fundaciones 999

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2.1 FUNDACIONES Los pilotes son miembros estructurales de gran esbeltez, con sección transversal circular o poligonal, que penetran en Suelos de baja capacidad portante a fin de transmitir las cargas niveles más profundos del subsuelo. 2.1.1 Capacidad Portante para Fundaciones Profundas La resistencia de las fundaciones profundas depende de la naturaleza del terreno y del modo de difusión de la carga. En virtud del elevado número de parámetros que intervienen aleatoriamente en el problema, las soluciones propuestas sólo permiten alcanzar resultados aproximados, algunos de los cuales pueden ser confirmados por las pruebas de carga. Las ecuaciones clásicas que permiten determinar la capacidad portante de un pilote aislado, bajo las cargas estáticas son: Método de Benabenq, Metódo de Dorr, Método de Terzaghi Peck, Metodo de Hansen, Metodo de Prandtl.

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Page 1: FUNDACIONES 999

2.1 FUNDACIONES

Los pilotes son miembros estructurales de gran esbeltez, con sección

transversal circular o poligonal, que penetran en Suelos de baja capacidad

portante a fin de transmitir las cargas niveles más profundos del subsuelo.

2.1.1 Capacidad Portante para Fundaciones Profundas

La resistencia de las fundaciones profundas depende de la naturaleza del

terreno y del modo de difusión de la carga. En virtud del elevado número de

parámetros que intervienen aleatoriamente en el problema, las soluciones

propuestas sólo permiten alcanzar resultados aproximados, algunos de los

cuales pueden ser confirmados por las pruebas de carga.

Las ecuaciones clásicas que permiten determinar la capacidad portante de un

pilote aislado, bajo las cargas estáticas son: Método de Benabenq, Metódo de

Dorr, Método de Terzaghi Peck, Metodo de Hansen, Metodo de Prandtl.

2.1.1.1 Método de Benabenq

FIGURA 2.27. Método de BenabenqFuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli

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Según Benabenq, en los pilotes cilíndricos de diámetro D, la carga límite

resistida por fricción lateral, en la altura total del fuste bale:

Mientras que por punta, la carga limite resulta:

Donde:

γ = Peso específico del sueloα = el ángulo que forma la inclinación de la punta cónica del pilote, con la verticalidad

Cuando el extremo inferior del pilote es recto, a 90º, α = π /2

f = Coeficiente de fricción entresuelo y pilote se expresa: f=tg δØ = Ángulo de fricción interna del sueloD = Diámetro del pilote

Se deduce que la carga limite total se obtiene de:

Para hallar la magnitud de las cargas en servicio, Benabenq adopta un factor

de seguridad (FS de 4 a 6), según el tipo de suelo. Por lo tanto, la carga

admisible del pilote será:

2.1.1.2 Método de Dorr

La ecuación de Dörr tiene por fundamento, la teoría de empuje de tierras de

Engesser. Para un pilote cilíndrico de diámetro D, en suelo homogéneo

consistente, las cargas por punta y fricción se obtienen:

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Donde:

= Peso específico del suelo = Angulo de fricción internaS = Área del pilotel = Altura del pilotep = Perímetro del pilotef = Coeficiente de fricción entre la tierra y el pilote (Dörr aconseja tomar: f ≤0,3)

2.1.1.3 Método de Vierendeel

El criterio de Vierendeel se basa en suponer que la resistencia de los pilotes de

debe fundamentalmente a la fricción lateral, despreciando la colaboración de la

resistencia por punta.

El factor de seguridad en este caso es 3.

2.1.1.4 Método de Terzaghi Peck,

El método de Terzaghi Peck, dice que la capacidad por punta del pilote se

obtiene usando la expresión:

Donde:

Ap = Área en la punta del piloteNc, Nq, N = factores de carga según ábacos o fórmulashi = altura de los estratos del sueloi = Peso específico de los estratos del sueloB = Peso específico en la punta del piloteD = Diámetro en la punta del pilote

Y la capacidad por fricción:

Donde:

P = Perímetro de la sección del pilotehi = Altura de los estratos del suelofsi = Rozamiento lateral sobre el fuste del pilote

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La carga total se obtiene de:

Y la capacidad admisible del pilote será:

2.1.1.5 Método de Hansen

Este método es recomendable para suelos arenosos cuando D/H ≥ 20

La capacidad por punta para del pilote se obtiene de la fórmula:

Donde:

Ap = Area de la punta del piloteSc = Factor de Correccion por forma del pilotedc = Factor de corrección por profundidadNc, Nq = Factores de carga de Meyerhof

La capacidad por fricción:

Donde:

P = Perímetro de la sección del piloteγ i = Peso específico de cada estrato del suelohi = altura de cada estrato del sueloKs = Coeficiente de empuje del suelo

n = 0.30

f = Coeficiente de fricción f=tag θ

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2.1.2 Nuevas Teorías sobre la Capacidad Portante en Pilotes

2.1.2.1 Método de pilotes en arena

En el caso de los pilotes en arena, la carga limite por fricción lateral se obtiene

de multiplicar el coeficiente de fricción entre el suelo y pilote, por la presión

horizontal que ejerce el suelo en contacto con el pilote, aumenta con la

profundidad.

Se ha podido comprobar, sin embargo, en forma experimental, que en los

pilotes hincados la presión vertical efectiva no crece indefinidamente en toda la

altura del pilote, sino que por debajo de un cierto nivel de penetración, conocido

como “Altura critica” hc, se estabiliza y se mantiene constante como muestra la

figura 2.28. La altura critica varía según el tipo de suelo y las dimensiones del

pilote. En términos generales, se pueden adoptar los valores:

hc = 10 D en arenas y gravas sueltashc = 15 D en arenas intermediashc = 20 D en arenas densas y compactas

FIGURA 2.28. Altura Crítica en PilotesFuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli

La resistencia límite en suelos no cohesivos, por fricción lateral resulta:

Puf=p ∙ A pv ∙ K ∙ fDonde:Puf = Presión por fricción lateralApv = Área obtenida de la altura criticap = Perímetro de la sección transversalK = Coeficiente de presión lateral del suelo

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f = Coeficiente dependiente del material del pilote

Cuadro 2.23. Coeficientes de Presión Lateral

Condición KEn el momento de la hinca 1 a 1.25Luego de hincado el pilote 0.7En pilotes excavados 0.5Pilotes a tracción 0.6

Fuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli

Cuadro 2.24. Coeficientes de Fricción

Material del pilote fConcreto 0.45Madera 0.4Acero pulido 0.2Acero normal 0.4Acero corrugado tg o

Fuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli

La resistencia límite por punta se obtiene de:

Pup=( γ ∙ hc ∙ Nq+0.3 ∙ γ ∙ D ∙N γ ) ∙ A

A es el área de la sección transversal del pilote en la punta. Los valores de Nq y Ny corresponden a los del estrato donde se encuentra la punta.

Y se obtiene:

Padm=Puf +Pup

2

2.1.2.2 Métodos de Pilotes en arcilla

Si bien la hinca de pilotes en suelos granulares los densifica y compacta, en las

arcillas el efecto es diferente, ya que las disturba temporalmente,

incrementando su compresibilidad y disminuyendo la resistencia inicial del

suelo.

Page 7: FUNDACIONES 999

Este efecto se produce porque a causa de la hinca, se aumenta la presión de

los poros del suelo, pero a medida que transcurre el tiempo, este exceso de

presión se va disipando y se consolida el estrato de arcilla, al disminuir su

relación de vacíos.

Pero si por alguna causa los pilotes en arcillas deben cargarse inmediatamente

luego de hincados o colocados, esta reducción transitoria de la resistencia

debe ser tomada en cuenta.

La resistencia límite por fricción de los pilotes en arcillas se obtiene:

Puf=α ∙c ∙ A f

Donde:Af = Área del fuste = factor de adhesión que afecta la magnitud de la cohesión c c = Cohesión

los valores de se obtiene del grafico de figura 2.29, en función del esfuerzo

limite u, que representa la condición de falla del suelo, según los criterios de

Mohr-Coulomb.

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FIGURA 2.29. Valor de αFuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli

La resistencia por punta de los pilotes en suelos arcillosos se obtiene:

Pup=c ∙N c ∙ A

Para Nc se adopta un valor constante: Nc = 9. en suelos con estratos

diferentes, el valor de c corresponde al del estrato donde está la punta. A es el

área de la sección transversal de la punta del pilote.

2.1.3 Capacidad Portante para Fundaciones Profundas

Los cabezales son elementos estructurales monolíticos de H°A°, cuya función

principal es conectar las cabezas de los pilotes, transfiriéndoles las cargas de

la superestructura.

La separación s entre ejes de pilotes deberá cumplir las siguientes condiciones:

s≥2.5−3 D

s≥1m

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s ´= s ∙√32

Donde:S = separación entre ejes de pilotesD = diámetro del pilote cilíndrico o la magnitud de la diagonal en pilotes cuadrados

FIGURA 2.31. Ejemplo de cabezales 1Fuente: Compendio para Asignatura de Fundaciones, Juan Carlos Mojica

Para la distribución de esfuerzos en los pilotes, se utiliza:

Pi=CTN

±My ∙xi

∑ xi 2±Mx ∙ yi

∑ yi2

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FIGURA 2.32. Ejemplo de cabezales 2Fuente: Compendio para Asignatura de Fundaciones, Juan Carlos Mojica