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DISEÑO DE CIMENTACIONES PASO A PASO Y CON SAP2000 MAG. JOHAN JAMES HINOSTROZA YUCRA

DISEÑO DE CIMENTACIONES

FUENTE: slideshare.net/hamed1469/overview-of-foundation-design-for-the-burj-dubai-34820199

CAPÍTULO 5 : ZAPATAS CON PILOTES

PROFESOR: JOHAN JAMES HINOSTROZA YUCRA CORREO: [email protected] [email protected] CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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El Burj Dubai cuenta con un área total de 460000m2 en pisos, que incluyen residencias, hoteles, comercio, oficinas, entretenimiento, mall, entre otros. Tiene una altura que supera los 800m. El sistema de fundación esta soportado en 194 pilotes de 1.5 m de diámetro que se extienden 47.5 metros debajo de la base del cabezal.

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CAPÍTULO 5: ZAPATAS CON PILOTES ➢ I.- Predimensionamiento ➢ II.- Diseño por cortante ➢ III.-Diseño por punzonamiento ➢ IV.- Micropilotes ➢V.- Coeficiente de Balasto CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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CAPÍTULO 5: ZAPATAS CON PILOTES ➢ I.- Predimensionamiento ➢ II.- Diseño por cortante ➢ III.- Diseño por punzonamiento ➢ IV.- Micropilotes ➢V.- Coeficiente de Balasto CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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I.- Predimensionamiento Las zapatas sobre pilotes son de concreto armado necesariamente. Para dimensionarlas, es necesario conocer el número de pilotes que contienen. Para hallar el numero de pilotes se procede de la siguiente manera, según como trabaja el sistema de pilotes. Trabajo por punta:

𝑷𝒔 N° de pilote𝒔 = 𝒒𝒑 Ps = Carga de la zapata (Incluye peso de la zapata, del terreno) 𝑞𝑝 = Capacidad de carga del pilote CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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DISEÑO DE CIMENTACIONES PASO A PASO Y CON SAP2000 MAG. JOHAN JAMES HINOSTROZA YUCRA En el caso de que los pilotes trabajen por fricción, es necesario reducir la eficiencia de grupo, ya que estos tienen a hundirse en el terreno. Trabajo por fricción: 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜 = 1 − 𝑇𝑎𝑛−1

N° de pilote𝒔 =

𝑑𝑝 𝑛−1 ∗𝑚+ 𝑚−1 ∗𝑛 ∗[ ] 𝑆 90 ∗ 𝑚 ∗ 𝑛

𝑷𝒔 𝟏 ∗ 𝒒𝒑 𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂𝒈𝒓𝒖𝒑𝒐

𝑑𝑝 = Diámetro del pilote 𝑆 = Distancia de centro a centro entre pilotes adyacentes 𝑚 = N° de hileras de pilotes 𝑛 = N° de pilotes por hilera 𝑞𝑝 = Capacidad de carga del pilote Ps = Carga de la zapata (Incluye peso de la zapata, del terreno) CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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Criterios para el Predimensionamiento Los pilotes se distribuyen uniformemente en la zapata, esto determinará las dimensiones de la zapata. La distancia de centro a centro entre dos pilotes será mayor que 90cm y que 2.5 a 3 veces en diámetro del pilote

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𝑆 ≥ 90𝑐𝑚 𝑆 ≥ 3𝑑𝑝

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Verificación de carga en pilotes Al conocer el número de pilotes, se verifica la carga generada en ellos por la condición de sismo no exceda 1.33𝒒𝒑 . Si la excentricidad de la carga respecto al CG de la zapata es Xc e Yc, la carga que actúa sobre cada pilote es:

1 𝑌𝑐 × 𝑦 𝑋𝑐 × 𝑥 𝑃 =𝑁∗( ± ± ) 2 2 σ 𝑦𝑖 σ 𝑥𝑖 𝑛 P = Carga en el pilote analizado N = Carga que baja por la columna n = N° total de pilotes y = Distancia del centro de gravedad del pilote analizado al eje X x = Distancia del centro de gravedad del pilote analizado al eje Y 𝑦𝑖 = Distancia del centro de gravedad del pilote i − ésimo al eje X 𝑥𝑖 = Distancia del centro de gravedad del pilote i − ésimo al eje Y CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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Criterios para el Diseño Después de verificar que las cargas en los pilotes no excedan su capacidad, se procede a diseñar la zapata. Cuando la distancia entre el eje de cualquier pilote y el eje de la columna es mayor que 2 veces la distancia entre la parte superior del pilote y la parte superior de la zapata, el procedimiento es el mismo que en el caso de zapatas aisladas. La única diferencia es que, en lugar de trabajar con una carga repartida, se consideran una serie de cargas concentradas generadas por los pilotes y ubicadas en sus centros de gravedad. Las secciones críticas para el diseño son las mismas.

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Criterios para diseño En caso que la sección crítica atraviese un pilote, se considerará que el 100% de la carga del pilote genera esfuerzos sobre la zapata si éste es tangente exteriormente a dicha sección. Si el pilote es tangente interiormente, no se tomará en cuenta la carga del pilote. En un caso intermedio, la carga a considerar se determina por interpolación lineal. Extraído de Harmsen

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CAPÍTULO 5: ZAPATAS CON PILOTES ➢ I.- Predimensionamiento ➢ II.- Diseño por cortante ➢ III.- Diseño por punzonamiento ➢ IV.- Micropilotes ➢V.- Coeficiente de Balasto CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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II.- Diseño por cortante Contribución al cortante de los pilotes

Extraído de Higashi

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RESISTENCIA A CORTANTE EN UNA DIRECCIÓN: Al igual como se diseña zapatas simple se tiene que cumplir que 𝑉𝑢 ≤ ∅𝑉𝑛

∅𝑉𝑐 = ∅(0.53 𝑓 ′ 𝑐 𝑏𝑜 d) ∅ = 0.75

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RESISTENCIA A CORTANTE EN DOS DIRECCIONES: Al igual como se diseña zapatas simple se tiene que cumplir que 𝑉𝑢 ≤ ∅𝑉𝑐 ∅ = 0.75 2 ∅𝑉𝑐 = ∅ 0.53 1 + 𝛽 ∅𝑉𝑐 = ∅ 0.27

𝛼𝑠 𝑑 +2 𝑏𝑜

𝑓 ′ 𝑐 𝑏𝑜 𝑑

𝑓 ′ 𝑐 𝑏𝑜 𝑑

∅𝑉𝑐 = ∅ 𝑓 ′ 𝑐 𝑏𝑜 𝑑 ∅𝑉𝑐 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑒𝑠, 𝛽 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑎𝑙 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝛼𝑠 𝑒𝑠 40 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠, 30 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 𝑦 20 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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CAPÍTULO 5: ZAPATAS CON PILOTES ➢ I.- Predimensionamiento ➢ II.- Diseño por cortante ➢ III.- Diseño por punzonamiento ➢ IV.- Micropilotes ➢V.- Coeficiente de Balasto CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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III.- Diseño por punzonamiento En las zapatas sobre pilotes, se verifica el punzonamiento no sólo alrededor de la columna, sino también alrededor de cada pilote Si la distancia libre entre dos pilotes es menor que d, la sección crítica envolverá los dos pilotes

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RESISTENCIA A PUNZONAMIENTO EN ESQUINA Al igual como se diseña zapatas simple se tiene que cumplir que 𝑉𝑢 ≤ ∅𝑉𝑐 ∅ = 0.75 2 ∅𝑉𝑐 = ∅ 0.53 1 + 𝛽 ∅𝑉𝑐 = ∅ 0.27

𝛼𝑠 𝑑 +2 𝑏𝑜

𝑓 ′ 𝑐 𝑏𝑜 𝑑

𝑓 ′ 𝑐 𝑏𝑜 𝑑

∅𝑉𝑐 = ∅ 𝑓 ′ 𝑐 𝑏𝑜 𝑑 ∅𝑉𝑐 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑒𝑠, 𝛽 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑎𝑙 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝛼𝑠 𝑒𝑠 40 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠, 30 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 𝑦 20 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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CAPÍTULO 5: ZAPATAS CON PILOTES ➢ I.- Predimensionamiento ➢ II.- Diseño por cortante ➢ III.- Diseño por punzonamiento ➢ IV.- Micropilotes ➢V.- Coeficiente de Balasto CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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III.- Micropilotes • Elementos de alta resistencia con diámetros pequeños (Entre 2” y 12”) • Componentes:

• Capacidad estructural: Acero • Soportan principalmente a tensión y compresión CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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• La capacidad geotécnica: • Qt=Qs+Qb

Donde Qs: Resistencia por fuste Qb: Resistencia de punta CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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Ventajas • Posibilidad de realizar pruebas de carga • antes de poner en servicio. • Adaptación: sistemas de rosca continua. • Facilidad de instalación.

• Impacto ambiental reducido. • Rentabilidad

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Área de aplicación

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Sistemas disponibles para micropilotes

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Sistema GEWI

• Acero rosca continua • Longitudes de 11.8m • Accesorios: Tuercas, platinas y acoples. CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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Sistema DIWI

Sistema auto perforante con broca de un solo uso. Barras huecas.

Accesorios: Broca, tuercas, platinas y acoples. Longitudes de 3m a 4m Desventajas: No se puede realizar inyección repetitiva CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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CAPÍTULO 5: ZAPATAS CON PILOTES ➢ I.- Predimensionamiento ➢ II.- Diseño por cortante ➢ III.- Diseño por punzonamiento ➢ IV.- Micropilotes ➢V.- Coeficiente de Balasto CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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¿Qué es el coeficiente de balasto? ➢ Este coeficiente no depende solo de las características del suelo, sino también del área donde actúa la carga. ➢ Por ello, estos valores no se pueden obtener directamente de las tablas

Obtención del K de balasto ➢ En el laboratorio, se obtiene el valor del K30. Este valor representa el valor del coeficiente de K de balasto asociada a una placa de 30x30 cm (Por ello K30) ➢ A partir de este valor podemos obtener el valor del K de balasto para el área deseada mediante las siguientes fórmulas. CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

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Para una zapata cuadrada o área cuadrada ➢ Suelo cohesivo:

𝑘30 × 0.3 𝑘= 𝐵

➢Para suelo arenoso:

𝑘 = 𝑘30 ➢Para suelo entre arena y arcilla:

𝑘= CLASE ? : ZAPATAS CON PILOTES

𝐵 + 0.3 2𝐵

%𝑐𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖𝑣𝑜 𝑘𝑐𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖𝑣𝑜 100

2

%𝑎𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑜 + 𝑘𝑎𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑜 100 28 /29

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Para una zapata rectangular o de área rectangular 𝑘𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟

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2 𝐵 = 𝑘𝑐𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑜 1 + 3 2𝐿

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