CAPÍTULO III
CONSIDERACIONES ANALISIS Y DISEÑO DISEÑO DE PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO
DISEÑO PARA PARA PILAS DE FUNDACION FUNDACION DE SUELO SUELO CEMENTO FLUIDO SOBRE SUELOS DE BAJA CAPACIDAD CAPACIDAD PORTANTE. PORTANTE.
INGENIERO : ALUMNO :
MARIBEL SANOMAMANI CATY ORTIZ LEIVA, PA PAVEL PI PITER GI GIOVANI
UNIVERSIDAD ANDINA NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ DE JULIACA - FACULT FACULTAD AD DE DE INGENIERÍA Y CIENCIAS PURAS
UANCV
2015 - I
CAPITULO
[CONSIDERACIONES ANÁLISIS Y DISEÑO
[5
DE PILAS DE FUNDACIÓN DE SUELO CEMENTO FLUIDO] FLUIDO ] INGENIERO MARIEL SANOMAMANI CATY
CAPITULO III CONSIDERACIONES ANALISIS Y DISEÑO DE PILAS DE FUNDACION FUNDACION DE SUELO CEMENTO CEMENTO FLUIDO. 14.
CIMENTACIONES.
Cualquier estructura que se diseña debe transmitir su carga al suelo que la soporta, sean edificios, edificios, puentes, presas, presas, torres torres de transmisión, muros de retención, etc. La estructura consiste de dos partes, la superestr superestructura uctura o parte superior superior y los elementos elementos de la subestructura subestructura o parte inferior, inferior, los cuales cuales crean crean la interface entre la superestructu superestructura ra y el suelo soportante. soportante. La cimentación cimentación puede ser definida como la subestructura y las zonas adyacentes de suelo y/o roca que será afectada tanto por los elementos de la subestructura como por las cargas transmitidas desde la superestructura. El diseño de cimentacion cimentaciones es requiere requiere el conocimient conocimiento o de factores factores como: a! la carga que será transmitida por la superestructura a la cimentación" b! los requisitos del reglamento local de construcción" c! el comportamiento esfuerzo#deformación de los suelos que soportarán soportarán el sistema, d! las condiciones condiciones geológicas del suelo y e! las caracter$sticas del material con que se diseñara la cimentación. Es deseable además tomar en cuenta el aspecto económico y el tiempo de construcción al momento de elegir el sistema de cimentación más adecuado.
“El !"#$% # &!'#()*&!%(#" +#,!#+# ,# l%" *"#()*'!#()%" l%/*l#" "# l!'!)#( * *l%+#" )%l#+*/l#'#()# #,#$%" l%" *"#()*'!#()%" !3#+#(&!*l#" !3#+#(&!*l#" "# #l!'!(#(. P*+* &'l!+ &%( #ll% "# *&# (#&#"*+!% ,# l* )+*("'!"!( # l* &*+* # l* #")+&)+* "# ** *")* ( #")+*)% # DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO FLUIDO SO!RE SUELOS DE !AJA CAPACIDAD PORTANTE ORTIZ LEIVA PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL
UANCV 2015 - I
"#l% ,# )#(* l* +#"!")#(&!* "3!&!#()#6 *#'7"6 !")+!/!+ l* &*+* "%/+# ( 7+#* # &%()*&)% "3!&!#()#'#()# +*(# *+* '!(!'!8*+ l*" +#"!%(#" # &%()*&)%.9 En general, las cimentaciones de edificios y puentes puede di%idirse en dos principales categor$as: &!'#()*&!%(#" "#+3!&!*l#" &!'#()*&!%(#" +%3(*". Esta di%isión se basa en la profundidad del estrato al cual la cimentación transfiere la carga pro%eniente de la superestructura. &e suelen considerar seis tipos básicos de estructuras de cimentación para edificios: a.
b. c.
d.
e.
:**)*" *+* M+%". Estas zapatas consisten en una fran'a continua de losa que proporcionan soporte a muros, paredes portantes y muros de retención. :**)*" A!"l**". Consisten de losas rectangulares o cuadradas para soporte de una sola columna. :**)*" C%'/!(**" . Estas zapatas soportan las descargas de dos o más columnas. &on necesarias cuando se debe colocar una columna en la colindancia de un edificio y la losa de la zapata no se puede proyectar por fuera de la colindancia, o tambi(n, cuando las distancias entre columnas sucesi%as son relati%amente cortas. :**)*" &%( V!* # F(*&!( %iga de amarre!. Estas son similares a las zapatas combinadas, e)cepto que la zapata de la columna e)terior y la de la columna interior, se construyen independientemente. Están unidas con una %iga de liga para transmitir el efecto del momento fle)ionante, el cual se produce en la columna e)terior debido a la e)centricidad de la carga, a la cimentación de la columna interior. C!'#()*&!%(#" "%/+# P!l%)#" . Este tipo de cimentaciones es esencial cuando el suelo de desplante consiste de estratos superficiales poco resistentes. Los pilotes se pueden *incar *asta llegar a roca sólida o un estrato duro, o a la profundidad necesaria dentro del suelo, para
que desarrollen su capacidad permisible por medio de la resistencia de fricción o una combinación de ambos. Los pilotes pueden ser prefabricados y por lo tanto se *incan en el suelo, o colados en el lugar *aciendo una perforación que despu(s se rellena con concreto. f.
C!'#()*&!%(#" Fl%)*()#" % L%"*" # C!'#()*&!( % P!l*" # F(*&!(. Estos sistemas de cimentación son necesarios cuando la capacidad de resistencia permisible del suelo es muy ba'a *asta profundidades grandes, lo cual *ace que las cimentaciones con pilotes no sean económicas. +Estas estructuras son básicamente sistemas de piso in%ertido, y dada su rigidez, contribuyen a disminuir los asentamientos diferenciales de la estructura en suelos altamente deformables
Este principio es el que se aplicará en el m(todo de diseño de las pilas de fundación de &C- . 15. PRESIONES
EJERCIDAS POR EL SUELO EN CIMENTACI;N.
UNA
continuación se e)aminará la distribución de presiones que el suelo e'erce sobre la cimentación como reacción a las cargas que (sta le transmite. La distribución de estas presiones en la superficie de contacto entre la cimentación y el suelo es muy %ariable y muy sensible a las rigideces relati%as del suelo, y a la cimentación, y a las caracter$sticas propias de la estructura del suelo. na solución e)acta al problema del cálculo de la distribución de presiones se obtiene para un modelo en que el suelo se considera como un espacio semi#infinito *omog(neo, isótropo y de comportamiento lineal, ba'o una zapata
0nfinitamente r$gida. La solución mostrada en la figura 1.2 presenta una alt$sima concentración de presiones en los e)tremos de la zapata. Esta distribución no ocurre en la realidad" las concentraciones de presión en los e)tremos se reducen por el comportamiento no lineal del suelo y porque el terreno cerca del borde es desplazado ligeramente *acia fuera. La distribución de presiones resulta muc*o más uniforme, como la que se muestra en la misma figura. medida que la carga sobre la zapata crece, la zona de plastificación del suelo se propaga de los e)tremos *acia el centro y las presiones son cada %ez más uniformes.
2. 4. 1. 4.
3istribución teórica para espacio elástico. 3istribución real para esfuerzos ba'os. 3istribución real para esfuerzos altos. Esfuerzo promedio q =
P
BL
-056 1.2 3istribución de presiones en un suelo co*esi%o ba'o una zapata r$gida con carga a)ial.
El caso anterior es representati%o de una zapata r$gida sobre suelo co*esi%o de tipo arcilloso!. Las distorsiones son radicalmente distintas ba'o un suelo granular arenas o gra%as! en que la rigidez aumenta con el confinamiento al que están sometidas las part$culas del suelo" as$, la rigidez es prácticamente nula en los e)tremos de la zapata donde ocurren desplazamientos del suelo *acia fuera y, por tanto, las presiones tienden a cero. 7or el contrario, las presiones son má)imas en el centro donde el confinamiento de las part$culas es tambi(n má)imo, como se muestra en la figura 1.4. 8ue%amente, cuando el ni%el de presiones alcanza %alores altos, e)iste plastificación en las zonas sometidas a mayores esfuerzos, el centro de la zapata, y las presiones tienden a uniformarse.
2. 4. 1. 4.
3istribución teórica para espacio elástico. 3istribución real para esfuerzos ba'os. 3istribución real para esfuerzos altos. Esfuerzo promedio q =
P
BL
-056 1.4 3istribución de presiones en un suelo granular ba'o una zapata r$gida con carga a)ial.
Cuando el elemento de cimentación es fle)ible, como en la figura 1.1, su deformación *ace que se reduzcan las presiones en sus e)tremos, dando lugar a las distribuciones mostradas en dic*a figura, para los dos tipos de suelo mencionados.
-056 1.1 3istribución de presiones ba'o una zapata fle)ible: 2! &uelo co*esi%o" 4! &uelo granular.
Las consideraciones anteriores lle%an a la conclusión de que el empleo de teor$as refinadas que suponen un comportamiento lineal del suelo, no se 'ustifica en general para el cálculo de distribuciones de esfuerzos en condiciones e)tremas, como aquellas para las cuales se quiere dimensionar la cimentación. La no#linealidad del comportamiento del suelo y de la cimentación alterará significati%amente los resultados obtenidos con estas teor$as.
La gama de situaciones que se pueden presentar en cuanto a la distribución de presiones del suelo sobre una cimentación r$gida se suele idealizar en la práctica del diseño por medio de una de dos *ipótesis simplistas: o se supone una %ariación lineal de presiones o una uniforme conc(ntrica con la resultante de cargas. La primera *ipótesis es equi%alente a considerar el suelo constituido por una cama de resortes lineales independientes, de manera que los esfuerzos que se presentan en el suelo son proporcionales a los desplazamientos que
sufre la cimentación, para la cual se considera un mo%imiento de cuerpo r$gido. 9ás an, los resortes sólo toman esfuerzos de compresión, ya que si la cimentación se le%anta, se despega del suelo y los esfuerzos se anulan en esa zona. La aplicación de estas *ipótesis a una zapata r$gida su'eta a una carga 7 aplicada con e)centricidad e, en una dirección, se muestra en la figura 1.;a. &e distinguen dos situaciones: cuando la e)centricidad es menor o igual que un se)to del anc*o de zapata, <, *ay compresión ba'o toda la zapata y es aplicable la fórmula general de fle)ocompresión, segn la cual la presión má)ima, qmá), en un e)tremo de la zapata resulta: q máx
=
1 + BL
6e
P
B
1.2!
=, e)presado en otra forma, la carga má)ima que se puede aplicar a una zapata, si el esfuerzo admisible que acepta el suelo es qadm, resulta: P B
α) e ≤
B 6
)
=
qadm BL 1 + 6e /
(
b)
e>
B 6
-056 1.; 6eacción del suelo ba'o una cimentación, segn la *ipótesis de la distribución lineal de presiones.
&i la e)centricidad, e, es mayor que un se)to del anc*o de la zapata, una parte de la sección está e)enta de esfuerzos figura 1.;b! y la distribución de esfuerzos puede calcularse igualando la magnitud y posición de la resultante de presiones en el suelo con las de la carga aplicada. &e obtiene que el esfuerzo má)imo en el suelo es: qmáx a L 2 a
=
qmáx
=
P
B 3 – e 2 =
4
P 3 (B − 2e)L
1.4!
= que la carga má)ima que puede aplicarse con una e)centricidad e >
=
3 adm q 4
(B − 2e) L
La otra *ipótesis, de presión uniforme, da lugar a la misma distribución de presiones que la que se obtiene con la *ipótesis de resortes lineales, sólo cuando la carga es a)ial. 7ara carga e)c(ntrica, esta segunda *ipótesis implica una distribución uniforme de presiones, en un rectángulo equi%alente de longitud tal que la magnitud y resultante de los esfuerzos igualan a las de la fuerza actuante figura 1.?!. La e)presión para la determinación del esfuerzo en el suelo ba'o una carga e)c(ntrica resulta: qmáx a L a
=
=
P
B 2 – e 2 P q
máx
=
(B − 2e) L
@ la carga a)ial má)ima que se puede aplicar con una e)centricidad e, a un suelo con capacidad admisible q adm , %ale:
P
=
qadm (B − 2e) L
-056 1.? 6eacción del suelo ba'o una cimentación, segn la *ipótesis de una distribución uniforme de presiones.
&e aprecia que este segundo procedimiento predice resistencias superiores a las que se obtienen con la *ipótesis de comportamiento lineal, ya que se basa en la plastificación total del suelo en la condición de falla. &in embargo el primer procedimiento es *asta a*ora el más comnmente empleado en la práctica.
un *abiendo analizado cada uno de los comportamientos segn los tipos de suelos al transmitir las cargas de la zapatas ya sean conc(ntricas o e)c(ntricas, debe tenerse en cuenta que la zapata misma se diseña para absorber estos esfuerzos e independientemente de la ubicación de la carga, transmitir de la forma más uniforme posibles las presiones al suelo, aunque no se logre por completo ya que siempre será trapezoidal, pero si se minimiza de tal forma que podemos analizar las presiones transmitidas al suelo como uniformemente
3istribuidas, tomando en cuenta tambi(n que la pila de fundación de &C- estará totalmente confinada al suelo debido a la compatibilidad de la mezcla y el suelo mismo.
16.
METODOLO
Dustificaciones del uso del m(todo de diseño para zapata aislada para diseñar las pilas de fundación de &C-. &e trata de un material similar al concreto *idráulico donde la
mayor diferencia se obser%a en la resistencia a compresión, pero que al utilizar fc obtenido del &C- puede diseñarse de igual forma que las zapatas aisladas. El
C0 44A6 establece: +que los 96
considerados un concreto, sino un material de relleno principio que se respeta en el diseño de pilas de fundación de &C-. 7ara nuestro análisis la zapata se tomará como si fuese la
columna y el diseño de la pila se *ará como si fuese la zapata El análisis nicamente se *ará para los efectos cortantes, esto
debido a: -
Fue los efectos fle)ionantes *an sido absorbidos por la zapata acero de refuerzo! o sea que en suelo los efectos fle)ionantes son m$nimos.
-
Fue la pila de cimentación estará confinada al suelo lo que permitirá la transmisión directa de los esfuerzos al suelo en el cual se disiparan.
-
Fue el peralte de la pila será de dimensión tal que absorberá cualquier esfuerzo que pueda generar la zapata.
-
Fue la pila de cimentación acta o básicamente es un suelo me'orado lo que permite su perfecto análisis como un suelo.
-
Fue en los análisis tria)iales al suelo los esfuerzos mayores o los que permanecen *asta la falla son los cortantes.
El análisis de las pilas de fundación de &C- se centrará en la
e%aluación por cortante y por punzonamiento.
Luego de *aber argumentado el uso de la metodolog$a a utilizar para el diseño de las pilas de cimentación de &C-, se detalla el procedimiento general que se usará para el diseño de pilas de fundación de &C-.
1.
Las dimensiones en planta de la pila se determinan a partir de las cargas no factorizadas cargas de ser%icio! y de la presión admisible del suelo. &e le sumará tambi(n 4 metros adicionales al la base, esto para garantizar que la pila siempre sea de mayor dimensión a la zapata.
2.
na %ez que se determina el área requerida de la pila, (sta debe diseñarse para desarrollar la capacidad necesaria para resistir todos los efectos cortantes y otras acciones internas que producen las cargas aplicadas. Con este propósito se aplican los factores de carga dados por el código al caso de pilas al igual que a todos los demás componentes estructurales.
La capacidad admisible del suelo debe establecerse de acuerdo a principios de mecánica de suelos y a las disposiciones del reglamento general de construcción. Las presiones de contacto admisibles q adm para cargas de ser%icio se escogen de tal forma que se tenga un factor de seguridad entre 4.? y 1. para que no se e)ceda la capacidad portante del suelo particular y que los asentamientos se mantengan dentro de l$mites tolerables.
D!'#("!%(*'!#()% #( Pl*()*.
7ara pilas ba'o carga a)ial, el área requerida se determina a partir de: Areq
=
D + L q adm
demás, es usual tomar un incremento del 11 por ciento en la presión admisible cuando se incluyen los efectos de %iento G o sismo E, en cuyo caso: Areq
=
D + L + W 1.33 q adm
Areq
D + L + E = 1.33 q
adm
El área de la pila es la mayor de las determinadas con las ecuaciones anteriores. Las cargas deben calcularse a ni%el de la base de la zapata, es decir, en el plano de contacto entre el suelo y la pila. Esto significa que deben incluirse el peso de la zapata y la sobrecarga es decir, el relleno y posible presión de fluidos sobre la parte superior de la zapata!.
&i la pila se carga e)c(ntricamente, debe re%isarse que el ()% # +#"!( '7=!'% no sobrepase la capacidad admisible q adm. 7ara el caso de pila con carga e)c(ntrica en una dirección, la presión má)ima se calcula de las ecuaciones 1.2! ó 1.4!, segn sea el caso.
La ecuación 1.1! proporciona los %alores de presión en las esquinas de la pila, segn la combinación de signos. 3ic*a ecuación puede utilizarse nicamente cuando el área de la zapata est( totalmente cargada a compresión, es decir, cuando todos los %alores resultantes de la ecuación sean mayores a cero.
q=
P
1 ± 6
eL
A
L
±
1.1!
6 eB
B
7ara cualquier condición de carga de la pila, sea para momento en una dirección o en dos direcciones, la presión actuante en cualquier punto puede determinarse a partir de la ecuación siguiente: q
=
P A
+
− M x ( !x / ! x (ξ) + x x 2 ) ! (1− ! / ! !
− M ( !x / ! x x 2 ) ! (1− ! / ! !
M
Mx
)
)
()
1.;!
x
En la ecuación 1.;!, es el área de la pila que está cargada a compresión, y las demás cantidades, ), y, 0 ) , 0 y , 0 )y , son determinadas a partir del sistema de coordenadas cuyo origen se localiza en el centroide del área cargada . 9 ) es positi%o en sentido *orario y 9 y es positi%o en sentido anti # *orario alrededor de los e'es que se indican por el sub$ndice.
La determinación del área cargada no es un problema sencillo. &in embargo se *an desarrollado fórmulas para diferentes casos de carga en la pila, y gráficas para el cálculo de las presiones má)imas en tales condiciones.
&e debe obser%ar que los tamaños de las pilas se determinan para cargas de ser%icio y presiones del suelo sin amplificar, en contraste con el diseño a la resistencia de elementos de concreto reforzado, en el cual se utilizan cargas amplificadas y resistencias nominales reducidas sin embargo para el &C- apropiado *acerlo de esa manera. unque al final las re%isiones son las que determinan si las dimensiones de la pila son las apropiadas.
D!"#$% %+ C%+)*()#.
Luego de determinadas las dimensiones en planta de la pila, se procede a determinar su peralte *. En zapatas aisladas, y para el caso de pilas la altura efecti%a d es regulada principalmente por cortante. Es permitido el refuerzo por cortante en zapatas, sin embargo, casi nunca es utilizado debido a los costos de construcción que supone y a que producir una cimentación de poco espesor tambi(n lo *ace menos r$gido, lo que es contrario a las suposiciones de diseño con%encional a diferencia del diseño de pilas donde el peralte no es una restricción. 7or tanto el peralte de las pilas de cimentación de &C- se determina de modo que el &C- sea capaz de resistir toda la acción de cortante que se presente. 7roponiendo un peralte y probándolo prueba y error!, para comprobar que soporte el cortante" aunque se asumirá un parámetro de partida para determinar el peralte.
&e distinguen dos tipos diferentes de resistencia a cortante: cortante en dos direcciones o por punzonamiento y cortante en una dirección o por acción de %iga.
P*+* P(8%(*'!#()%: el esfuerzo cortante promedio puede ser tomado como el que acta en planos %erticales a tra%(s de la pila y alrededor de la zapata sobre un per$metro b o ! a una distancia d/4 desde las caras de la zapata sección %ertical a tra%(s de abcd, figura 1.H!. 7ara este caso, segn el C0 22.24.4, la resistencia nominal a cortante por punzonamiento en este per$metro debe tomarse como el menor de:
a!
" c
2 = #.531 + β c
f b% $c d
(Ref. 6)
Ref. 6, ACI 11-33.
3onde I c es la relación de lado largo a lado corto de la zapata. b!
"
f$ b d
d & α = #.265 +2
b %
c
c
(Ref. 7)
%
3onde J s es ; para columnas situadas al interior de la zapata, 1 para columnas situadas en el borde, 4 para columnas situadas en la esquina. c!
" = 1.# c 6
f b % d $c
(Ref. 8)
g
f
b
c
d/2
a
d
d h
d/2
e
FI.? &ecciones cr$ticas para cortante en zapatas aisladas.
L* F*ll* * C%+)*()# #( (* D!+#&&!( % C%+)*()# # V!* : se e%ala a una distancia de desde la cara de la columna sección ef en la figura 1.H!. La resistencia nominal a cortante para elementos está dada por la ecuación 22#? del código C0 12B, siendo mayormente utilizada la ecuación 22#1 del mismo código: "c = #.53
f $c bd
(Ref. 9)
DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO SO!RE SUELOS DE !AJA CAPACIDAD PORTANTE"
U*(& 2015 - !
| ORTIZ LEIVA, PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL |
Ref. 7, ACI 11-34.
Ref. 8, ACI 11-35.
Ref. 9, ACI 11-3.
DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO SO!RE SUELOS DE !AJA CAPACIDAD PORTANTE"
U*(& 2015 - !
| ORTIZ LEIVA, PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL |
Kanto la e%aluación de la fuerza cortante actuante como la fuerza resistente dependen del peralte de la zapata, el cual en principio se desconoce. s$, el procedimiento seguido para determinar el peralte d adecuado para la zapata, consiste en suponer un %alor y re%isar la condición de resistencia ltima a cortante posteriormente.
1'.
OBTENCION DE DATOS NECESARIOS PARA EL DISEÑO DE PILAS DE FUNDACION DE SCF. P#"%
V%l'@)+!&% #l SCF.
3e las pruebas de cilindros de 96
La relación con la que se diseñará la pila es de 2:?:?, o sea cinco medidas de suelo, cinco de agregado p(treo y una de cemento" para la cual obtenemos un diámetro del cilindro de 2?4mm, una altura del cilindro de 11mm y un peso del cilindro de 2? gr.
partir de estos datos fácilmente se puede determinar el peso %olum(trico del &C- para una relación 2:?:?. a! 7rimeramente se calcula el área de la circunferencia del cilindro, b! luego se determina el %olumen" multiplicando el área obtenida por la altura del cilindro, c! se con%ierte el
resultado del %olumen de mil$metros cbicos a metros cbicos, d! se con%ierte el peso en gramos del cilindro a Milogramos y e! por ultimo por regla de tres se determina el peso %olum(trico para un metro cbico.
a) 7rimeramente se calcula el área de la circunferencia del cilindro
A=
2 4
(152mm ) 2 N2B2;?.B1A4 mm 4 N 4
b) Luego se determina el %olumen multiplicando el área obtenida por la altura del cilindro
=
Ah
4
N 2B2;?.B1A4 mm 11mm! N ?;AB2BA.4HH mm
1
c) &e con%ierte el resultado del %olumen de mil$metros cbicos a metros cbicos 1
1
1
?;AB2BA.4HH mm ! 2m /2 mm ! N .?;AB2BA4HH m
1
d) &e con%ierte el peso en gramos del cilindro a Milogramos y 222?gr!2Mg/2gr! N22.2?Mg e) 7or ltimo por regla de tres se determina el peso %olum(trico para un metro cbico
11.175− − − − 0.0054981892676 m 3 �
−
− − − − − − − − − − − − − − − − − − −1 m3
= 2032.49 /
m3 7ara efectos de cálculo mane'aremos un #"% %l'@)+!&% #l
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|ORTIZ LEIVA, PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL |
SCF #
UANCV 2015 - I
2000.00 / m3
DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO SO!RE SUELOS DE !AJA CAPACIDAD PORTANTE
|ORTIZ LEIVA, PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL |
UANCV 2015 - I
R#"!")#(&!* * l* C%'+#"!( #l SCF. 3e las pruebas de laboratorio realizadas en la in%estigación por el laboratorio de suelos de la 80O= y de otras pruebas a cilindros realizadas por especialistas en 9<6C, como el caso de el laboratorio 08&E608& &.. de C.O" podemos respaldar que para una relación de &C- de 2:?:? se obtiene una resistencia a los catorce d$as de entre 2B 4
y 4? Mg/cm . Esta resistencia depende de %arios factores como la destreza del laboratorista, las caracter$sticas de los materiales y el mane'o del esp(cimen entre los más importantes" además segn el &K9 d#H21 si no se tratan los e)tremos del cilindro reduce un 4P la resistencia obtenida. 7or lo que *abiendo comprobado la resistencia que puede obtenerse y teniendo en cuenta que es una relación económicamente factible para efectos del diseño de pilas de fundación de &C-, se traba'ará con una resistencia
3& 20 &'>.
P#"% V%l'@)+!&% #l R#ll#(%. Komando en cuenta lo que menciona el reglamento C0 12B#?, sobre las consideraciones del peso %olum(trico del relleno y el estudio de suelos" para efectos de esta in%estigación se utilizará un #"%
%l'@)+!&% # 1400 &' 2
C**&!* A'!"!/l# % C**&!* P%+)*()# #l S#l%. 3el estudio de suelos realizado para la construcción del Qotel Krópico 0nn, el cual es nuestro parámetro tanto para diseñar la pila como para la comparación costo tiempo" se conoce la capacidad portante del suelo a distintas profundidades. 3ic*o estudio de suelos sir%e como la muestra de las caracter$sticas generales que portan los suelos en la zona comercial de &an 9iguel en
la %enida 6oose%elt" tal como lo respaldan otros traba'os de in%estigación sobre los suelos e)istentes en la zona mencionada. 7ara una profundidad de tres metros del ni%el de la rasante, la 4
capacidad admisible del suelo promedio es 4.1H Mg/cm , sin embargo por seguridad y para diseñar ba'o la condición más desfa%orable del estudio de suelos, se diseñará con una &**&!* *'!"!/l# #l "#l%
# 2.0 &' 2 .
DISEÑO DE PILAS DE FUNDACION DE SCF
1.
3e la e%aluación de cargas realizada, se *an seleccionado las condiciones de carga más desfa%orables a las que estará sometido el edificio" para estas cargas se diseñaran las pilas de fundación y al final las dimensiones más desfa%orables que arro'e serán las definiti%as para continuar con el desarrollo de la in%estigación.
continuación se señalan las cargas y bases que recibieron las cargas más desfa%orables transmitidas por la edificación.
SU!R" R#AC"I!$S (%&' - m) St
P#
L%&
'(
'Y
AS AS AS BA AS
19 2 2 ) 3
C!1 C!3 C!2 COMB C!1
12.4 -
45.6 46.8 -
'Z
307. 367. 387. . 389.
M(
9.08 *.7 12.2
MY
22.58 -
MZ
1.38 -
V!")* #( Pl*()* # l*" B*"#" # l* E!3!&*&!(.
-ig. 1.
(Ref. 10)
&e indican las bases con reacciones cr$ticas en el análisis
Ref. *, CA*"U+! II, A'e& 5, . 206.
&e diseñará la pila con la carga más desfa%orable 7 que presenta la e%aluación de cargas realizada que es la zapata nmero 1 en la %ista en planta de la base del edificio" debido a que se supone es la peor condición a la que puede estar e)puesta la pila de fundación de &C-.
E#'l%G D!"#$*+ l* P!l* # F(*&!( # SCF &%( l%" S!!#()#" D*)%"G
C*+*" G 7 N ;;2.A Kon. 9) N .; Kon /m 9y N #2?.B?1 Kon/m
D*)%" G 1
7eso %olum(trico del &C- N 4 Mg/mt 4
6esistencia del &C-, f c N 4 Mg/mt
7eso %olum(trico del relleno N 2; Mg/cm Capacidad admisible, q adm N4. Mg/cm
4
4
3esplante, Q f N 1. mts.
DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO SO!RE SUELOS DE !AJA CAPACIDAD PORTANTE EN LA CIUDAD DE SAN MIGUEL"
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UNIVO 200
continuación se detallará paso a paso la aplicación del m(todo de diseño de pilas de &C-.
7redimensionamiento: &e determina las dimensiones en planta de la
pila de fundación a partir de las combinaciones de carga y la capacidad admisible del suelo de cimentación, además se suman 4. m a la base para garantizar que la pila sea de base mayor a la zapata. 7 ma) N ;;2.A Kon Area =
441.'
× 1###
= 22#5cm2 = B 2
2.##
< N√ 44AB?! N ;.2R4 N H.2 cm ≈
H.00
'. &e calcula la carga e'ercida por el área del relleno y la
pila: 7 sz N γ scf R γ s! / 4 N ))4R2.;!/4N
>.>0
T%( &e calcula la carga total.
7 K=K N 7R7sz N ;;2.ARB1.1 N
525.2H T%(
&e calculan las e)centricidades y las relaciones
e / < 9 ) N .; Kon#mt 9 y N # 2?.B?1 Kon#mt e ) N 9 y / 7 K=K N #2?.B?1/?4?.4 N
- 0.0>02 ')
e y N 9 ) / 7 K=K N .;/?4?.4 N
0.0014 ')
e ) / < N # .14/ N
-0.004>
DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO SO!RE SUELOS DE !AJA CAPACIDAD PORTANTE"
UANCV
|ORTIZ LEIVA, PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL |2015
- I
e y / < N .2;/ N 4
2.0>=10 -
DISEÑO PARA PILAS DE FUNDACION DE SUELO CEMENTO FLUIDO SO!RE SUELOS DE !AJA CAPACIDAD PORTANTE"
UANCV
|ORTIZ LEIVA, PAVEL PITER GIOVANI - INGENIERIA CIVIL |2015
- I
&e calculan las presiones en cada e)tremo de la pila.
1 ± 6 A
P q=
e B
±6
x B
e
525270 4 = 700700 = 1.10 /m2
525270 3 = (700700) = 1.04 /m2
(1-6(2.03 10 -4) - 6 ( 0.0043) 1000
(1-6(2.03 10 -4) 6 (0.0043) 1000
525270 0.0043) 2 = (700700) = 1.10 /m2
(16(2.03 10 -4) - 6 (
525270 0.0043) 1 = (700700) = 1.05 /m2
(16(2.03 10 -4) 6 (
7resión en cada punto.
7resiones 7romedio
&e calcula la presión má)ima.
(1 6 2.03 10−4 − 6 −0.0043 = 1.10 /m2 700 700
525270
1000 &e re%isa que la presión e'ercida no sobrepase la presión admisible.
2.00&' 2 1.10 &' > C'l# ! &e calcula el peralte de la pila: preliminarmente el peralte se toma como el
4?P de la base, aunque se deben *acer las re%isiones y si no pasa se aumenta el peralte. QN.4?< N .4?). N
1.H5'
&e calcula la carga por el %olumen de relleno y la pila.
7 sz N ) Q ) γ scf! R ) Qf#Q! ) γ s! 7 sz N))2.?)4! R )1#2.?!)2;! 7sz N4?4? Mg/2 N 25H.25 T%(
&e calcula la presión e'ercida por el relleno a la pila. q sz N 7sz / N 4?4?/)! N
0.5> &' 2
&e calcula el %alor de la altura efecti%a y luego la presión en el punto 2
d N Q S .2 N 2.? S .2 N 2.H? m ≈ 70 500 1.10 − 1.05 0
1?5&' �
,1 1.05K1.10-1.05 H00 K 500K 1.?5 1.10 &'2 H00 2 2 P+#"!%(#" /*% "%/+# l* !l* /!&*&!( #l ()% 1
6e%isión por cortante en una dirección: &e calcula el %alor de la distancia
* y se calcula el %alor del cortante ultimo. = - : 2 2 = 700 500 165 = -65 m 2 2 ; = m 1 / < () 2 ; = 1.10 1.10 /65700 0.53 (65700)= 23523.50 = 23.52 "&' 2 1000 &e calcula el cortante nominal. se usa un factor de reducción de .B
segn el C0 12B#? para concreto simple!
Ǿ On N Ǿ ( .?1!√fc!bd Ǿ On N 0.80 ( .?1!√4!!2H?! N 42AA.;;Mg/2 N 21.01 T%(
&e re%isa que el cortante nominal sea mayor que el cortante ltimo.
Ǿ On > Ou
21.01 T%( > 23.52 &' ¡Cumple !
&e
efecta la re%isión
por cortante en dos
direcciones
por punzonamiento" se calcula el per$metro bo y el área critica
b N 4C 2 R d! R 4C 4 R d! b N 4.; R 2.H?! R 4.H R 2.H?! b N B.H mt N
?0 &'
rea critica N crit N C 2 R d!C 4 R d! N .; R 2.H?!.H R2.H?! 4
N ;.H24? mt N 4?1.25 &'
2
&e calcula el cortante ltimo para dos direcciones.
O u N 7 R q sz t S qadm !cri /2 OuN ;;2.A R .?1 S 4! ;H2.4?!/2N
441.2 T%(
o
&e calcula el cortante nominal para dos direcciones.
Ǿ On N Ǿ ( 2.H!√fc!bo d Ǿ On N 0.80 ( 2.H!√4!BH!2H?! N ?1B21.;Mg/2 N 5>.14 T%(
&e efecta la re%isión que el cortante nominal mayor que el cortante ultimo
φO n T O u 5>.14 T%( > 441.2 T%( C'l#! D!'#("!%(#" F!(*l#" #l D!"#$% # l* P!l* # F(*&!( # SCF !"#$**.
&e realizó el diseño de la carga 7 más desfa%orable que se transmite a la base de la estructura, debido a que para este tipo de análisis quien tiene mayor incidencia o efectos en los cortantes es la carga 7.
Con las dimensiones de la pila de fundación de &C- obtenidas del diseño de la carga 7 más desfa%orable e'ercida a las bases del edificio y de igual forma que se aplico el m(todo en el e'emplo resuelto, se efectuó la re%isión para los demás resultados aparentemente desfa%orables que arro'ó la e%aluación estructural.
3ic*os resultados comprobaron que la carga 7 más desfa%orable es la peor condición a la que puede estar e)puesta la pila de fundación de &C-" ya que todos los cortantes calculados son absorbidos por las dimensione de la pila.
1.
PROCESO CONSTRUCTIVO SU
7ara la relación que se tomó como referencia 2:?:?, se debe comprender de la siguiente manera:
“L* +#l*&!( 1G5G5 (% !(!&* )!l!8*+ +** #( #l SCF6 * ,# l% %l#+* *()!#&%('!&% l% ,# !(!&* #" ,# #( l* #")+&)+*&!( # l* !l* #l 50 # l* !l* #")*+7 &%'#")* %+ SCF # &%( (* %"!3!&*&!( 1G5 #l %)+% 50 # l* #")+&)+* # l* !l* "#+7 !#+* &*+)*9 P+%&#"% &%(")+&)!%6 #")+&)+*&!( # l* !l* # SCF6 "#+#(&!*" &!*%".
a) &e realizará la e)ca%ación respetando estrictamente las dimensiones de la pila de &C-. b) &e debe tener disponible el ?P del %olumen total de la pila de fundación de &C- en piedra cuarta. c) &e fabricará el &C- en una relación 2:? o sea a una medida de cemento por cinco de suelo con un re%enimiento de B ±2.? %ariable, segn criterios!
