ing. wilfredo gutierrez_cimentaciones profundas
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
INGENIERÍA GEOTÉCNICA
Prof.: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lazares
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
CONTENIDO
•Cimentaciones sobre pilotes.
•Generalidades.
•Uso
•Clasificación
•Transferencia de la carga del pilote.
•Consideraciones generales para el cálculo.
•Cargas que actúan sobre los pilotes.
•Diseño geotécnico
•Resistencia por estabilidad
•Pilote aislado
•Pilote apoyado en roca.
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
Recordando:
Juicio de la Capacidad de Carga
qqqqqqccccccbr bgidSNqbgidScNbgidSNBq ''5.0
ncimentaciórelleno NNNN '
N
HxHcMe
l
b
eLL
eBB
2'
2'
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
Losa Largo (m) Ancho (m) Cota (m)
L1 6.37 6.00 -5.50
L2 13.20 5.00 -5.00
L3 11.20 5.10 -4.00
L4 7.40 4.50 -6.60
Detalle M-1 M-2
Densidad natural (kg/cm3) 1.763 1.554
Densidad máxima (kg/cm3) 1.925 1.665
Densidad mínima (kg/cm3) 1.422 1.302
Contenido de humedad (%) 4.3 2.8
Pasa la malla Nº200 (%) 8.8 12.3
Pasa la malla Nº4 (%) 85.2 100
Clasificación SUCS SP-SM SM
DEFORMACION TANGENCIAL vs. ESFUERZO DE CORTE ESFUERZO NORMAL vs. ESFUERZO DE CORTE
¢=
C=
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
1.000
1.100
1.200
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Deformación Tangencial (cm)
Esfu
erz
o C
ort
e (
kg
/cm
2)
ESFUERZO NORMAL vs. ESFUERZO DE CORTE
¢= º
¢= º
C= kg/cm2
29.2
0.01
29.2
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
1.000
1.100
1.200
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Esfuerzo Normal (kg/cm2)
Esfu
erz
o d
e C
ort
e (
kg
/cm
2)
Datos básicos (geotecnia)
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
N'(kN)= 127.53
H(kN)= 25.51
M(kN-m)= 0
Dnf(m)= 100 γ1(kN/m3)= 17.63
Df(m)= 0.5
γ1sat(kN/m3)= 17.63
b(m)= 1
γ2(kN/m3)= 15.54
γ2sat(kN/m3)= 15.54 B/L= 1
φ(º)= 29.2
c(kPa)= 1
Se requiere:
Verificar la condición de diseño de resistencia y hallar la tolerancia
Método : 1er Estado Límite
Carga de Diseño : 1.25(CM+CV+CS)
Tipo de Suelo : Cohesivo - Friccionante
Cimiento : Cuadrada
Trabajo de la Base: Normales
Falla : Grave
Base inicial b0 : 1
Iteración con Δb : 0.1
ESQUEMA BÁSICO DE ENTRADA DE DATOS
(Programa FAD_versión 1.1 por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lázares)
06/11/2006 LOSA DE CIMENTACIÓN
Datos Generales Cargas Actuantes
Df (m) 0.50 γ1 (kN/m3)1 7 . 6 3 N ' ( k N ) 1 2 7 . 5 3
B ( m ) 1 . 0 0 γ 2 ( k N / m 3 ) 1 5 . 5 4 M ( k N - m ) 0
L ( m ) 1 . 0 0 γ 1 s a t ( k N / m 3 ) 1 7 . 6 3 H ( k N ) 2 5 . 5 1
D n f ( m ) 1 0 0 . 0 0 γ 2 s a t ( k N / m 3 ) 1 5 . 5 4 γ w ( k N / m 3 ) 1 0
D e f e c t i v a ( m ) 1 . 5 0 φ
º2 9 . 2
NF afecta a
D analisis (m) 2.00 c (kPa) 1.0 Tipo y falla γs1 . 2 5
Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas
1.25(D+L+E) 1.25 N'* (kN) 159.4125
1.25 M* (kN-m) 0
1.25 H* (kN) 31.8875
γgγ = 1.05 γ1*1 6 . 7 9 γ 1 * p r o m 1 6 . 7 9
γgγ = 1.05 γ2*1 4 . 8 0 γ 2 * p r o m 1 4 . 8 0
γgγ = 1.05 γ1*sat1 6 . 7 9
γgγ = 1.05 γ2*sat1 4 . 8 0
γgc = 1.40 c* = 0.71
γgtanφ = 1.20 φ* = 2 4 . 9 7
Chequeo del Vuelco
Excentricidades
Mayorada e*b = 0.094 < b/3 = 0.333 cumple !!!
Normativa eb = 0.093 < b/3 = 0.333 cumple !!!
N'*c = 169.4125
Chequeo al Deslizamiento (F*actuantes < F*resistentes)
Hm = 31.8875 < 79.336 Cumple!!!
Determinación de los Factores de Capacidad de Carga e Influencia
Tipo q c y
Carga N 10.632 20.681 6.729
Forma S 1.378 1.417 0.675
Inc. i 0.612 0.572 0.496
Suelo d 1.000 1.000 1.000
Terreno g 1.000 1.000 1.000
N*S*i*d*q 8.972 16.770 2.254
Términos de qbr : 75.324 11.979 13.543 qbr = 100.846 kPa
Verificando Condición de Diseño de Resistencia
N'*c = 169.4125 > Qbt = 66.854 No es Conforme!!!
% Tolerancia = -60.5 Crítico!!!!
Factores de Tabla 2.2 Valores Minorados
DISEÑO POR 1er ESTADO LIMITE (Estabilidad)
Valores Mayorados en BFactor de mayoración
Valores NormativosDel Suelo:De la Cimentación:
Análisis Preliminar
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
N'(kN)= 127.53
H(kN)= 25.51
M(kN-m)= 0
(Suelo 1)
Dnf(m)= 100 γ1(kN/m3)= 17.63
Df(m)= 0.5
γ1sat(kN/m3)= 17.63
b(m)= 1
Hb(m)= 0.5
B/L= 1
(Suelo 2) Hb + b(m)= 1.5
γ2(kN/m3)= 16.65
γ2sat(kN/m3)= 16.65
φ(º)= 29.2
c(kPa)= 1
ESQUEMA BÁSICO DE ENTRADA DE DATOS
(Programa FAD_versión 1.1 por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lázares)
06/11/2006 LOSA DE CIMENTACIÓN
Datos Generales Cargas Actuantes
Df (m) 0.50 γ1 (kN/m3)1 7 . 6 3 N ' ( k N ) 1 2 7 . 5 3
B ( m ) 1 . 5 0 γ 2 ( k N / m 3 ) 1 6 . 6 5 M ( k N - m ) 0
L ( m ) 1 . 5 0 γ 1 s a t ( k N / m 3 ) 1 7 . 6 3 H ( k N ) 2 5 . 5 1
D n f ( m ) 1 0 0 . 0 0 γ 2 s a t ( k N / m 3 ) 1 6 . 6 5 γ w ( k N / m 3 ) 1 0
D e f e c t i v a ( m ) 2 . 2 5 φ
º2 9 . 2
NF afecta a
D analisis (m) 2.75 c (kPa) 1.0 Tipo y falla γs1 . 2 5
Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas
1.25(D+L+E) 1.25 N'* (kN) 159.4125
1.25 M* (kN-m) 0
1.25 H* (kN) 31.8875
γgγ = 1.05 γ1*1 6 . 7 9 γ 1 * p r o m 1 6 . 7 9
γgγ = 1.05 γ2*1 5 . 8 6 γ 2 * p r o m 1 5 . 8 6
γgγ = 1.05 γ1*sat1 6 . 7 9
γgγ = 1.05 γ2*sat1 5 . 8 6
γgc = 1.40 c* = 0.71
γgtanφ = 1.20 φ* = 2 4 . 9 7
Chequeo del Vuelco
Excentricidades
Mayorada e*b = 0.088 < b/3 = 0.500 cumple !!!
Normativa eb = 0.085 < b/3 = 0.500 cumple !!!
N'*c = 181.9125
Chequeo al Deslizamiento (F*actuantes < F*resistentes)
Hm = 31.8875 < 85.787 Cumple!!!
Determinación de los Factores de Capacidad de Carga e Influencia
Tipo q c y
Carga N 10.632 20.681 6.729
Forma S 1.411 1.454 0.647
Inc. i 0.637 0.599 0.526
Suelo d 1.000 1.000 1.000
Terreno g 1.000 1.000 1.000
N*S*i*d*q 9.561 18.027 2.288
Términos de qbr : 80.264 12.877 24.028 qbr = 117.168 kPa
Verificando Condición de Diseño de Resistencia
N'*c = 181.9125 < Qbt = 189.593 Conforme!!!
% Tolerancia = 4.2 Optimo!!!!
Factores de Tabla 2.2 Valores Minorados
DISEÑO POR 1er ESTADO LIMITE (Estabilidad)
Valores Mayorados en BFactor de mayoración
Valores NormativosDel Suelo:De la Cimentación:
Alternativa por baja resistencia
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
(Programa FAD_versión 1.1 por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lázares)
06/11/2006 LOSA DE CIMENTACIÓN
Df (m) 0.50 γ1 (kN/m3)1 7 . 6 3 N ' ( k N ) 1 2 7 . 5 3
B ( m ) 1 . 5 0 γ 2 ( k N / m 3 ) 1 6 . 6 5 M ( k N - m ) 0
L ( m ) 1 . 5 0 γ 1 s a t ( k N / m 3 ) 1 7 . 6 3 H ( k N ) 2 5 . 5 1
D n f ( m ) 1 0 0 . 0 0 γ 2 s a t ( k N / m 3 ) 1 6 . 6 5 γ w ( k N / m 3 ) 1 0
D e f e c t i v a ( m ) 2 . 2 5 φ
º2 9 . 2
NF afecta a
D analisis (m) 2.75 c (kPa) 1.0 IL= 0.00
Coeficientes de Condiciones de Trabajo del Suelo y del Tipo de Estructura
L/H= 0.50 γc1 = 1.30 γc2 = 1.30
Coeficiente de Fiabilidad k= 1.0
Coeficiente de Influencia de la Longitud de la Cimentación kz= 1.0
Mayoración de Cargas y Minoración de Propiedades Físico - Mecánicas
D+0.5L 1 N'* (kN) 127.53
1 M* (kN-m) 0
1 H* (kN) 25.51
γgγ = 1.03 γ1*1 7 . 1 2 γ 1 * p r o m 1 7 . 1 2
γgγ = 1.03 γ2*1 6 . 1 7 γ 2 * p r o m 1 6 . 1 7
γgγ = 1.03 γ1*sat1 7 . 1 2
γgγ = 1.03 γ2*sat1 6 . 1 7
γgc = 1.30 c* = 0.77
γgtanφ = 1.10 φ* = 2 6 . 9 3
Chequeo del Vuelco
eb = 0.085 < b/6 = 0.250 cumple !!!
Determinación de los Factores de Influencia
Tipo y q c
M 0.905 4.621 7.128
M' 0.777 4.108 6.118
Condición de Diseño por Linealidad
P = 66.68 < R' = 99.22 Conforme!!!
Factores de Tabla 3.3.1 Valores Minorados
DISEÑO POR 2do ESTADO LIMITE (Deformación)
Factor de mayoración Valores Mayorados en B
Valores NormativosDel Suelo:De la Cimentación:
Datos Generales Cargas Actuantes
Asentamiento Esperados
Asentamiento Inmediato - Método Elástico
Tipo de Suelo SM
N'*c = 181.9125 kN
q 8.24159021 (ton/m2)
Relación de Poisson (μ) 0.25
Módulo de Elasticidad (Es) 500 (ton/m2)
Factor de Forma (If) 82 (cm/m)
Si= 1.90 cm
0.5 m
0.5 m
1.6 m
Material compactado de cantera
Suelo natural compactado
Suelo natural arenoso
encontrado en la zona
q=13 tn/ml
q=13 tn/ml
Losa de concreto
Deformación y Empujes
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
A pesar de las iteraciones efectuadas, se presenta
el problema en que:
Qadm suelo < Qcargas impuestas
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
![Page 16: Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042521/5540085655034612718b4935/html5/thumbnails/16.jpg)
CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
![Page 18: Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042521/5540085655034612718b4935/html5/thumbnails/18.jpg)
CIMENTACIONES PROFUNDAS
CONTENIDO
•Cimentaciones sobre pilotes.
•Generalidades.
•Uso
•Clasificación
•Transferencia de la carga del pilote.
•Consideraciones generales para el
cálculo.
•Cargas que actúan sobre los pilotes.
•Diseño geotécnico
•Resistencia por estabilidad
•Pilote aislado
•Pilote apoyado en roca.
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
Partes de las Cimentaciones sobre Pilotes
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES
![Page 22: Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042521/5540085655034612718b4935/html5/thumbnails/22.jpg)
CIMENTACIONES PROFUNDAS
USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES
![Page 23: Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042521/5540085655034612718b4935/html5/thumbnails/23.jpg)
CIMENTACIONES PROFUNDAS
USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES
![Page 24: Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042521/5540085655034612718b4935/html5/thumbnails/24.jpg)
CIMENTACIONES PROFUNDAS
USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES
![Page 25: Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042521/5540085655034612718b4935/html5/thumbnails/25.jpg)
CIMENTACIONES PROFUNDAS
USOS DE LAS CIMENTACIONES SOBRE PILOTES
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
1.- Según su instalación
- Pilotes aislados
-Grupo de pilotes
Clasificación de las cimentaciones sobre pilotes
2.- Según el tipo de carga que actúa sobre el pilotes
- A compresión
- A tracción
- A flexión
-A flexo – compresión
3.- Según el tipo de material del pilote
- De madera
- De concreto
- De concreto armado
- De acero o metálico
- Pilotes combinados o mixtos
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
Clasificación de las cimentaciones sobre pilotes
4.- Según la interacción Suelo – Pilote
- Pilotes resistentes en punta.
- Pilotes resistentes en fuste o a fricción.
-Pilotes resistentes en punta y fuste simultáneamente.
5.- Por la forma de la sección transversal
- Cuadrados - Circulares
- Doble T - Prismáticos
- T Otros
6.- Por la forma en que se construyen
- Pilotes prefabricados hincados sin extracción previa de suelo.
- Pilotes hincados por vibración, con o sin perforación del suelo.
- Pilotes de concreto armado con camisa, hincados con relleno parcial o
total.
- Pilotes fundidos in situ de concreto o concreto armado.
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
![Page 30: Ing. Wilfredo Gutierrez_Cimentaciones Profundas](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042521/5540085655034612718b4935/html5/thumbnails/30.jpg)
CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
1.- Requisitos que debe cumplir una cimentación de pilotes bien proyectada.
- Profundidad adecuada.
- Segura contra una posible falla.
- Estabilidad.
- No asentarse.
2.- Proyectar una cimentación de pilotes, significa precisar:
- Tipo de pilote
- Longitud del pilote.
- Sección transversal del pilote.
- Cantidad de pilotes.
- Espaciamiento entre pilotes.
- Profundidad del nivel de solera del cabezal.
- Dimensionamiento del cabezal y diseño estructural de este y los pilotes.
Consideraciones generales para el cálculo
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
Consideraciones generales para el cálculo
3.- Combinaciones de cargas para el diseño
- Estados limites:
1) 1,5 CM. + 1,8 CV
2) 1,25 (CM + CV + CE)
3) 0,9 CM + 1,25 CE
- Factor de seguridad:
1) CM + CV
2) CM + CV + CE
3) CM + CE
- Para el diseño por deformación
* Suelos Cohesivos
1) CM + 0,5 CV
* Suelos Friccionales
1) CM + CV + CE ( solo la M’)
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
4.- Las propiedades físico – mecánicas del suelo y
las rocas utilizadas en el diseño.
- Resistencia a cortante no drenado
Suelos cohesivos
- Consolidado drenado o lento
Suelos friccionales
Consideraciones generales para el cálculo
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
- Determinación de las cargas que actúan sobre los pilotes
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
-Diseño Geotécnico de cimentaciones sobre pilotes.
El diseño geotécnico de cimentaciones sobre pilotes debe realizarse
atendiendo a los estados límites o criterios siguientes:
1. Estado límite o criterio de estabilidad.
2. Estado límite o criterio de deformación.
La carga resistente por estabilidad de un pilote aislado se puede determinar por los
siguientes métodos:
Fórmulas de la teoría de plasticidad.
Métodos dinámicos.
Métodos del penetrómetro estático.
Prueba de carga estática.
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
-Carga resistente por estabilidad de un pilote aislado.
La carga resistente por estabilidad de un pilote aislado se determina según:
* Método de los estado límites
Q*v = Q*p + Q*f
* Método del factor de seguridad global
Qv = Qp + Qf
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
Carga resistente por estabilidad del pilote apoyado en roca
* Método de los estado límites
Q*v = Q*p
Q*p = Ap. R*
* Método del factor de seguridad global
Qv = Qp
Qp = Ap. R
Ap – Área del pilote en punta.
R* ó R – Resistencia a compresión no confinada en roca, de cálculo (R*)
o normativa (R)
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CIMENTACIONES PROFUNDAS
R.Q.D. = Longitud de los pedazos de núcleos de más de 10 cm. x 100
Longitud del sondeo
Valores de R.Q.D. VALORES DE Ksq
25 < RQD ≤ 50 0,1
50 < RQD ≤ 75 0,3
75 < RQD ≤ 90 0,75
90 < RQD ≤ 100 1,0
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