diseño y verificación de carga axial de pilotes
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1. este proyecto ayude a las universidades nacionales en las plas a A mejorar la Ustentaci n tE el Congreso m E Ene el as Specto Jeg P A E ia i o SAA 4 Manr TE E a j L a 0 r lt _ A A e E DISE O Y VERIFICACI N DES NS dl gt CE CARGA AXIAL DEP y A _ N DISE O Y VERIFICACI N DE CARGA AXIAL 5 Jorge E Alva Hurtado Nilton Guill n Ch vez RESUMEN Se presenta en este art culo la metodolog a utilizada para el dise o y verificaci n de pilotes en suelo fino sometidos a carga axial Adem s se presentan los resultados de un ensayo de carga ejecutado y su interpretaci n para determinar la carga admisible de los mismos Los pilotes dise ados y verificados corresponden a la cimentaci n del Puente Killman en Cochabamba Bolivia Para el dise o de los pilotes seg n la metodolog a propuesta se requiere la ejecuci n de un estudio geot cnico de cimentaci n que incluye ensayos de penetraci n est ndar en el campo y e2. b 0 50 mts L 10 9 mts 0 45 mts 0 50 L 210 5 Fig 1 ESTRUCTURAS ORIGINALES DEL PUENTE Y PERFIL ESTRATIGRAFICO INTEGRADO Cochabamba Bolivia PROFUNDIDAD mts SPT GOLPES PIE E NA N El a EA 4 ESTRATI GRAFICO y E AS ME A NS SEO IE X Er Ez A SONDAJE ESTRIBO ESTE FUENTE ESTUDIO GEOTECMICO TIEMBRE 1992 COCHABAMBA BOLIVIA PROFUNDIDAD SPT N GOLPES PIE PERFIL ESTRATIGRAFICO SONDAJE PILAR CENTRAL FUENTE ESTUDIO GEOTECNICO COMPLEMENTARIO SE TIEMBRE 1992 COCHABAMBA BOLIVIA PROFUNDIDAD mts GOLPES PIE PERFIL ESTRATIORAFICO SONDAJE ESTRIBO OESTE FUENTE ESTUDIO GECTECNICO COMPLEMENTARIO SETIEMBRE 1092 COCHABAMBA BOLIVIA Fig 2 PERFILES ESTRATIGRAFICOS Y VALORES DE Golpes pie EN LOS ESTRIBO Y LA PILA CENTRAL DE PUENTE KILLMAN COCHABAMBA BOLIVIA 1 17 O PILOTE INCLINADO 5 1 V H PILOTE VERTICAL Y PILOTE VERTICAL DEL ENSAYO DE CARGA lt gt SONDAJE Fig 3 UBICACION IN SITU DE LOS PILOTES TIPO FRANKI Estribo Este Puen
3. 2 Asistente de Investigaci n del CISMID FIC UNI Ponencia presentada en el X Congreso Nacional de Ingenier a Civil del 21 al 24 de Noviembre de 1994 Lima Per axial los pilotes individuales considerando la predicci n la carga ltima la carga de dise o y su verificaci n mediante un ensayo de carga ANTECEDENTES De acuerdo a la informaci n disponible en la cimentacion del puente Killman exist an en los estribos pilotes de concreto tipo Franki artesanal con un di metro de 0 45 m en el fuste una longitud de 10 70 m y un di metro en el bulbo no precisado Se notaba en superficie la existencia de 19 pilotes en cada estribo 5 de los cuales eran verticales y el resto inclinados La superestructura del puente no hab a sido construida al iniciar el estudio de verificaci n de la cimentaci n En la cimentaci n de la pila central exist an pilotes de concreto armado prefabricados que hab an sido hincados en el terreno Estos pilotes ten an una secci n cuadrada de 0 30 m y una longitud de 8 60 metros Existen 39 de estos pilotes en la cimentaci n de la pila central No se pudo inspeccionar estos pilotes ya que se encontraban en el cauce del r o El puente Killman se encontraba en construcci n con dise o terminado sin embargo la Supervisi n decidi revisar el dise o comenzando por las caracter sticas del terreno y la capacidad de carga de los pilotes existentes La soluci n final fue redise ar el puente c
4. Aoki Velloso 1975 Decourt Quaresma 1978 Velloso 1982 y Meyerhof 1976 El programa requiere el conocimiento del perfil estratigr fico los valores de N golpes pie del ensayo SPT con profundidad los par metros de los distintos m todos involucrados el tipo de pilote y sus dimensiones El manual de usuario del programa de c mputo y las f rmulas emp ricas utilizadas se presentan en Alva Hurtado 1993 La predicci n de la carga ltima de los pilotes en los estribos ha considerado un pilote de concreto tipo Franki artesanal con un di metro en el fuste de 0 45 m y di metro en la punta variable Se escogi el valor de 0 60 m como el m s representativo La longitud de los pilotes en los estribos se estim en 10 70 metros en base a la documentaci n existente La predicci n de la carga ltima de los pilotes de la pila central ha considerado pilotes de concreto hincados con una secci n cuadrada de 0 30 m y una longitud de 8 60 metros La predicci n de la capacidad admisible de los pilotes por carga axial considera un factor de seguridad de 2 5 para todos los m todos a excepci n del m todo de Decourt Quaresma que emplea un factor de seguridad de 1 3 para carga en el fuste y 4 0 para carga en la punta El m todo de Meyerhof realiza los c lculos considerando o sin considerar la correcci n de los valores de N por sobrecarga Con el prop sito de comparar los resultados de los distintos m todos se presenta en la Tabla 1 los res
5. terceros lo tanto son limitados A hy 1 J Dal 3 1 3 Un libro digital como e book eBook libro electr nico es una _ versi n electr nica de la digitalizaci n y diagramaci n de un libro que riamente es edite ser que internet libro 7 ellas ventajas del 0 digital se tienen s 2 z Jo accesibilidad se puede leer en cualquier te iga electricidad lencia geogr fic su OA elobalizada median nte TE nos da una gran 1 de disminuir la brecha de Lat ci n a la carrera tec 1 1 ncia sociales siendo la de una forma diferente el conoci r permitir dismintir o anular la percg ci n de alta calidad en los conteni 105 y que su existencia no L F T i gt gunos 08 4 esperamos alcanzar tenga curso que est _ _ L 8 j Pla 1 9 a l la _ de investigaci n de alumnos tomando como base digital y las AAA electr
6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER A FACULTAD DE INGENIER A CIVIL DISE O Y VERIFICACI N DE CARGA AXIAL DE PILOTES JORGE E ALVA HURTADO NILTON GUILL N CH VEZ Facultad de Ingenier a Civil Av Amaru 1150 Lima 25 Apartado Postal 31 250 Lima 31 Tel fonos 51 1 482 0777 482 0804 Fax 481 0170 e mail director QYuni edu pe http www cismid uni otg DISE O Y VERIFICACI N DE CARGA AXIAL DE PILOTES Primera edici n digital Julio 2011 Lima Per O Jorge E Alva Hurtado amp Nilton Guill n Ch vez PROYECTFO EIBRO DIGITAL PLD 0092 Editor V ctor L pez Guzm n http www guzlop editoras com suzlopster Wgmail com guzlopnano Vgmail com facebook com guzlop twitter com guzlopster 428 4071 999 921 348 E 4 i E r LIBRO DIGIT LA eS aF 3 proyecto LES digital propone qu 5 apuntes de clases las tesis los avances en investigaci n a papers AP 7 profesores de las peruanas sc s invertidos libro digital Es forma trav s de nuestra p gina web Los recursos econ micos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nhestras por los trabajos de edici n y pu a
7. a 1990 El m todo de Davisson define la carga ltima como aquella que corresponde un asentamiento que excede la compresi n el stica del pilote en x 3 8 D 120 donde D es el di metro del pilote en mm El m todo de Butler y Hoy define a la carga de rotura como el punto de intersecci n de dos rectas tangentes la primera corresponde a la tangente a la curva con una inclinaci n de 0 05 pulg ton y la segunda recta tangente es aquella paralela a la l nea de compresi n el stica del pilote y tangente a la curva El m todo de Fuller y Hoy indica que la carga de rotura corresponde al punto en la curva carga asentamiento tangente a una recta de inclinaci n 0 05 pulg ton El m todo de Vesic establece un asentamiento de 1 pulgada que corresponde a la carga ltima La interpretaci n gr fica de estos m todos se presenta en la Figura 5 y los resultados en la Tabla 2 Se aprecia que la carga de dise o considera un factor de seguridad de 2 0 si es que se realiza el ensayo de carga Los resultados de la aplicaci n de los m todos de Davisson y Butler y Hoy son similares siendo inferiores a los valores de los m todos de Fuller y Hoy y Vesic Se concluye que los pilotes del estribo este tienen una carga individual de dise o de 30 toneladas CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1 Para la predicci n de la carga axial de pilotes fue necesario realizar un estudio geot cnico de cimentaci n apropiado de suficiente profundidad y con la ejecuci n
8. catorio de la Capacidad de Carga Axial de los Pilotes de la Pila Central y Estribos del Puente Killman Informe presentado a V GMI Alva Hurtado J E 1993 Cimentaciones Profundas Seminario Cimentaciones de Estructuras Comit Peruano de Mec nica de Suelos Fundaciones y Mec nica de Rocas Lima Aoki N y Velloso D A 1975 Un M todo Aproximado para Calcular la Capacidad de Carga de Pilotes V Congreso Panamericano de Mec nica de Suelos e Ingenier a de Cimentaciones Buenos Aires Argentina pp 367 376 Decourt L y Quaresma A R 1978 Capacidad de Carga de Pilotes a partir de Valores de SPT 6to Congreso Brasilero de Mec nica de Suelos e Ingenier a de Cimentaciones R o de Janeiro Guill n 1994 Capacidad Ultima de Carga de Pilotes en Carga Axial Tesis de Grado Facultad de Ingenier a Civil Universidad Nacional de Ingenier a Lima Per M ndez 1992 Estudio Geot cnico Complementario Construcci n Puente Killman Informe presentado a la H M de Cochabamba Bolivia Meyerhof G G 1976 Bearing Capacity and Setlement of Pile Foundation Eleventh Terzaghi Lecture Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division ASCE GT3 pp 195 228 Prakash S y Sharma H D 1990 Pile Foundations in Engineering Practice John Wiley New York Velloso P P C 1982 Cimentaciones Aspectos Geot cnicos Vol 3 Pontificia Universidad Ca
9. de ensayos de penetraci n est ndar 2 Existen variaciones en los valores de carga ltima y carga de dise o de los pilotes sometidos a carga axial determinados en base a las f rmulas emp ricas El m todo de Aoki Velloso presenta los valores m s bajos de capacidad de carga de los pilotes de los estribos mientras que el m todo de Meyerhof presenta los valores m s bajos para los pilotes de la pila central Se utiliz en la predicci n el m todo de Aoki Velloso 3 El ensayo de carga realizado en un pilote del estribo este indica que puede considerarse una carga de dise o de 30 toneladas con un factor de seguridad de 2 0 La eficiencia de grupo de los pilotes de los estribos este y oeste es de 1 0 El asentamiento del grupo de pilotes de los estribos es de 12 mm 4 La capacidad de carga de dise o de los pilotes de la pila central es de 30 toneladas considerando una eficiencia de grupo de 0 7 y un factor de seguridad de 2 5 ya que no se efectu ensayo de carga en estos pilotes El asentamiento del grupo de pilotes en la pila central seria de 19 mil metros 5 Se recomend redise ar el puente Killman aligerando las cargas para que stas sean compatibles con las capacidades de carga y asentamiento de los pilotes de la cimentaci n existentes en la cimentaci n Se recomienda el empleo la metodolog a descrita para el dise o de pilotes sometidos a carga axial REFERENCIAS Alva Hurtado J E 1992 Estudio Verifi
10. nsayos de clasificaci n en el laboratorio La capacidad ltima de carga se ha predicho mediante el empleo de f rmulas emp ricas para luego determinar la capacidad admisible en base a un factor de seguridad apropiado La verificaci n de la capacidad de carga de los pilotes se efect a mediante ensayos de carga y f rmulas de hinca que se ejecutan en el campo Adicionalmente en el dise o de los pilotes hay que considerar el factor de eficiencia de grupo y el asentamiento INTRODUCCION En este art culo se documenta la verificaci n de la carga axial de los pilotes existentes en los estribos este y oeste y la pila central del puente Killman localizado en la ciudad de Cochabamba Bolivia El estudio se llev a cabo como parte de la tarea de la Asociaci n PyV GMI contratada por la Honorable Municipalidad de Cochabamba para supervisar la construcci n de la obra Alva Hurtado 1992 Se utilizaron los m todos de predicci n de carga axial basados en f rmulas emp ricas que utilizan resultados de ensayos de penetraci n est ndar Tambi n se ejecut un ensayo de carga in situ para determinar la capacidad de carga y asentamiento de los pilotes en el estribo este Se calcul la eficiencia del grupo de pilotes y se evalu el asentamiento individual y del grupo de pilotes En este art culo tan s lo se presenta el an lisis de carga 1 Profesor Principal y Director del CISMID Facultad de Ingenier a Civil Universidad Nacional de Ingenier a
11. on una estructura m s ligera compatible con las cargas y los asentamientos de los pilotes y grupos de pilotes determinados en este estudio La Figura 1 presenta la estructura original del Puente Killman y su cimentaci n as como las ubicaciones de los sondajes ordenados por la Supervisi n para verificar la cimentaci n ESTUDIO GEOTECNICO DE CIMENTACI N Con el prop sito de verificar las caracter sticas de la cimentaci n se orden la ejecuci n de tres sondajes con ensayos de penetraci n est ndar en las ubicaciones de los estribos este y oeste y la pila central Los trabajos fueron realizados por M ndez 1992 bajo la direcci n de la Supervisi n La Figura 2 presenta los resultados de los ensayos de clasificaci n y los valores de N del ensayo de penetraci n est ndar La estratigraf a en el rea en estudio est constituida por suelos finos En el estribo este existen capas alternadas de suelos limosos y arcillas mientras que en la pila central y el estribo oeste el suelo es m s uniforme del tipo limoso de baja plasticidad Los valores de N aumentan con la profundidad hasta 20 25 golpes pie a los 20 metros El nivel fre tico es superficial Los sondajes se ejecutaron a rotaci n con el empleo de lodo benton tico PREDICCION DE LA CARGA ULTIMA La predicci n de la carga ltima y de la carga admisible de los pilotes individuales se realiz mediante el programa de c mputo FEPC Guill n 1994 que incorpora los m todos de
12. t lica R o de Janeiro 10 Vesic A S 1977 Design of Pile Foundations National Cooperative Highway Research Program Synthesis of Highway Practice Transportation Research Board Washington D C TABLA 1 RESULTADOS DE PREDICCION LA CARGA ULTIMA PILOTES PUENTE KILLMAN FRANKI ARTESANAL 0 45 0 60 10 7 Carga Ultima toneladas Aoki Velloso Velloso Meyerhof SC Meyerhof Sondaje Carga Dise o tons 20 3 33 9 48 5 43 7 39 5 FS 2 5 SC Sin Correcci n CC Con Correcci n TABLA 2 RESULTADOS DE INTERPRETACI N DE ENSAYOS DE CARGA EN PILOTES PUENTE KILLMAN FRANKI ARTESANAL 0 45 0 60 L 10 7 Carga Ultima toneladas Pilote Carga Dise o tons FS 2 0 30 30 5 37 8 39 2555 2350 2545 2540 2520 2525 2520 PENE 51 50 DH 22 25 75 25 75 El 2550 2 RASANTE El 2550 470 ERRENO EXISTE e eS PROTECCION DE TALUD BE l 284 DE CANALIZACION DEL RO ___ ________ O MEDIANTE COLCHONETAS TIPO RENO __ or LOTES DE CONCRETO FRANKI PILOTES DE CONCRETO PREFABRICADO 30 x 0 30 8 6 mis PILOTES DE CONCRETO TIPO FRANKI 0 45
13. te Killman Cochabamba Bolivia ASENTAMIENTO mm CARGA Tn Fig 4 RESULTADO DEL ENSAYO DE CARGA Pilote Tipo Franki Estribo Este Puente Killman Cochabamba Bolivia G A N u 5 ASENTAMIENTO de corga 185 Extropeleci n Fig 5 INTERPRETACION DEL ENSAYO DE CARGA SEG N METODOS GRAFICOS Davisson Fuller y Hoy Butler y Hoy Vesic Centro Peruano Japon s de Investigaciones S smicas y Mitigaci n de Desastres Av Amaru N 1150 Lima 25 Apartado Postal 31 250 Lima 31 Tel fonos 51 1 482 0777 482 0804 Fax 481 0170 e mail director Wuni edu pe http www cismid uni otg
14. ultados de la predicci n de la carga ltima y la carga de dise o FS 2 5 de los pilotes individuales del estribo este del puente Killman en base al sondaje realizado en dicha zona Se aprecia que el m todo de Aoki Velloso presenta el valor m s bajo de la carga de dise o para estas condiciones Los pilotes del estribo oeste presentan valores mayores de carga ya que el subsuelo tiene una mayor resistencia seg n el sondaje realizado en dicha zona La predicci n de la capacidad de carga de los pilotes de la pila central arroj valores de dise o superiores a las 40 toneladas ENSAYO DE CARGA Con el prop sito de verificar la carga ltima de los pilotes individuales del estribo este del puente Killman los cuales arrojaron un valor menor de carga de dise o que los del estribo oeste se ejecut un ensayo de carga siguiendo la norma ASTM D 1143 El personal y los equipos para la ejecuci n del ensayo fueron de la localidad La supervisi n e interpretaci n del ensayo fueron realizados por los autores La Figura 3 presenta la ubicaci n del pilote vertical ensayado y la ubicaci n del sondaje utilizado en la predicci n de la carga de dise o La Figura 4 presenta los resultados del ensayo de carga en el pilote ensayado siguiendo el procedimiento de la norma ASTM La interpretaci n de la carga ltima del ensayo de carga fue realizada siguiendo los m todos de Davisson Butler y Hoy Fuller y Hoy y Vesic que se documentan en Prakash y Sharm
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