Dr Alva Hurtado - Diseño de Carga Axial Pilotes

7/27/2019 Dr Alva Hurtado - Diseo de Carga Axial Pilotes

1/48

Jorge E. Alva Hurtado

Nilton Guilln Chavz

DISEO Y VERIFICACION DE CARGA AXIAL EN PILOTES

CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONESSISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFacultad de Ingeniera Civil


2/48

DISEO Y VERIFICACIN DE CARGADISEO Y VERIFICACIN DE CARGA

AXIAL EN PILOTESAXIAL EN PILOTES

INTRODUCCIN ANTECEDENTES

ESTUDIO GEOTCNICO DE CIMENTACIN PREDICCIN DE LA CARGA LTIMA

ENSAYO DE CARGA

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


3/48

INTRODUCCIONINTRODUCCION

- Se presenta los clculos de verificacin de la carga axial en lospilotes de los estribos este y oeste y pilar central de lacimentacin del puente Killman en Cochabamba, Bolivia.

- Se utilizaron los mtodos de prediccin de carga axial basadosen frmulas empricas, que emplean resultados de ensayos de

penetracin estndar.

- Se ejecutaron ensayos de carga en pilotes para determinar lacapacidad de carga y el asentamiento de los pilotes.

- Tambin se calcul la eficiencia del grupo de pilotes y se evaluel asentamiento individual y del grupo de pilotes.


4/48

ANTECEDENTESANTECEDENTES

- En la cimentacin del puente Killman existan en los estribospilotes de concreto tipo Franki, con un dimetro de 0.45 m en elfuste, longitud de 10.70 m y dimetro no precisado. Son 19

pilotes, 5 verticales y el resto inclinados.

- En la cimentacin de la pila central existan pilotes de concreto

armado hincados, con una seccin cuadrada de 0.30 m ylongitud de 8.60 m. Son 39 pilotes en el cauce del ro.

- Las superestructura del puente no haba sido construida. Se

decidi evaluar las caractersticas del terreno y verificar la cargade los pilotes existentes.

- En base a lo anterior, se redise el puente con una estructurams ligera, compatible con las cargas y asentamientos de lospilotes y grupos de pilotes existentes.


5/48

Fig. 1: Estructuras Originales del Puente Killman y Perfil EstratigrficoIntegrado (Cochabamba, Bolivia)


6/48

ESTUDIO GEOTCNICO DE CIMENTACINESTUDIO GEOTCNICO DE CIMENTACIN

- Se ejecutaron 3 sondajes con ensayos de penetracin estndarcada 1.50 m hasta 20 m de profundidad.

- Se recuperaron muestras alteradas e inalteradas para realizarensayos estndar de clasificacin de suelos y ensayosespeciales de resistencia cortante y compresibilidad.

- Los sondajes se ejecutaron por el mtodo de lavado utilizandolodo bentontico, prctica comn en Cochabamba. El nivelfretico era superficial.

- La estratigrafa est formada por suelos finos. En el estribo esteexisten capas alternadas de suelos limosos y arcillas, mientrasque en la pila central y el estribo oeste el suelo es ms uniforme,

limoso de baja plasticidad. Los valores de N aumentan con laprofundidad hasta 20-25 golpes / pie a los 20 metros.


7/48

Fig. 2: Perfiles Estratigrficos y Valores de N (Golpes/pie) en los Estribos y laPila Central de Puente Killman-Cochabamba


8/48

Fig N 3: Ubicacin IN SITU de los Pilotes Tipo Franki (Estribo Este PuenteKillman, Cochabamba, Bolivia)


9/48

PREDICCION DE LA CARGA ULTIMA

El programa FEPC est basado en la utilizacin de frmulasempricas para el clculo de la capacidad ltima de pilotesindividuales. Estas frmulas se aplican a tipos de suelosagrupados de acuerdo a la clasificacin propuesta por Aoki-Velloso (1975). P.P. Velloso (1982) establece correlaciones slo

para suelos de dos clases y Meyerhof (1976) slo se aplica asuelos no cohesivos y limos no plsticos. Los factores deseguridad los proporciona el usuario y se usan en todas lasfrmulas con excepcin de la de Decourt-Quaresma, donde el

FS es 1.3 para carga por friccin y 4.0 para carga por punta. Elprograma fue presentado originalmente por Bortolucci et al(1988) y modificado por Guilln (1993).


10/48

Simplificaciones Adoptadas

Se adoptan en el programa las siguientes simplificaciones:

(1) El valor del ensayo SPT en el primer metro del sondaje

siempre se considera igual a cero : SPT (0) = 0.

(2) El valor de SPT se relaciona al metro inmediatamenteinferior, es decir SPT (1) corresponde a un intervalo entre 1.0

y 2.0 m. de profundidad del sondaje.

(3) En la transicin de estratos se adoptan los parmetros delestrato superior, si la transicin ocurre despus de 0.5 m.;

en caso contrario, los parmetros que se adoptan son delestrato inferior y el valor del SPT ser el que corresponde almetro subsiguiente. Con relacin a la ltima simplificacin,es importante un anlisis ms cuidadoso de los resultados

en los niveles de transicin y tambin evitar la introduccinde estratos menores que un metro de espesor.


11/48

Parmetros Generales de Entrada de Datos

Los datos comunes de entrada para todos mtodos delprograma son: nmero de estrato, profundidad del sondaje,profundidad final de cada estrato, cdigo de suelo de cada

estrato (propuesto por Aoki-Velloso), peso especfico efectivode cada estrato, valores del ensayo SPT para cada metro y elfactor de seguridad, (no se aplica a la frmula de Decourt-Quaresma, la que fija 1.3 para carga lateral y 4.0 para cargapuntual).

Los factores de correlacin indicados en la Tabla A-1, son

definidos por el propio programa, en funcin al tipo de suelo.

Con relacin a las caractersticas del pilote se establecen lossiguientes datos: cota superficial del pilote, dimetro del fuste

(o dimensin del lado en el caso de una seccin cuadrada) y eldimetro de la base, en caso de un alargamiento de la misma.


12/48

Tabla ATabla A--1: Factores1: Factores de CorrelacinCorrelacin

P.P. VELLOSO (*)

6.31.002501209.903.0330321Arcilla Limosa-

Arenosa

6.31.002501208.804.0220320Arcilla Limosa

6.31.002501208.402.8300312Arcilla Arenosa-

Limosa

6.31.002501208.402.4350310Arcilla Arenosa

6.31.0025012012.006.0200300Arcilla

10.01.004302007.503.0250231Limo Arenoso-

Arcilloso

10.01.004302007.823.4230230Limo Arcilloso

10.00.8743025012.602.8450213Limo Arenoso-

Arcilloso

10.00.8743025012.102.2550210Limo Arenoso

10.01.0043020012.003.0400200Limo

8.51.0050040014.002.8500132Arena Arcillosa-

Limosa

8.51.0050040018.003.0600130Arena Arcillosa

8.51.0050040016.802.4700123Arena Limosa-

Arcillosa

8.51.0050040016.002.0800120Arena Limosa

5.01.0060040014.001.41000100Arena

a(Kpa)

ba(KPa)

K(KPa)

Kl(KPa)

(%)

Kp(kPa)

CODIGOTIPO DESUELO

DECOURT-

QUARESMAAOKI-VELLOSO

* El parmetro b se asume igual a 1.00 para todos los suelos(*) el parmetro b se asume a 1.00 para todos los suelos.(*) el parmetro b se asume a 1.00 para todos los suelos.


13/48

Los mtodo usados son los siguientes:

Mtodo de Aoki-Velloso

La entrada de datos para el clculo basado en el mtodo deAoki - Velloso se empieza a travs de los parmetros relativosal tipo de pilote F1, F2. Estos valores son proporcionados por

el usuario y se indican en la Tabla A-2

TIPO DE PILOTE F1 F2

FRANKI 2.50 5.0ACERO 1.75 3.5

CONCRETO 1.75 3.5

STRAUSS 1.70 3.0

PREMOLDEADO

80

(cm)D+1

2F1

EXCAVADO 3.00 6.0

Tabla A-2: Parmetros Relativos al Tipo de Pilote: Aoki-Velloso


14/48

Los resultados son proporcionados desde 1.00 a 2.00 m. delongitud del pilote hasta la profundidad final del sondaje. Las

frmulas son las siguientes:

Donde:

Rl = resistencia lateralAl1 = rea lateral por metro lineal de piloteNi = SPT en el punto i

Kli =

i x Kl (factor de correlacin)CA = cota superficial del piloteL = penetracin del piloteRp = resistencia por punta

Ap = rea de la puntaKp = factor de correlacinN = SPT de la punta

l

)KxN(x2F

=R iiCA=i

l II1 A

1F

NxKxA=R

pppp


15/48

Mtodo de Decourt-Quaresma

No existe entrada de datos especficos y los resultados sepresentan para longitudes del pilote desde 1.00 m. hasta laprofundidad final del sondaje. Las frmulas usadas son lassiguientes:

= SPT promedio a lo largo del fustep = permetro del piloteK = factor de correlacin

= SPT promedio en la longitud de 3.0 m. prximos a lapunta (1.0 m. encima de la punta, en la punta y 1.0m. debajo de la punta).

Donde:

1P+

1P-N

K xxA=R1P+

1P-pPN

1+

3xLxpx10=R

L

CAl

N

L

CA

N


16/48

Mtodo de Pedro Paulo Velloso

Se empieza la entrada de datos con los valores de lambda ytheta, que son los factores relativos de carga del pilote y eltipo de pilote. Los valores propuestos son:

PILOTE EN TRACCION 0.7=

PILOTE EN COMPRESION 1.0=

PILOTE HINCADO 1.0=

PILOTE EXCAVADO 0.5=


17/48

El valor de es menor que 0.2 y De es el dimetro efectivo delpilote. Los resultados se presentan desde una profundidad de "8De " hasta una profundidad de " 3.5De " por encima de la

profundidad final del sondaje. Las frmulas usadas son lassiguientes:

Rl = )Nxa(xxxA ib,

i

L

CA=i1l

,i

Rp =2

aN+aNxxA

ibi

D3.5P+

Pibi

P

D8P-p

e

e

El programa genera el valor de " " :

0.035

D0.016-1.016=

e*


18/48

Donde:

= promedio de los productos Nb.a desde 8Depor encima de la punta del pilote hasta la

punta del pilote (b se adopta igual a 1).

= idem, desde la punta hasta 3.5 De por debajode la punta del pilote.

De = dimetro efectivo del fuste del pilote

aN ib

i

P

D8P- e

aN ibiD3.5P+

P

e


19/48

Mtodo de Meyerhof

La entrada de datos comienza con los parmetros Mn y Nm,que son los factores relativos a la forma de ejecucin delpilote. El autor propone:

0.31EXCAVADO

1> 2HINCADO EN SUELOS

COHESIVOS

12HINCADO EN SUELOS

NO COHESIVOS

13PUNTA CONICA

16FRANKI

NmMnTIPO DE PILOTE


20/48

Los resultados se presentan para longitudes de pilote de 1.0 m.hasta una profundidad de 2.0 m. por encima de la profundidadfinal del sondaje. Las frmulas usadas son las siguientes:

Donde:

Q = es el valor menor entre Q1 y Q2

Q1 =

Q2 = es el valor mayor entre Q3 y Q4

Q3 =

Q4 =

Rl = Nx

Ax

M i

L

CA=i1ln

Rp = QxAxN pm

NxTsx10DP+

1P+e

Dex

ZbxTS1P-

ZP- b

NPxDeTS

N


21/48

con:

Ts = 40 KPa para suelos no cohesivos y

Ts = 30 KPa para suelos limosos no plsticos y por extensina todos los dems suelos

Zb = longitud del pilote limitada a 10 De

El mtodo de Meyerhof se presenta sin correccin de losvalores de SPT, en el ltimo caso se emplean las siguientesfrmulas:

Donde:

Nc = SPT corregido

= esfuerzo efectivo al inicio del metro considerado

Nc = N aPK100para P,,


22/48

RESULTADOS DEL PROGRAMA FEPC


23/48


24/48


25/48

98.6

Meyerhof (CC)*

109.1

Meyerhof (SC)*

84.8

Decourt-Quaresma

121.350.7Estribo Este

P.P. VellosoAoki-VellosoMtodo

Sondaje

Carga Ultima (toneladas)

39.543.748.533.920.3Carga Diseo (tons)

FS = 2.5

Tabla N 1: Resultados de Prediccin de la Carga Ultima de Pilotes PuenteKillman (Franki Artesanal ( = 0.45 m b = 0.60 m L = 10.7 m)

(SC) Sin correccin

(CC) Con correcin


26/48

ENSAYO DE CARGAENSAYO DE CARGA

Generalidades

Formas y Tipos de Aplicacin de Carga

Procedimientos de Carga

Criterios de Carga de Falla


27/48

GENERALIDADESGENERALIDADES

- Unica manera de saber si el pilote es capaz de soportar la carga

- Mide caractersticas de carga-deformacin

- Permite verificar el mtodo de diseo

- Predice asentamiento


28/48

FORMAS Y TIPOS DE APLICACIN DE CARGAFORMAS Y TIPOS DE APLICACIN DE CARGA

- Carga aplicada contra marco de reaccin

Pilotes de anclaje

Anclaje enterrado

- Carga aplicada contra plataforma cargada

- Carga aplicada directamente


29/48

Viga de Prueba

Plancha de acero

Gatahidrulica

Plancha de prueba

Vigareferencia

Micrmetro

Pilote de prueba Pilote de anclaje

a) Pilote simple

SISTEMA DE MARCO DE REACCIN PARA PILOTES DE ANCLAJESISTEMA DE MARCO DE REACCIN PARA PILOTES DE ANCLAJE


30/48

Viga de prueba

Micrmetro Gata hidralica

Viga de

Pilotes de anclaje

Planchade prueba

referencia

b) Grupo de pilotes

Cabezal de

SISTEMA DE MARCO DE REACCIN PARA PILOTES DE ANCLAJESISTEMA DE MARCO DE REACCIN PARA PILOTES DE ANCLAJE

Viga de acero

concreto

de pilotes

Vigas de referencia


31/48

PRUEBA DE CARGA CON ANCLAJESPRUEBA DE CARGA CON ANCLAJESENTERRADOSENTERRADOS

3.6

0

10

10

g

Micrmetros1.2

0

1.4

5

3.40

1.2

01.4

5

50

50

.60

3.60

.73 2.14

variable de10 a 20

.60

.90

.60 Vigas de referencia

Plancha

Micrmetros

Bloque de

concreto

Pilote de prueba

Esp

acio

Lib

re

CORTE A-A

ESC. 1:50

Esp

acio

ancla

do


32/48

SISTEMA DE APLICACIN DE CARGA POR GATA HIDRULICA ACTUANDOSISTEMA DE APLICACIN DE CARGA POR GATA HIDRULICA ACTUANDOFRENTE A PLATAFORMA CARGADAFRENTE A PLATAFORMA CARGADA

Caja plataforma cargada

Plancha de

acero

Vigas de prueba

Gata

hidralica

MicrmetrosPlancha de

prueba

Viga de

referencia

Pilote de prueba

Diamantes de madera

Viga transversal


33/48

SISTEMA DE APLICACIN DE CARGA DIRECTAMENTE AL PILOTE USANDO UNSISTEMA DE APLICACIN DE CARGA DIRECTAMENTE AL PILOTE USANDO UNAAPLATAFORMA CARGADAPLATAFORMA CARGADA

Viga transversal

Vigas de prueba

Pesos

Viga dereferencia

Plancha de

acero

Cuas

Durmientes

Pilote de prueba


34/48

PROCEDIMIENTOS DE CARGA (ASTM DPROCEDIMIENTOS DE CARGA (ASTM D--1143)1143)

- Prueba de carga mantenida (ML)

Hasta 200% de carga de diseo

Incremento de 25% de carga de diseo

Mantener incremento de carga hasta 0.25 mm/hora

Remover carga despus de 12 horas en decrementos

- Razn de penetracin constante (CRP)

Suelo cohesivo 0.25 a 1.25 mm/mm.

Suelo granular 0.75 a 2.5 mm/mm.


35/48

1. Limitando el asentamiento total

a) Absoluto: 1.0 pulgada (Holanda, Cdigo de New York)

b) Relativo: 10% de dimetro del pilote (Inglaterra)

2. Limitando el asentamiento plstico

0.25 pulg. (6.35 mm) (AASHTO)0.33 pulg. (8.40 mm) (Magnel)0.50 pulg. (12.7 mm) (Cdigo de Boston)

3. Limitando la relacin asentamiento plstico/asentamientoelstico a 1.5 (Christiani y Nielsen)

REGLAS PARA DETERMINAR LA CARGA DE RUPTURAREGLAS PARA DETERMINAR LA CARGA DE RUPTURA

Ref. Vesic, 1977

Incremento asentamiento elstico

Incremento asentamiento plstico(Szechy, 1961)4. Relacin mxima


36/48

5. Limitando la relacin asentamiento/carga

a) Total: 0.01 pulg/ton (California, Chicago)b) Incremento: 0.03 pulg/ton (Ohio)

0.05 pulg/ton (Raymond Co.)

6. Limitando la relacin asentamiento plstico/carga

a) Total: 0.01 pulg/ton (Cdigo de New York)b) Incremento: 0.03 pulg/ton (Raymond Co.)

7. Relacin mxima

8. Curvatura mxima de la curva log W/log Q (DeBeer, 1967)

9. Postulado de Van der Veen (1953)

(Vesic, 1963)

Ref. Vesic, 1977

=maxQQ1W ln

Incremento asentamiento

Incremento de carga


37/48

INTERPRETACION GRAFICA DEL ENSAYODE CARGA


38/48

a) Mtodo de Davisson

La carga lmite propuesta es definida como la carga quecorresponde a un asentamiento que excede la compresin

elstica del pilote por un valor X dado por:

donde:

D = dimetro (mm)

X = en (mm)

El mtodo de Davisson se aplica a ensayos de velocidad de

penetracin constante, si se aplica a ensayos con cargamantenida, resulta conservador.

120

D+3.8=X

Fellenius (1980) recopil varios criterios de falla aplicables algrfico carga vs. asentamiento.


39/48

b) Mtodo de Chin

Se admite que la curva carga-asentamiento cerca a la rotura

es hiperblica. En este mtodo el asentamiento es dividido

por su correspondiente carga y el grfico pasa a ser una

curva de asentamiento/carga vs. asentamiento. Los puntosobtenidos tienden a formar una recta y la inversa de la

pendiente es la carga de rotura. Este mtodo se aplica a

pruebas rpidas o lentas, ya que el tiempo de aplicacin delos estados de carga es constante.

c) Mtodo de DeBeer

La curva carga vs. asentamiento es llevada a un grfico

log-log. Para los valores de carga mayores, los puntos

tienden a caer en dos rectas y su interseccin es la cargade rotura.


40/48

e) Mtodo de Fuller y Hoy

De acuerdo a este criterio, la carga de rotura es aquella que

corresponde al punto en la curva carga-asentamientotangente a una recta de inclinacin 0.05 in/ton.

d) Criterio de 90% de Brinch-Hansen

La carga de rotura ser aquella cuyo asentamiento es el

doble del asentamiento medido para una carga que

corresponde al 90% de la carga de rotura.


41/48

f) Mtodo de Butler y Hoy

La carga de rotura es definida como aquella

correspondiente al punto de interseccin de dos rectastangentes, la primera corresponde a la tangente a la

curva y que tenga una inclinacin de 0.05 in/ton. y la

segunda recta tangente es aquella paralela a la lnea decompresin elstica del pilote y tangente a la curva.


42/48

EVALUACIN DE ENSAYOS DE CARGA: a) Mtodo deEVALUACIN DE ENSAYOS DE CARGA: a) Mtodo de DavissonDavisson b) Mtodo deb) Mtodo deChinChin c) Mtodo dec) Mtodo de DeBeerDeBeer d) Mtodo ded) Mtodo de HansenHansen al 90%.al 90%.

0 1 2 3

Qva = (AE/L)

Deformacin, pulg.

(a)

1 pulg = 25.4 mm

1 ton = 8.9 kN

Deformacin, pulg. (b)

x = 0.15 + D/120

1

Qv)ult

/Qva = C1 C2

(Qv)ult = 1/ C1

Qva ((Qv)ult ) / ( + (Qv)ult C2)

1 pulg = 25.4 mm

1 ton = 8.9 kN

Carga,

ton

s

100

200

0

(Qv)ult

C

BA

x

0.008

0.006

0.004

0.002

0.000

/Qvapulg/tons

0 1 2 3

Carga,

tons

1000

100

10

0.01 0.10 1.00 10.00

Deformacin, pulg.

(c)

1 pulg = 25.4 mm

1 ton = 8.9 kN

(Qv)ult

5

1 pulg = 25.4 mm

1 ton = 8.9 kN

50% x u u

90% x (Qv)ult

(Qv)ult

0 1 2

200

100

Deformacin, pulg.

(d)

0


43/48

EVALUACIN DE ENSAYOS DE CARGA: a) Mtodo deEVALUACIN DE ENSAYOS DE CARGA: a) Mtodo de HansenHansen al 80% b)al 80% b)Mtodo deMtodo de MazurkiewiczMazurkiewicz c) Mtodo dec) Mtodo de FullerFullery Hoy yy Hoy y ButlerButlery Hoyy Hoyd) Mtodo ded) Mtodo de VanderVanderVeenVeen


44/48

RESULTADO DEL ENSAYO DE CARGA(PILOTE TIPO FRANKI ESTRIBO ESTE-

PUENTE KILLMAN, COCHABAMBA-BOLIVIA)

Carga (Tm)


45/48

INTERPRETACION DEL ENSAYO DECARGA (PILOTE TIPO FRANKI ESTRIBOESTE-PUENTE KILLMAN, COCHABAMBA-

BOLIVIA)


46/48

7875.560.960Estribo Este

Vesic ( = 1)Fuller y HoyButler y HoyDavissonMtodoPilote

Carga Ultima (toneladas)

3937.830.530

Carga Diseo (tons)

FS = 2.0

Tabla N 2 Resultados de Interpretacin de Ensayo de Carga en Pilote Puente

Killman (Franki Artesanal ( = 0.45 m b = 0.60 m L =10.7 m)


47/48

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1) Se ejecut un ensayo SPT al costado del grupo depilotes del estribo este.

2) El mtodo Aoki-Velloso predijo la carga ltima mas baja. Elpilote se dise con una carga de 30 tons.

3) Se orden la ejecucin de un ensayo de carga en el estriboeste para verificar la carga ltima.

4) La carga de diseo en base al ensayo de carga (FS = 2.0) fuesuperior a 30 tons.


48/48

5) El mtodo de Davisson es similar al de Butler y Hoy,

producen resultados inferiores a los mtodos de Fuller yHoy y Vesic.

6) El factor de eficiencia de grupo es de 1.0.

7) El asentamiento del grupo es inferior a 1 pulgada.

Dr Alva Hurtado - Diseño de Carga Axial Pilotes

Documents

Transcript of Dr Alva Hurtado - Diseño de Carga Axial Pilotes