escuela tecnica superior de ing. de caminos, canales y puertos

ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ING. DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
ASIGNATURA: PROCEDIMIENTOS ESPECIALES DE CIMENTACION
PLAN 83/84/ 6ºCURSO / AÑO 2010/11
Se desea construir el estribo de un paso superior mediante un pequeño muro cercano
al talud de la trinchera a realizar. Las dimensiones de la zapata del muro son 3,1x 20
m, y la distancia horizontal entre el borde más exterior de su base y el talud es de 3 m.
Las cargas a transmitir por el estribo, referidas al centro de gravedad de la cara inferior
de la zapata son:
Carga vertical: N=636,86 t;
Momento longitudinal: 181,81 mt
Carga horizontal: 129,09 t
Las investigaciones geotécnicas realizadas han revelado que el terreno de
cimentación muestra un peso específico aparente de 2 t/m2, una cohesión efectiva de
2,5 t/m2 y un ángulo de rozamiento interno efectivo de 31º. El nivel freático se
encuentra muy profundo.
Determinar la presión admisible para la zapata prevista si la trinchera se realiza con
una pendiente 3H:2V. Comprobar si el diseño realizado es válido para las cargas
actuantes.
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ASIGNATURA: PROCEDIMIENTOS ESPECIALES DE CIMENTACION
PLAN 83/84/ 6ºCURSO / AÑO 2010/11
Una de las pilas de un puente se encuentra situada en el cauce de un río. El terreno
está formado por una arena arcillosa cuyo peso específico aparente es de 18 kN/m3
por encima del nivel freático, y de 20 kN/m3 bajo el mismo (suelo saturado). Su
cohesión efectiva es c’= 20 kPa y su ángulo de rozamiento interno efectivo es φ’=32°.
Se piensa ejecutar la cimentación de la pila del puente mediante una zapata de
dimensiones B= 6 m, L= 6 m, empotrada 2 m bajo el lecho del río.
Para construir la cimentación se ha previsto ejecutar un recinto estanco mediante
tablestacas (cofferdam), de manera que se pueda agotar por el interior de dicho
recinto mediante un bombeo, manteniendo el nivel de agua a la cota del lecho del río
mientras se construyen zapata y pila. El estudio de la red de filtración correspondiente
para el rebajamiento previsto indica que con el bombeo se originará un flujo
ascendente de agua en el terreno situado alrededor del emplazamiento de la zapata,
de forma que la altura piezométrica de cualquier punto situado a 2 m bajo su base será
de 6,5 m. A efectos prácticos se puede suponer que el gradiente hidráulico originado
será constante.
Se pide calcular las presiones de hundimiento para carga vertical centrada en las
siguientes situaciones:
1.- En la situación provisional de construcción, con la excavación realizada y el
agotamiento en funcionamiento.
2.- En la situación más común de servicio, con el puente construido y con la lámina de
agua del río situada a 5 m sobre el lecho del cauce.
3.- Suponiendo que se realiza un trasvase aguas arriba del río y que, en una época de
sequía, la lámina de agua desciende por debajo del lecho hasta que el nivel freático
coincide con la base de la zapata.
4.- Suponiendo que la sequía se prolonga y el nivel freático profundiza 6 m por debajo
de la base de la zapata.
5.- Explicar las diferencias obtenidas.
NOTA: El peso específico del agua se puede suponer γw=10 kN/m3.
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PLAN 83/84/ 6ºCURSO / AÑO 2010/11
Un pilar transmite una carga vertical V=4000 kN. Se cimenta sobre un encepado con
dimensiones en planta de 5 m (longitudinal) por 3 m (transversal), situado por encima
del suelo. Dicho encepado apoya sobre 4 pilotes prefabricados, separados 4 m
(longitudinal) y 2 m (transversal) entre ejes. Los pilotes son de sección cuadrada, de
35 cm de lado.
Debido al viento se puede alcanzar, bien un momento longitudinal Ml=800 mkN en
cualquiera de los dos sentidos, bien un momento transversal Mt=500 mkN, también
con posibilidad de actuar en los dos sentidos del eje transversal del encepado. Se
desprecian los cortantes horizontales y el peso del encepado.
El terreno consiste en una capa de 12 m de arcilla de densidad aparente 18 kN/m3 que
en condiciones drenadas presenta una cohesión efectiva nula y un ángulo de
rozamiento Φ’=20º. Bajo las arcillas se encuentra un nivel de arenas con menos del
15% de finos, cuya densidad aparente 20 kN/m3 y su ángulo de rozamiento interno
resulta ser de 35º. El nivel freático se encuentra a gran profundidad.
Se pide:
a) Calcular la carga del pilote más y menos cargado.
b) Si el último pilote se rompe al hincarlo y se decide hacer otro en su lugar,
desplazado 60 cm en el sentido del eje longitudinal y hacia dentro del
encepado previsto, evaluar cuánto aumenta la carga del pilote más cargado.
c) Determinar la longitud de empotramiento necesaria en el estrato de arenas
para que el factor de seguridad frente al hundimiento sea 3 (punta y fuste) para
la situación más desfavorable.
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EJERCICIO DE PILOTES 2.
Alrededor del pilar y del encepado del ejercicio anterior se coloca una sobrecarga que
provoca el asiento de la capa superior de arcillas. Suponiendo que se moviliza
completamente el rozamiento negativo en dicha capa, se pide:
1. Calcular el incremento de carga originado por el rozamiento negativo señalado.
2. Determinar la validez estructural de los pilotes para las nuevas cargas (se
puede suponer que un pilote prefabricado convencional de hormigón armado
alcanza un tope estructural de 12,5 MPa).
3. Calcular la nueva longitud de empotramiento de los pilotes para mantener el
mismo factor de seguridad frente al hundimiento.
4. Indicar justificadamente qué información adicional sería necesaria y cuál sería
la metodología a seguir para realizar una estimación más ajustada del
rozamiento negativo.
5. Describir qué posibles actuaciones podrían llevarse a cabo para reducir el
efecto del rozamiento negativo en las arcillas.
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Se han de ejecutar unas pilas-pilote para la construcción de una estructura. El terreno
de cimentación se ha investigado mediante sondeos y penetrómetros estáticos, que
han proporcionando el perfil litológico y resistente mostrado en la figura. Los pilotes a
ejecutar se han previsto de 1 m de diámetro y se ejecutarán al abrigo de lodos
bentoníticos.
Se pide calcular la profundidad de empotramiento necesaria para alcanzar el tope
estructural de los pilotes para el factor de seguridad correspondiente a combinación de
carga casi permanente. Se puede suponer que las arcillas blandas y las arenas flojas
a medias superiores no contribuyen a la resistencia (esto es, que el terreno resistente
a efectos prácticos comienza en la capa de arenas densas situada a partir de 30 m de
profundidad).
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Los pilares de un edificio van a transmitir una carga máxima vertical de 700 t (7000
kN). Asimismo podrán coexistir momentos en dos direcciones perpendiculares,
longitudinal y transversal, de 275 y 200 mt (2750 y 2100 mkN) respectivamente.
El terreno de cimentación se ha investigado mediante sondeos. La estratigrafía
detectada consiste en:
• una primera capa de arenas grises muy flojas.
• Un segundo nivel de arenas marrones medianamente densas, con contenido
de finos inferior al 15% y D50=0,4 mm.
• Un tercer nivel de las mismas arenas anteriores, pero de compacidad creciente.
Para investigar la resistencia de las capas anteriores se cuenta con una batería de
ensayos SPT, ejecutados cada 2 m y representados conjuntamente en la figura
adjunta en términos de N60.
Se decide cimentar los pilares más cargados mediante grupos de 9 pilotes de 65 mm
de diámetro, excavados en seco y hormigonados in situ. Sobre cada grupo de pilotes
se dispondrá un encepado con dimensiones en planta de 8 m en sentido longitudinal y
6 m en sentido transversal. El canto del encepado será de 1 m. El vuelo de los pilotes
exteriores en ambos sentidos será de 1 m, y la distancia entre ejes de pilotes, de 3 m
en sentido longitudinal y de 2 m en sentido transversal (ver croquis adjunto).
Se pide:
1.- Calcular la carga de los pilotes más y menos cargados (se puede suponer un peso
específico del hormigón del encepado de 2,5 t/m3 (25 kN/m3).
2.- Calcular el empotramiento necesario de los pilotes para soportar su tope estructural
con coeficiente de seguridad 3 frente al hundimiento.
3.- En uno de los encepados ejecutados, el pilote marcado con una X ha quedado
cortado y no se puede considerar que contribuya a soportar las cargas. En estas
condiciones, ¿cuál sería la carga del pilote más cargado?. ¿Sería aceptable?. En caso
de no serlo ¿qué se debería hacer?.
GOLPEO SPT CORREGIDO N60
0
0
5
10
PROFUNDIDAD (M)
15
20
25
30
35
40
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
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El proyecto de una línea de ferrocarril de alta velocidad en Galicia requiere la
construcción de un viaducto sobre los terrenos aluviales de un río. Para su
investigación se cuenta con un sondeo por cada una de las pilas, que han arrojado un
perfil de terreno muy uniforme.
Así, los primeros 11,1 m contados desde la superficie están constituidos por un aluvial
areno-limoso de muy baja calidad geotécnica (SPT del orden de 3, como mucho). Su
peso específico aparente es de 18 kN/m3.
Por debajo surge un potente nivel granodiorita, intensamente alterada hasta haberse
convertido en un suelo granular.
El nivel freático se sitúa en el contacto entre el depósito aluvial y el sustrato alterado.
Los ensayos realizados en el suelo de alteración muestran una granulometría típica de
una arena gruesa, con D50 = 0,6 mm, un 13% de finos como media, que además no
parece presentar partículas de más de 5 cm de diámetro. Por las observaciones
realizadas la cohesión efectiva de este suelo ha de considerarse despreciable. Su
peso específico saturado es de 20 kN/m3.
Se cuenta con una población considerable de ensayos SPT, realizados con un equipo
que presenta una eficacia del golpeo (rendimiento) del 60% (η=60). La figura adjunta
muestra los resultados de estos ensayos, sin corregir. Para facilitar la conversión a
Ncorregido y N60 , en la misma figura se recoge asimismo la ley de presiones efectivas
verticales.
Las cargas a transmitir por las pilas del viaducto resultan francamente elevadas, de
manera que se prevé cimentarlas con grupos de pilotes de 1.500 mm de diámetro.
Se pide:
1.- Justificar el tipo de pilote a perforar y establecer su tope estructural para el
diámetro previsto.
2.- Obtener el perfil de N60 con respecto a la profundidad en la capa de granodiorita
alterada.
2.- Estimar el empotramiento necesario de los pilotes para soportar su tope estructural
con coeficiente de seguridad 3 frente al hundimiento mediante el método en los
parámetros resistentes del modelo de Mohr-Coulomb. Se podrá despreciar la
contribución de la capa aluvial.
Se podrá suponer que la relación entre el golpeo N60 y el ángulo de rozamiento interno
puede obtenerse de la figura siguiente, donde en ordenadas se representa N60 y en
abscisas el ángulo de rozamiento, en grados.
Golpeos SPT sin corregir y presión efectiva vertical (kPa/10)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
2
3
1
3
10
2
2
30
31
21
33
25
35
profundidad (m) 27
20
36
29
33
40
37
44
30
48
40
80
44
81
81
47
40
79
50
80
53
57
50
82
80
59
62
79