente de cálculo puede tener unas dimensiones mayores que la base del grupo de pilotes. Hay varias propuestas al respecto:

3.- ASIENTOS

Tomadas de Uriel, A. (1982)



GRUPOS DE PILOTES

3.- ASIENTOS (Algunos criterios de interés)

� Para arcillas, suponer la losa equivalente a una profundidad de 2/3L puede dar lugar a sobreestimaciones del asiento, sobre todo si la resistencia del terreno aumenta en profundidad.

� Puede ser preferible suponer la losa situada a la profundidad de la base de los pilotes (L), expandiendo la carga con pendiente 1H:4V .

� Es preferible no considerar expansión si existe una capa rígida próxima a las puntas de los pilotes.

� Para arenas se recomienda suponer la losa en la base de los pilotes, sin expansión, y calcular los asientos mediante el procedimiento de Burland & Burbidge (1985). (Ver apuntes de Cimentaciones directas).

Tomada de Burland, J.B. (1988)

� Recomendaciones generales de Burland, J.B. (1988):



GRUPOS DE PILOTES

3.- ASIENTOS (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 2010)



GRUPOS DE PILOTES




GRUPOS DE PILOTES




GRUPOS DE PILOTES

3.- ASIENTOS (GCOC)

Tomada de Burland, J.B. (1988)



GRUPOS DE PILOTES

3.- ASIENTOS (GCOC)

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