Fundamentos para Puentes (Con Diagrama)
A. Fundaciones poco profundas:
Las bases someras se definen normalmente como aquellas cuyas profundidades son menores que sus anchuras. Los cimientos para mampostería, concreto en masa o muelles RC y pilares de alturas menores que soportan vanos comparativamente más pequeños y que no tienen posibilidad de estropear normalmente se hacen poco profundos.
En los casos en los que los materiales de base son tales que la capacidad de carga segura es muy baja dentro de la poca profundidad, este tipo de bases, aunque por lo demás son adecuadas, pueden no ser recomendables y se puede recurrir a bases profundas.
Diseño de la zapata :
Si la zapata de la cimentación está sujeta solo a la carga directa, la presión de la cimentación se puede obtener al dividir la carga con el área de la balsa.
Sin embargo, si se somete a un momento adicional a la carga directa, las presiones de cimentación máxima y mínima se calculan de la siguiente manera:
Para pie rectangular, no se desarrollará ninguna tensión en la base si la resultante del efecto combinado de carga directa y momento permanece dentro del tercio medio de la base. Si el resultado cae solo en la tercera línea media, la presión máxima de la cimentación en ese caso es igual al doble de la presión directa y el mínimo es igual a cero.
Cuando el resultado supera la tercera línea media, se desarrolla tensión y, por lo tanto, toda el área de la cimentación no permanece efectiva para sostener la carga que viene sobre ella.
La ecuación (21.1) ya no es válida para estimar la presión máxima de cimentación que se puede hacer como se explica a continuación:
El punto de aplicación de la resultante está a una distancia de "a" del dedo del pie. Para no desarrollar una condición de tensión en el ancho efectivo modificado, la resultante debe pasar a través de la tercera línea media y, por lo tanto, el ancho efectivo debe ser igual a "3a" para satisfacer la condición del tercer centro.
La presión total de la base por metro de longitud de pie debe ser igual a la carga vertical, P, es decir, la carga que viene en el pie por metro de longitud.
Suponiendo un metro de longitud de pared
Generalmente, en las fundaciones que descansan sobre el suelo, no se permite la tensión. Cuando la cimentación descansa sobre la roca, se puede permitir la tensión siempre que la presión máxima de la cimentación se calcule sobre la base del área real que lleva la carga como se indica en la ecuación (21.3). La balsa de cimentación en este caso necesita un anclaje adecuado con la cimentación roca por barras de clavija.
La estabilidad de la estructura con respecto al deslizamiento y al vuelco debe verificarse en relación con las consideraciones de diseño para los pilares. La adecuación de la zapata se puede verificar con respecto a los momentos y las tijeras considerando la reacción del suelo en la base según lo determinado por el método establecido anteriormente y el peso del suelo sobre la zapata si esta última consideración rige el diseño.
El refuerzo puede proporcionarse en consecuencia si es de hormigón armado.
Ejemplo 1:
Diseñe la balsa de cimentación de un muelle de puente con una carga directa de 270 toneladas y un momento de 110 toneladas por metro sobre un eje más largo en la base del muelle. La balsa de cimentación descansa sobre una roca con una presión de rodamiento segura de 65 toneladas por metro cuadrado. La longitud de la balsa es de 7.5 m:
Dado que la balsa de cimentación descansa sobre la roca, se puede permitir la tensión siempre que la balsa esté adecuadamente anclada con la roca de cimentación con barras de anclaje y la presión máxima de cimentación se calcule sobre la base del área efectiva que soporta la carga.
Área de acero requerida para resistir el levantamiento = 97, 700 / 200 = 490 mm 2
Use 4 números 20 ϴ en cada lado más largo de la zapata.
Los detalles del anclaje de la balsa de cimentación se muestran en la Fig. 21.4:
B. Fundación Profunda:
1. Fundamentos de pila:
Cuando la extensión poco profunda o los cimientos de la balsa se consideran inadecuados por la consideración del poder de carga del suelo y donde la posibilidad de erosión de los cimientos poco profundos se capta, aunque la tierra de los cimientos es adecuada para la carga, se recurre a los cimientos profundos.
Si la profundidad de la socavación no es apreciable y el suelo subyacente para la base de pilotes es adecuado para tomar la carga de diseño, se adoptan las bases de pilotes. Los cimientos de los pilotes transmiten la carga a los suelos subyacentes de tal manera que el asentamiento de los cimientos no es excesivo y las tensiones de cizallamiento en el suelo están dentro de los límites permisibles después de tener en cuenta el factor de seguridad adecuado.
Las pilas se pueden clasificar en dos grupos según la manera en que transmiten la carga al suelo, a saber:
(1) pilas de fricción y
(2) Pilas de rodamiento de extremo.
El primer grupo de pilotes transmite la carga al suelo a través de la fricción desarrollada entre toda la superficie del pilote de la longitud efectiva y el suelo circundante, mientras que el último grupo, si se conducen a través de un tipo de suelo muy débil pero se apoya en un depósito muy firme como el como grava o roca en la parte inferior, puede transmitir la carga solo por el extremo del rodamiento.
En general, en los pilotes de los extremos, también se transfiere algo de carga al suelo por fricción. De manera similar, en las pilas de fricción, también se transfiere algo de carga al suelo por el apoyo final.
Tipo de pilas:
Las pilas son de varias formas y de diversos materiales. Los tipos más comunes de pilotes utilizados en la construcción de puentes de carreteras son:
(a) pilas de madera
(b) pilotes de concreto
(i) Prefabricado
(ii) Reparto in situ
(c) Pilotes de acero.
(i) Pila tubular ya sea vacía o rellena con concreto.
(ii) Pilas de tornillo.
a. Pilas de madera:
Las pilas de madera son troncos de árboles que son muy altos y rectas que se arrancan las ramas. Pilotes circulares de 150 a 300 mm. los diámetros se usan generalmente, pero a veces se utilizan pilas cuadradas cortadas del duramen de troncos más grandes.
Para un mejor rendimiento durante la conducción, la longitud de las pilas de madera no debe ser más de 20 veces de diámetro (o ancho). Las variedades comunes de maderas indias adecuadas para pilotes son Sal, Teak, Deodar, Babul, Khair, etc.
Las pilas de madera son más baratas que otras variedades de pilotes, pero carecen de durabilidad en ciertas condiciones de servicio donde la variación del nivel del agua que causa un secado y humedecimiento alternativos de las pilas es responsable de la rápida descomposición de las pilas de madera.
Si permanecen permanentemente bajo tierra sumergida, estas pilas pueden durar siglos sin ningún deterioro. Las pilas de madera pueden usarse sin tratar o tratadas con productos químicos como la creosota para prevenir la destrucción de varias bacterias u organismos o la descomposición. Las pilas de madera se ven afectadas por los perforadores marinos en el agua salina.
segundo. Pilotes de hormigón:
Pilotes de hormigón prefabricado:
Los pilotes de hormigón prefabricado pueden ser de forma cuadrada, hexagonal u octagonal, y el primero se usa comúnmente por su ventaja de fácil moldeo y conducción. Por otra parte, las pilas cuadradas proporcionan más superficie de fricción que ayuda a tomar más carga.
Las pilas hexagonales u octogonales, por otro lado, tienen las ventajas de que poseen la misma resistencia en flexión en todas las direcciones y el refuerzo lateral se puede proporcionar en forma de una espiral continua. Además, no se requiere el chaflán especial de los interesados como en las pilas cuadradas. Los pilotes prefabricados pueden ser cónicos o de lado paralelo con el ahusamiento en el extremo impulsor solamente, generalmente se prefiere el último.
Las secciones de pilas cuadradas varían con la longitud de las pilas. Algunas secciones comunes utilizadas son:
Cuadrados de 300 mm para longitudes de hasta 12 m.
Cuadrados de 350 mm para longitudes superiores a 12 m hasta 15 m.
Cuadrados de 400 mm para longitudes superiores a 15 m hasta 18 m.
Cuadrados de 450 mm para longitudes superiores a 18 m hasta 21 m.
Normalmente, las longitudes de las pilas cuadradas se mantienen como 40 veces el lado de las pilas de fricción y 20 veces el lado de las pilas de los extremos.
Los pilotes prefabricados están hechos de una rica mezcla de concreto de proporción 1: 1 ½: 3, y la cabeza del pilote está hecha con una mezcla más rica de 1: 1: 2 para resistir las tensiones dinámicas durante la conducción.
Refuerzo longitudinal a 1, 5 por ciento a 3 por ciento del área de la sección transversal de las pilas en función de la relación entre longitud y anchura y se proporcionan estribos o amarres laterales no menos del 0, 4 por ciento por volumen. Las barras longitudinales deben estar bien atadas por los lazos laterales, cuyo espaciado no debe ser más de la mitad del ancho mínimo.
El espaciado de los lazos laterales en la parte superior e inferior de las pilas debe estar cerca y en general la mitad del espaciado normal. El refuerzo provisto en pilotes prefabricados está provisto para resistir el manejo y los esfuerzos de conducción, a menos que sean pilotes de apoyo, en cuyo caso el refuerzo provisto en los pilotes transmite la carga como en las columnas RC.
Manejo y elevación de pilotes:
Cuando se levantan las pilas prefabricadas, se induce el momento de flexión en las pilas debido al peso propio de las pilas para las cuales se requiere refuerzo en las pilas para atender a estas tensiones de manejo.
Para minimizar la cantidad de dicho refuerzo en pilas, el levantamiento debe hacerse de tal manera que los momentos de flexión desarrollados de este modo se deben llevar a un valor lo más mínimo posible. El levantamiento de dos puntos de las pilas es muy común y puede resumirse de la siguiente manera.
Para la disposición de elevación como se muestra en la Fig. 21.6 (a), el momento positivo en C debe ser igual al momento negativo en B. Del mismo modo, para la disposición de elevación como en la Fig. 21.6 (b) el momento positivo en F debe ser igual a la negativo en D y E. Para satisfacer dicha condición de momento, las dimensiones de los puntos de elevación deben ser como se muestra en la figura.
Pilotes de hormigón fundidos in situ (conducidos o perforados):
Existen muchas variedades de pilotes en el lugar, pero el principio fundamental para hacer los pilotes es el mismo: un tubo de acero hueco es empujado o perforado a través del suelo, creando así un espacio cilíndrico hueco al que se adhiere el concreto. Para formar las pilas de yeso in situ.
Las pilas in situ son pilas circulares con tamaño variable según el tipo y la capacidad de carga. Los pilotes simples suelen tener un diámetro de 350 a 450 mm con una capacidad de carga de 40 a 80 toneladas. Las pilas Franki, por otro lado, tienen un diámetro de 500 mm y llevan una carga de 100 toneladas aprox.
En las pilas de hormigón Simplex, Fig. 21.7 (a), se usa un zapato de hierro fundido en la parte inferior de la tubería de la carcasa para facilitar la conducción de la tubería al martillar con un martillo de hierro en la parte superior sobre una plataforma de madera. Cuando se alcanza el nivel final, la jaula de refuerzo se baja y el hormigón se vierte dentro de la tubería que lo llena parcialmente.
El tubo está ligeramente elevado y de nuevo se vierte el hormigón. Este proceso se continúa, no se completa el hormigonado del espacio y se retira el tubo de revestimiento dejando el pilote completo in situ. Esta pila es principalmente una pila de fricción, pero también se toma algo de carga por la punta de la pila.
El procedimiento de conducción de la tubería de revestimiento en pilas Franki [Fig. 21.7 (b)] es ligeramente diferente de la de la pila Simplex. Se vierte un poco de concreto seco en la tubería que se mantiene en el suelo. Este concreto seco forma un tapón que es aplastado por un martillo de forma cilíndrica que se mueve dentro de la tubería.
El tapón de hormigón sujeta la pared con tanta fuerza que el martillo empuja hacia abajo la tubería junto con el tapón de hormigón hasta que se alcanza el nivel deseado.
En este nivel, el tapón se rompe, se vierte concreto fresco y se embadona a fondo, extendiendo el concreto para formar una bombilla que aumenta el área de apoyo de la pila en la parte inferior y ayuda a soportar más carga.
A medida que el tubo se llena parcialmente por encima de la bombilla después de bajar la jaula de refuerzo, el tubo se eleva y el concreto vuelve a apisonarse pero con menos violencia que en el momento de formar la bombilla. Esta apisonamiento hace que la superficie de la pila sea irregular en forma de corrugación, lo que a su vez aumenta la fricción de la piel de la pila.
El proceso continúa hasta que se completa la pila. Este tipo de pila transmite la carga tanto por fricción como por el cojinete final.
Las pilas Vibro son bastante similares al tipo Simplex y el tubo de la carcasa se introduce en el suelo al martillarlo en la parte superior y al proporcionar una zapata de CI en la parte inferior. La principal diferencia en esta pila es que, en lugar de llenar la tubería con concreto en etapas, se llena completamente con concreto de una consistencia bastante fluida.
Durante la elevación del tubo de revestimiento, se utiliza un tipo especial de martillo que golpea un accesorio del tubo hacia arriba. La vibración creada por el martillo en la tubería y la cabeza estática del concreto fluido ayuda a retirar la tubería, así como a hacer un eje de la pila con vibración continua. La superficie de este tipo de pilotes es lisa y no se forma corrugación.
Las pilas aburridas se encuentran útiles en lugares donde las vibraciones causadas por la conducción del tubo de la carcasa pueden ser perjudiciales para las estructuras vecinas. Estas pilas se lanzan en el espacio hueco hecho por la eliminación de la tierra por medio de aburrido.
Se deben tomar precauciones para evitar que la tierra entre en la carcasa. Los orificios también deben protegerse contra el cuello provocado por un suelo blando o las pilas deben protegerse durante la fundición contra la pérdida de cemento debido al movimiento del agua del subsuelo.
do. Pilas de acero tubulares:
Los pilotes tubulares se pueden conducir con los extremos abiertos o con zapatos de hierro fundido como en la tubería de revestimiento de pilotes de concreto fundidos in situ. Las pilas cuando se conducen abiertas se llenan de tierra automáticamente durante la conducción. Las pilas con el extremo cerrado se pueden mantener vacías o se pueden llenar con concreto.
Tornillo de pilas:
Una pila de tornillo consiste en un eje de acero circular de varios diámetros que varía de 75 a 250 mm y termina en una hoja de tornillo de gran diámetro en la parte inferior. El tornillo es un giro completo, el diámetro de la cuchilla es de 150 mm a 450 mm.
El área de la base de las pilas de tornillos se instala atornillando por medio de un cabrestante con barras largas colocadas en la parte superior de las pilas con la ayuda de la mano de obra. Los motores eléctricos se emplean hoy en día para este propósito, pero el uso de pilas de tornillo se está volviendo cada vez más raro día a día.
Espaciamiento de la pila:
La separación mínima recomendada de las pilas de fricción es 3 d, donde d es el diámetro de las pilas circulares o la longitud de la diagonal para pilas cuadradas, hexagonales u octogonales. La separación más cercana de las pilas de fricción reduce la capacidad de carga de la pila individual y, por lo tanto, no es económica.
Las pilas de cojinetes finales se pueden colocar más cerca. No se ha fijado ningún límite para el espaciado máximo de las pilas, pero generalmente no excede de 4 d.
Cómo se transfiere la carga a través de pilas:
Pilotes de fricción:
Cuando se coloca una carga en la parte superior de una pila de fricción conducida en un suelo granular o cohesivo, tiende a penetrar más. Esta tendencia de movimiento hacia abajo de la pila es resistida por la fricción de la piel entre la superficie de la pila y el suelo.
La magnitud de la fricción de la piel por unidad de área de la superficie del pilote depende del valor de la presión normal de la tierra p y del coeficiente de fricción entre el suelo y la superficie del pilote; ambos de estos valores nuevamente dependen de la naturaleza de la superficie de la pila y la naturaleza del suelo.
Pilas de rodamiento de extremo:
Las pilas de apoyo final se conducen a través de un tipo de suelo muy pobre para apoyarse en una base firme, como arena compactada o depósitos de grava o roca. Por lo tanto, la fricción desarrollada entre la superficie de la pila y el suelo es prácticamente muy pequeña y toda la carga es transmitida por la pila a través del cojinete. Estas pilas actúan como columnas y, por lo tanto, deben diseñarse como tales.
Evaluación de la máxima capacidad de carga de las pilas a partir de la fórmula estática de datos de prueba del suelo:
Pilas en suelos granulares:
La última capacidad de carga, Q u de pilotes en suelo granular se puede obtener de la siguiente fórmula. Se adoptará un factor de seguridad de 2.5 para estimar la capacidad de carga segura de las pilas.
Pilas en suelos cohesivos:
La última capacidad de carga, Q u 'de pilas en suelos puramente cohesivos se puede determinar a partir de la siguiente fórmula. Se aplicará un factor de seguridad de 2.5 para obtener las cargas seguras sobre pilotes.
Q u 1 = A b .N c .C b + α. C .A s (21.7)
Donde, A b = Área planeada de la base de pilotes.
N c = Factor de capacidad de carga generalmente tomado como 9.0
C b = Cohesión media en la punta de la pila en kg / cm 2
α = Factor de reducción como se indica en la tabla 21.2
C = Cohesión media a lo largo de la longitud efectiva de la pila en kg / cm 2
A s = área superficial del eje de la pila en cm 2
Ejemplo 2:
Evaluar la capacidad de carga segura de las pilas perforadas de 500 mm. Dia y 22.0 m de longitud embebidos en un suelo de tipo mixto bajo una estructura de viaducto. El registro de perforaciones en el sitio de trabajo se da a continuación:
Evaluación de la capacidad de carga segura y definitiva de los muelles de la resistencia de conducción - Fórmula dinámica:
Este método tiene en cuenta el trabajo realizado por las pilas para superar la resistencia del terreno durante la conducción y, como tal, iguala la energía del golpe de martillo. En algunos métodos realistas, también se prevén pérdidas de energía debido a la compresión elástica de las pilas y los suelos.
Fórmulas para determinar la carga segura R, sobre pilas (Fórmulas de noticias de ingeniería) :
Separación de pilas:
En el caso de pilotes fundados en estratos muy duros y que derivan su capacidad de soporte de carga principalmente a partir de los cojinetes de extremo, el espacio mínimo de dichos pilotes debe ser 2.5 veces el diámetro de los pilotes.
Las pilas de fricción derivan su capacidad de carga, principalmente de la fricción y, como tales, deben estar lo suficientemente separadas, ya que los conos de distribución o las bombillas de presión de las pilas adyacentes se superponen como se muestra en la figura 21.11. En general, el espaciado de las pilas de fricción debe ser como mínimo 3 veces el diámetro de las pilas.
Disposición de pilas en un grupo: la disposición típica de pilas en un grupo se muestra en la Fig. 21.10. El espacio S indicado en la figura 21.10 debe ser el recomendado.
Acción colectiva de pilotes:
(a) Grupos de pilotes en arenas y gravas:
Cuando las pilas se conducen en arena y grava suelta, el suelo alrededor de las pilas hasta un radio de al menos tres veces el diámetro de las pilas se compacta. En tal caso, la eficiencia del grupo de pilas es más que la unidad.
Sin embargo, para propósitos prácticos, la capacidad de carga de un grupo de pilotes que tiene N número de pilotes es N. Q u, donde Q u es la capacidad de pilotes individuales. En el caso de pilas aburridas en tales estratos de suelo, aunque no existe un efecto de compactación, la eficiencia del grupo también se toma como unidad.
(b) Grupos de pilotes en suelos arcillosos:
En un grupo de pilas de fricción en suelo arcilloso o cohesivo, los conos de distribución o las bombillas de presión de las pilas adyacentes se superponen (Fig. 21.11-a) formando así un nuevo cono de distribución ABCDE (Fig. 21.11-b) el área base de los cuales es mucho menor que la suma de las áreas de los conos de distribución de la pila individual antes de superponerse.
El área de apoyo en la que las cargas de las pilas se transfieren a través del cono de distribución es, por lo tanto, menos, lo que reduce la capacidad de carga de la pila individual debido a la acción del grupo. Si las pilas se mueven con un espaciado más amplio, la superposición de los conos de distribución será menor y, por lo tanto, la eficiencia de la pila individual en ese grupo aumentará.
Por lo tanto, transpira ese aumento en los nn. La cantidad de pilotes en un grupo de pilotes en el que los conos de distribución se superponen no agregará nada a la capacidad de carga del grupo de pilotes, ya que el suelo ya ha alcanzado la condición de "saturado". Las pilas de fricción en suelos arcillosos pueden, por lo tanto, fallar individualmente o como un bloque. La capacidad de carga máxima Q gu, del bloque (Fig. 21.12) viene dada por:
Dado que el bloque debe mantener su peso propio además de las cargas de las pilas, la carga segura del bloque se calculará después de deducir el peso propio del bloque. Normalmente, se permite un factor de seguridad de 3 sobre Q ' g u para obtener la carga segura del bloque. Por lo tanto, la capacidad de carga segura del grupo de pilotes.
Ejemplo 3:
La base de un muelle para un puente de envergadura media se apoya en un grupo de pilotes perforados in situ como se muestra en la Fig. 21.13 que se conduce a través de un suelo arcilloso. Los datos relevantes se dan a continuación:
(i) Longitud de la pila por debajo del arrastre máximo (que es muy pequeña en este caso) = 25 m.
(ii) Diámetro de pilotes, d = 500 mm.
(iii) Cohesión media en toda la longitud de las pilas, C = 0, 45 kg / cm 2
(iv) Cohesión media en la punta del pilote, C b = 0.5 kg / cm 2
(v) Ángulo de fricción interna, ǿ = 0
Determine si la capacidad individual de pilotes o la capacidad de bloque gobierna el diseño si el espaciado de pilotes es (a) 3d y (b) 2.5 d.
Esto es menos que la capacidad total de todas las pilas, es decir, 700 toneladas. Por lo tanto, en este caso, la capacidad del bloque gobierna el diseño. La eficiencia del grupo en este caso es 630/700 x 100 = 90 por ciento. Por lo tanto, al reducir el espaciado de la pila en suelos arcillosos de 3d a 2.5d en este caso particular, la eficiencia de la pila individual en el grupo de pila es del 90 por ciento.
Resistencia lateral de las pilas:
Las pilas conducidas debajo de los pilares o los muros de contención siempre están sujetas a fuerzas horizontales, además de las cargas verticales sobre ellas. Estas fuerzas horizontales son resistidas por la resistencia lateral de las pilas.
El fallo de la estructura a causa de las fuerzas horizontales puede deberse a:
(i) Fallo de corte del propio pilote.
(ii) Falla de la pila por flexión.
(iii) Falla del suelo frente a las pilas, lo que provoca la inclinación de la estructura en su conjunto.
La sección y el refuerzo para las pilas deben ser tales que resistan tanto la cizalla como la flexión que viene sobre las pilas. La tendencia a la inclinación de la estructura en su conjunto es resistida por la resistencia pasiva que ofrece el suelo frente a las pilas.
Se ha observado que la distancia entre los pilotes más externos en la fila delantera del grupo de pilotes más alguna distancia adicional debido al efecto de dispersión (que puede tomarse de 20 ° a 25 ′ como se muestra en la figura 21.14) es efectiva para ofrecer el pasivo Resistencia al movimiento de las pilas junto con la estructura soportada sobre ellas.
Por lo tanto, a partir de la Fig. 21.14, el ancho BC frente al grupo de pilotes que ofrece resistencia pasiva se puede dar mediante la fórmula:
Donde, n = nos. de pilotes en primera fila.
En general, 3, 0 m. a 4, 5 m. La longitud superior de las pilas por debajo del nivel protegido de manera confiable o la profundidad máxima o de socavación es eficaz para ofrecer la resistencia pasiva. Por lo tanto, siempre que el grupo de pilotes se someta a fuerzas horizontales, el área en frente está dada por el ancho BC y una profundidad de unos 3.0 m. a 4, 5 m. Ofrece la resistencia pasiva contra el movimiento de la estructura.
Además, la resistencia horizontal de la tapa del pilote, si permanece en contacto con el suelo, también puede considerarse.
Montones de masa:
En pilares altos, muros de contención, etc., donde la magnitud de la fuerza horizontal que actúa sobre las pilas es tal que la resistencia lateral de las pilas verticales es insuficiente para resistirla, las pilas de talud o las pilas de rastrillo son la respuesta correcta a tales problemas. La desventaja es que para conducir tales pilas, se requieren habilidades especiales y un tipo especial de equipo de conducción.
El componente horizontal de la pila de batidos asume la carga horizontal junto con la resistencia horizontal de la base de la tapa de pilotes si permanece en contacto con el suelo y, por lo tanto, el uso de pilas de talud aumenta el factor de seguridad contra deslizamientos y vuelcos. Con respecto a la capacidad de carga vertical de las pilas de batería, generalmente se asegura que las pilas de batería transporten la misma cantidad de cargas verticales que las pilas verticales.
Evaluación de cargas sobre pilotes:
Si la base está sujeta a carga directa solamente, la carga en la pila se obtiene dividiendo la carga con el número de pilas. Cuando la base se somete a un momento adicional a la carga directa, la carga en pilas puede determinarse según la ecuación 21.18 a continuación, que es bastante análoga a las ecuaciones 21.1 y 21.2.
Donde, W = carga total
N = nos. de pilas
Y = distancia de la pila considerada del grupo de pila cg.
I = Momento de inercia del grupo de pilotes sobre un eje a través del CG del grupo de pilotes.
Al calcular el momento de inercia del grupo de pilotes, las pilas se suponen como unidades que se concentran en sus líneas centrales longitudinales, descuidándose el momento de inercia de las pilas sobre su propio centro.
Ejemplo 4:
Un grupo de pilotes prefabricados se somete a una carga resultante excéntrica de 1125 toneladas como se muestra en la Fig. 21.16 (b). Calcula la carga máxima y mínima transportada por las pilas:
Las cargas transportadas por las pilas en el dedo del pie y el lado del talón se encuentran diferentes porque, aunque debido a la carga excéntrica de la superestructura, la reacción del suelo por unidad de área en el lado del dedo del pie es más que la del lado del talón, el área de la base cubierta por cada pila es la misma y, por lo tanto, la reacción total en el suelo del área cubierta por cada pila, es decir, la carga transportada por cada pila en el lado del dedo del pie es más que la del lado del talón.
Desde la práctica, así como la consideración de los estratos del suelo, es difícil hacer diferentes longitudes de pilas para el lado del dedo del pie y el talón. Pero la adopción de la misma separación de pilas para el lado del talón que para el lado del pie no es económica cuando la longitud de las pilas sigue siendo la misma.
A partir de la consideración de la economía, es deseable ajustar el espaciado de la pila de tal manera que la carga compartida por cada pila en los cimientos de la pila sometidos a la carga directa y el momento, es decir, sujeta a la carga excéntrica sea igual. Un método gráfico para esto se describe a continuación en el Ejemplo ilustrativo 21.5.
Ejemplo 5:
En un muro de contención de 10 m de largo, una carga vertical resultante de 800 toneladas actúa con una excentricidad de 033 m. desde la línea central de la tapa de la pila hacia el lado del dedo del pie. Determine el espaciado de la pila para obtener la misma carga en cada pila. Se puede asumir que las pilas soportan una carga de 25 toneladas por pila:
Solución :
Carga por metro corriente de pared = 800 / 10.0 = 80 toneladas. Excentricidad = 0, 33 m.
. . . Momento sobre la línea central de la tapa de la pila por metro = 80 x 0.33 = 26.4 tm.
Módulo de sección de la tapa del pilote por metro de longitud de pared = 1 x (5.0) 2/6 = 4.17 m 3
. . . Presión máxima y mínima de cimentación = P / A ±
= 22.33 t / m 2 o 9.67 t / m 2
El diagrama de presión de la base ACDB se dibuja a escala con los valores anteriores de las presiones de base máxima y mínima [Fig. 21.17 (b)]. AB y CD se producen para cumplir en E. Con AE como diámetro, se dibuja el semicírculo AHIJGE. El arco BG se dibuja con E como centro. Desde G, FG se dibuja perpendicular en AE. AF se divide en "n" longitudes iguales donde n es el n. de filas de pilotes requeridas dentro del ancho AB.
En el ejemplo, la carga total por metro = 80 toneladas. Suponiendo un espacio de pila de 1.1 m en la dirección longitudinal, carga por 1.1 m de longitud de pared = 80 x 1.1 = 88 toneladas
. . . Números de pilas requeridas por fila = - = 3.52, Diga 4.
Por lo tanto, la AF se divide en cuatro longitudes iguales, a saber, AM, ML, LK y KF. Desde estos puntos en la AF, se caen perpendiculares para encontrarse con el semicírculo en H, I y J. Con E como centro y EH, EI, EJ como radio, los arcos se dibujan para cumplir con la línea AB que divide el diagrama de presión en partes de recorrido del área de los cuales es el mismo y, por lo tanto, la pila provista para atender la presión de la base de cada área tendrá una carga igual.
La línea central de la pila será la línea a través del centroide de los diagramas de presión trapezoidales anteriores. Los espacios de las pilas para tener la misma carga se reducen y se muestran en la Fig. 21.17 (a). La carga real compartida por cada pila con el espaciado anterior se calcula a continuación para mostrar la precisión del método.
Distancia del centroide del grupo de pilotes desde A = (1 x 0.45 + 1 x 1.45 + 1 x 2.67 + 1 x 4.10) / 4 = 2.17 m.
Punto de aplicación de la carga resultante de A = 2.5 - 0.33 = 2.17 m.
Por lo tanto, la excentricidad de la resultante con respecto al centroide del grupo de pilas es nula y la carga compartida por cada pila es igual, la carga por pila es 800/36 = 22.22 toneladas por pila.
Conducción de pilotes:
Las pilas se conducen por medio de un martillo de caída o un martillo de vapor. El martillo se apoya en un bastidor especial conocido como apilador que consta de un par de guías. El martillo se mueve dentro de las guías y cae desde la parte superior de la guía en la parte superior de las pilas para ser conducido.
El martillo que se levanta por trabajo manual o por fuerza mecánica y luego se libera para caer libremente por la gravedad se conoce como martillo de caída. Hoy en día se utilizan martillos de vapor para la conducción de pilotes.
El martillo de vapor que es levantado por el; La presión de vapor y luego se deja caer libremente es un martillo de vapor de simple efecto, pero el que también actúa mediante la presión de vapor durante el movimiento hacia abajo y agrega la energía de conducción conocida como martillo de vapor de doble efecto.
Prueba de carga sobre pilotes:
Las fórmulas de pilotes, tanto estáticas como dinámicas, dadas en los artículos anteriores predicen aproximadamente la carga segura que llevarán los pilotes, pero siempre es conveniente verificar la capacidad de carga de los pilotes mediante pruebas de carga.
Pruebas iniciales y pruebas de rutina:
Debe haber dos categorías de pilas de pruebas, a saber, pruebas iniciales y pruebas de rutina. Las pruebas iniciales se obtienen en las pilas de pruebas al principio antes de conducir las pilas de trabajo para determinar la longitud de las pilas para sostener la carga de diseño, la prueba inicial se llevará a cabo en un mínimo de dos pilas.
Las pruebas de rutina se obtienen en pilas de trabajo para verificar la capacidad de las pilas como se obtiene en las pruebas iniciales. Mientras que las pruebas iniciales pueden realizarse en una sola pila, las pruebas de rutina pueden realizarse en una sola pila o en un grupo de pilas, de dos a tres en número.
Este último es preferible ya que la capacidad de carga de las pilas en un grupo es menos especialmente en suelos arcillosos y suelos mixtos. Las pruebas de rutina se llevarán a cabo en el 2 por ciento de las pilas utilizadas en la fundación.
Procedimiento para Pruebas de Carga Vertical:
La carga de prueba se puede aplicar en etapas directamente sobre una plataforma de carga como se muestra en la Fig. 21.18 o por medio de un gato hidráulico con manómetro y bomba de control remoto, que reacciona contra una plataforma de carga similar a la Fig. 21.18.
La diferencia entre el método anterior y el último es que mientras que toda la carga de prueba colocada en la plataforma se transfiere a las pilas de prueba en el método anterior, la reacción del gato solo se transfiere como carga sobre las pilas en el último método, aunque La carga en la plataforma normalmente excede la reacción requerida.
La prueba de la pila por el método de reacción también se puede hacer aprovechando las pilas adyacentes que dan la reacción de gato requerida por fricción negativa. Para la prueba de pilotes por el método de carga directa, las tapas de pilotes RC generalmente se proporcionan en la parte superior de las pilas para usarlas como plataforma de carga, así como para transferir la carga de las pilas de manera uniforme.
Procedimiento para las pruebas de carga lateral en archivos:
Las pruebas de carga lateral se pueden realizar mediante el método de reacción del gato con el gato hidráulico y el medidor entre dos pilas o dos grupos de pilas. La reacción del gato como lo indica el medidor es la resistencia lateral de la pila del grupo de pilas.
Aplicación de cargas de prueba, medición de desplazamientos y evaluación de cargas seguras para pruebas de carga vertical:
(a) Para la prueba de carga inicial:
Las cargas de prueba se aplicarán en incrementos de aproximadamente el 10 por ciento de las cargas de prueba y las mediciones de los desplazamientos se realizarán mediante tres indicadores de cuadrante para una sola pila y cuatro indicadores de cuadrante para un grupo de pilas. Cada etapa de carga se mantendrá hasta que la tasa de asentamiento sea más de 0.1 mm por hora en suelos arenosos y 0.02 mm por hora en suelos arcillosos o un máximo de 2 horas, lo que sea mayor.
La carga continuará hasta la carga de prueba que es el doble de la carga segura segura estimada mediante el uso de una fórmula estática o la carga en la que el desplazamiento total de la parte superior del pilote es igual al siguiente valor especificado:
La carga segura en una sola pila será la menor de las siguientes:
(i) Dos tercios de la carga final en la que la liquidación total alcanza un valor de 12 mm.
(ii) El cincuenta por ciento de la carga final en la que el asentamiento total es igual al 10 por ciento del diámetro del pilote.
La carga segura en grupos será la menor de las siguientes:
(i) Carga final a la cual el asentamiento total alcanza un valor de 25 mm.
(ii) Dos tercios de la carga anal en la que el asentamiento total alcanza un valor de 40 mm.
(b) Para pruebas de carga de rutina:
La carga se llevará a cabo una vez y media la carga segura o hasta el avance en el cabrestante; el asentamiento total alcanza un valor de 12 mm para una sola pila y 4C mm para el grupo de pilas, lo que ocurra primero.
La carga segura estará dada por lo siguiente:
(i) Dos tercios de la carga final en la que la liquidación total alcanza un valor de 12 objetivos para una sola pila.
(ii) Dos tercios de la carga final en la que el asentamiento total alcanza un valor de 40 mm para un grupo de pilotes.
Cargando etc. para pruebas de carga lateral:
La carga se aplicará en incrementos de aproximadamente el 20 por ciento de la carga segura estimada después de que la tasa de desplazamiento sea de 0.5 mm por hora en suelos arenosos y 0.02 mm en suelos arcillosos o 2 horas, lo que ocurra primero.
Las cargas laterales seguras se tomarán como la menor de las siguientes:
(a) 50 por ciento de la carga total a la que el desplazamiento total es de 12 mm en el nivel de corte.
(b) Carga total a la cual el desplazamiento total es de 5 mm en el nivel de corte.
Pruebas de extracción sobre pilotes:
Para esta prueba, se debe referir la cláusula 4.4 de “1S: 2911 (Parte IV) —1979: Código de práctica para el diseño y construcción de cimientos de pilotes— Pruebas de carga en pilotes”.
Pruebas de carga cíclica y tasa constante de pruebas de penetración:
Pile-Cap:
Pila RC: se requieren tapas de espesor adecuado en la parte superior de las pilas para transferir la carga de la estructura a las pilas.
Los pilotes están diseñados según los siguientes principios:
(i) Punzonamiento debido a la carga en los muelles o columnas o en las pilas individuales.
(ii) Corte en la cara del muelle o columna.
(iii) Doblado de la tapa del pilote alrededor de la cara del muelle o columna.
(iv) Liquidación de una fila de pilotes y la consiguiente flexión y corte de la tapa del pilote.
Se proporcionará un desplazamiento de 150 mm más allá de las caras exteriores de las pilas más externas del grupo. Cuando la tapa del pilote se apoye en el suelo, se proveerá una base de concreto (1: 4: 8) de 80 mm de espesor en la base de la tapa del pilote.
La parte superior de la pila debe ser removida del concreto y el refuerzo de la pila debe estar adecuadamente anclado en la tapa de la pila para una transmisión efectiva de las cargas y momentos al suelo a través de las pilas. Al menos 50 mm de longitud de la parte superior del pilote después de quitar el concreto, se debe incrustar en la tapa del pilote. La cubierta transparente para refuerzo principal no debe ser inferior a 60 mm.
Refuerzo de la pila:
El área de refuerzo longitudinal en pilotes prefabricados debe ser la siguiente para resistir las tensiones debidas al levantamiento, apilado y transporte.
(i) 1 .25 por ciento para pilas con una longitud inferior a 30 veces la anchura mínima.
(ii) 1.5 por ciento para pilotes que tengan una longitud mayor que 30 y hasta 40 veces el ancho menor.
(iii) 2.0 por ciento para pilotes que tengan una longitud que exceda 40 veces el ancho menor.
El área de refuerzo longitudinal en pilotes de concreto impulsados in situ y perforados in situ no debe ser inferior al 0, 4% del área del eje.
El refuerzo lateral en pilas no debe ser inferior al 0, 2 por ciento del volumen bruto en el cuerpo de las pilas y al 0, 6 por ciento del volumen bruto en cada extremo de la pila para una distancia de aproximadamente 3 veces la anchura o el diámetro mínimos de la pila. hemorroides. El dia mínimo. El refuerzo lateral será de 6 mm.
2. Bien Fundamentos:
Cuando las fundaciones de pilotes no son adecuadas debido a las condiciones del sitio, la naturaleza de los estratos del suelo o por la razón de un desgaste comparativamente profundo, se adoptan las fundaciones de pozo. Los componentes de un pozo se muestran en la Fig. 21.19.
Filo de corte y bordillo de pozo:
En la parte inferior, los pozos están provistos de un filo de acero hecho de placas y ángulos más remachados o soldados entre sí y anclados en el bordillo del pozo por medio de barras de anclaje. Los bordillos de los pozos de hormigón tienen una sección triangular para ayudar a remover la tierra mediante el agarre y para facilitar el hundimiento de los pozos.
La inclinación del borde del pozo no debe exceder los 35 grados con la vertical. Estos bordillos están adecuadamente reforzados para que sean lo suficientemente fuertes como para resistir las tensiones durante el hundimiento. Por lo general, los refuerzos en forma de estribos y barras longitudinales se proporcionan no menos de 72 kg. por cu. metro. Excluyendo las varillas de unión de steining.
Las barras de enlace se utilizan para mantener las barras longitudinales y los estribos en posición. El concreto que se utilizará en los bordillos de los pozos generalmente será de grado M20.
Donde se adopte el hundimiento neumático, el ángulo interno de los bordillos del pozo debe ser lo suficientemente inclinado para un fácil acceso de las herramientas neumáticas. In case, blasting is to be resorted to sink the wells, the full height of the internal face and half height of the external face of the curb shall be protected with ms plate of 6 mm thickness properly anchored to the curb by anchor bars.
Steining:
The steining is made of brick or stone masonry or of mass concrete. Nominal reinforcement shall not be less than 0.12 per cent of gross sectional area of steining to resist the tensile stress that may be developed in the well steining in case top portion of the steining is stuck to a layer of stiff clay and the remaining portion is hung from top. Two layers of vertical steining bars with binders are preferred to one central layer only.
In case of brick steining, vertical bond rods shall be provided at the middle of the steining at a rate not less than 0.1 per cent of the gross steining area. These bars shall be encased with concrete of M20 grade within a column, of 150 x 150 size.
These columns shall be used with R C. bands of suitable width not less 300 mm and of 150 mm depth. The spacing of such bands shall be 3 m or 4 times the thickness of the steining whichever is less (Fig 21.20).
Bottom Plug:
When the sinking is completed and the founding level is reached the wells after making the necessary sump are plugged with 1: 2: 4 concrete. This is usually to be done under water for which special type of equipment's are to be used in order to protect the concrete from being washed away when taken through water. For this purpose, two methods are commonly used.
The first method is known as “Chute method” or “Contractor's method' in which some steel pipes usually known as tremie 250 mm to 300 mm diameters' with funnel at top are placed inside the wells. The top of these pipes is kept above water level and the bottom at the bottom level of well .
The concrete when poured in the funnel, moves downwards due to gravity and reaches the bottom. The pipes are shifted sideways as the concreting proceeds.
In the second method, a more or less water-tight box is used for under-water concreting. The bottom of the box is made such that when the box reaches the plugging level, the bottom of the box is opened downwards by releasing a string from above and the concrete is placed at the bottom of the well. This method is known as “Skip box” method.
The function of the bottom plug is to distribute the load from the piers and abutments on to the soil strata below through the well steining. The load from the piers and abutments distributed over the well-cap and then to the well steining finally reaches the well curb.
Having a tapered side in contact with bottom plug, the load from the curb is ultimately transferred to the bottom plug arid then onto the soil below. For better performance, the bottom plug shall have adequate thickness as shown in Fig. 21.20(c)
Sand Filling:
Los bolsillos de los pozos generalmente están llenos de arena o arcilla arenosa, pero a veces los bolsillos se mantienen vacíos para reducir la carga muerta del pozo en la cimentación. Es deseable que al menos la porción de las bolsas por debajo del nivel máximo de limpieza se llene con arena para la estabilidad de los pozos. En cada caso, se proporciona un tapón superior sobre el relleno de arena.
Casquillo de pozo:
La carga de los pilares y los pilares se transfieren al pozo a través de las tapas de los pozos, que, por lo tanto, deben reforzarse adecuadamente para resistir las tensiones resultantes causadas por las cargas y momentos superpuestos.
Formas de pozos:
Se utilizan pozos de diversas formas según el tipo de suelo a través del cual se deben hundir, el tipo de muelle a soportar y la magnitud de las cargas y los momentos para los cuales se diseñarán. Las siguientes formas, como se muestra en la Fig. 21.21 son muy comunes:
Los pozos octogonales en forma de doble D o en forma de campana de pescar generalmente tienen cavidades dobles o agujeros de dragado debido a los cuales es posible un mayor control sobre los cambios y las inclinaciones de los pozos.
Además, los pozos con forma de campana ofrecen una mayor resistencia a la inclinación en la dirección longitudinal, pero mientras que el ladrillo o el hormigón se pueden usar en la construcción de pozos tanto en los pozos de doble D como en los octogonales, el costo de mano de obra es mayor Utilizado en pozos de pesas.
Los pozos circulares simples son más económicos donde los momentos en las direcciones longitudinal y transversal son más o menos iguales. Además, para la misma área de base, estos pozos tienen una superficie de fricción menor debido a que se requiere un menor esfuerzo total de hundimiento para hundir los pozos.
Los pozos gemelos circulares son más o menos similares a los pozos circulares simples, pero son adecuados donde la longitud del muelle es mayor, pero no se prefieren los pozos circulares gemelos cuando no se descarta la posibilidad de un asentamiento diferencial entre los dos pozos. Tanto el ladrillo como el hormigón se pueden utilizar en el revestimiento de pozos circulares.
Los pozos o monolitos de pozos con múltiples dragas se adoptan para soportar muelles o torres de puentes de largo alcance. Este hijo de monolitos se utilizó para apoyar las torres principales del puente Howrah en Calcuta. El tamaño del monolito fue de 55.35 mx 24.85 m con 21 pozos de dragado cada 6, 25 m cuadrados.
Profundidad de los pozos:
Al decidir los niveles de fundación de los pozos, se deben considerar los siguientes puntos:
(i) La profundidad mínima del pozo se determina a partir de las consideraciones del arrastre máximo para obtener la longitud de agarre mínima por debajo del nivel de socavación máximo para la estabilidad del pozo.
(ii) Es posible que la base tenga que ser más profunda si el suelo en el nivel de fundación no es adecuado para soportar la carga de diseño.
(iii) Se aprovecha la resistencia pasiva de la tierra en el exterior del pozo al resistir en la medida de lo posible los momentos externos que actúan en el pozo debido a la fuerza longitudinal, la corriente de agua, el efecto sísmico, etc. La tierra por debajo del nivel máximo de socavación es solo Eficaz en ofrecer la resistencia pasiva.
Cuando se requiere que los momentos externos más grandes sean resistidos por la presión pasiva de la tierra, se requiere una mayor longitud de agarre por debajo del nivel máximo de socavación y, por lo tanto, para lograrlo, es necesario un mayor hundimiento del pozo.
Consideraciones de diseño:
Los momentos externos que actúan sobre los pozos debido a varias fuerzas horizontales y la carga directa excéntrica son resistidos por el momento debido a la presión pasiva de la tierra, en parte totalmente, dependiendo de la magnitud de la presión pasiva disponible, que también está relacionada con el área y la naturaleza del suelo. Ofreciendo la resistencia pasiva. El momento externo de la balanza, si hay alguno, llega a la base.
La presión de la cimentación en la base del pozo puede, por lo tanto, calcularse mediante la fórmula:
Donde, W = Carga directa vertical total en la base del pozo luego de la debida consideración de la fricción de la piel en los lados de los pozos.
A = Bases de área del pozo.
M = Momento en la base.
Z = módulo de sección de la base.
La presión de la cimentación será máxima cuando tanto W como M sean máximas. Esta condición se alcanza cuando la reacción de carga viva en el muelle es máxima y ninguna flotabilidad actúa sobre el pozo y el muelle.
Por otro lado, la presión de base mínima y la posibilidad de tensión o levantamiento pueden esperarse cuando la reacción de carga viva es mínima y la flotabilidad total actúa debido a lo cual se reduce el peso muerto del muelle y del pozo. La presión de la base debe ser tal que permanezca dentro de la capacidad de carga permisible del suelo.
La fricción de la piel que actúa sobre los lados de los pozos se tiene en cuenta al equilibrar parte de la carga directa. Al estimar el grosor de la dirección, es necesario averiguar el momento máximo, así como la carga directa máxima y mínima sobre la línea.
El grosor de la guarnición debe ser tal que tanto la tensión máxima como la mínima permanezcan dentro del valor permitido. Al obtener las tensiones máximas y mínimas, las consideraciones hechas en el caso de la presión de la cimentación como se describe anteriormente también deben intentarse aquí.
Las tensiones de guiado se obtienen mediante la siguiente fórmula:
Donde, W = Carga vertical total en la sección de dirección bajo consideración.
A = Área de conducción.
M = Momento en la sección de guiado.
Z = Módulo de sección de la sección de guiado.
La estabilidad de las bases de los pozos se comprobará teniendo en cuenta todas las posibles combinaciones de carga, incluida la flotabilidad o la condición de no flotabilidad. Las bases para pozos de muelle en suelo de cohesión menos se diseñarán sobre la base de las "Recomendaciones para estimar la resistencia de los suelos por debajo del nivel máximo de socavación en el diseño de bases de pozos de puentes".
El diseño de los pozos de pilar en todo tipo de suelos y pozos de perforación en suelos cohesivos se realizará de acuerdo con las recomendaciones "Cimientos y subestructuras". El método para verificar la estabilidad de los pozos en un suelo predominantemente arcilloso se explica a continuación siguiendo las recomendaciones.
La presión activa y pasiva de la tierra en cualquier profundidad Z por debajo del nivel máximo de socavación para un suelo de tipo mixto viene dada por:
La Fig. 21.22 (a) muestra un pozo sometido a una carga concéntrica vertical W (= W 1 + W 2 + W 3 ) y una fuerza horizontal Q que actúa a una distancia H desde el nivel máximo de desgaste. La figura 21.22 (b) muestra los diagramas de presión activa y pasiva basados en las ecuaciones 21.20 y 21.21 y también considera la rotación en la base como se recomienda.
Momento en la base del pozo debido a la fuerza horizontal externa, Q = Q (H + Z) (21.27)
Alivio del momento en la base del pozo debido a la presión activa y pasiva de la tierra de las ecuaciones 21.25 y 21.26
La ecuación 21.28 da el último momento neto de la presión pasiva de la tierra. Para llegar al momento permisible de la presión pasiva de la tierra desde el momento último (M p - M a ) como se indica en la ecuación 21.28, se debe aplicar un factor de seguridad como se indica a continuación. Momento permisible de resistencia pasiva = (M p -M a ) / FOS
El FOS para suelo cohesivo para combinación de carga excluyendo el viento o las fuerzas sísmicas será 3.0 y para combinación de carga incluyendo viento o sísmica será 2.4. El método para estimar la presión de base de una base de pozo se ilustra en el siguiente ejemplo.
Ejemplo 6:
Calcule las presiones de los cimientos en la base del pozo circular con los siguientes detalles:
(a) Profundidad del pozo - 25.0 m
(b) Dia de Pozo = 8.0 m
(c) Profundidad por debajo del máx. freza = 12.0 m
(d) Q = 100 t. actuando un 37.0 m sobre la base de pozo bajo condición sísmica.
(e) W 1, = Peso de la superestructura = 850 toneladas.
(f) W 2 = Peso del muelle = 150 toneladas.
(g) W 3 = Peso del pozo = 900 toneladas.
(h) El suelo alrededor del pozo es de tipo mixto y tiene (i) C = 0.2 kg / cm 2 (ii) Φ = 15 ° (iii) ƴ (seco) = 1.800 kg / m 3
(i) Las presiones de cimentación permitidas en condiciones sísmicas son de 50 toneladas / m 2 y sin tensión.
Los FOS para suelos arenosos y arcillosos en condiciones sísmicas son 1.6 y 2.4 respectivamente. Para un suelo mixto como en el Ejemplo ilustrativo, FOS puede tomarse como 2.0.
Por lo tanto, es seguro, ya que no se produce tensión y la presión máxima de la cimentación es menor que la presión de cimentación permitida de 50.0 toneladas / m 2
Espesor de la guarnición:
El grosor de una buena conducción debe ser tal que pueda soportar las tensiones desarrolladas debido a las cargas y los momentos durante el servicio del puente. Estas tensiones pueden ser calculadas por el procedimiento dado previamente.
A menudo se observa que aunque el grosor de la guarnición satisface todas las condiciones de carga durante el servicio, presenta dificultades durante el hundimiento del pozo. En tales casos, o bien la conducción se vuelve demasiado liviana para realizar cualquier esfuerzo de hundimiento sin agregar conocimiento sobre la conducción o se produce una falla en la conducción durante la operación de hundimiento.
El "esfuerzo de hundimiento" puede definirse como el peso de la conducción, incluido el conocimiento, si lo hay, por unidad de área de la periferia del pozo que ofrece fricción de la piel por el suelo circundante.
Donde, r = Radio de la línea central del tendido.
t = Espesor de guarnición.
w = peso unitario de guarnición.
R = Radio exterior del pozo.
A menos que el esfuerzo de hundimiento exceda la fricción de la piel ofrecida por unidad de área de la superficie de drenaje, el hundimiento de los pozos no es posible y, por lo tanto, el grosor del revestimiento debe hacerse de manera tal que agregando una pequeña cantidad de kentledge, si es necesario, la cantidad requerida de hundimiento El esfuerzo está disponible para hundir los pozos.
Para hacer economía en la conducción de pozos, algunos diseñadores prefieren a veces que adopten el grosor de guarnición según el cálculo teórico suficiente para tomar cargas de diseño durante el servicio del puente, pero esta economía o ahorro en la guarnición es más que compensado por el costo adicional de la carga y descarga del kentledge, el aumento del costo de los cargos de establecimiento debido a la demora en el hundimiento de los pozos, etc.
Según Salberg, un ingeniero ferroviario práctico, este tipo de economía dirigida a reducir el grosor de la conducción es una economía falsa. Su consejo es ...
“El factor realmente importante en el diseño de pozos es el grosor del tendido. Es una característica lamentable que en la mayoría de los diseños, el grosor de la línea de corte se reduzca a lo que el diseñador imagina con cariño es algo realmente barato; el dinero se ahorra en papel y en la estimación de la reducción de la mampostería considerable, pero en el trabajo real todo se tira en el aumento del costo del hundimiento. Un pozo que es demasiado liviano en sí mismo tiene que cargarse y el costo y la demora de un pozo que debe cargarse para ser hundido es terrible. No tiene nada permanente por todo el dinero que ha gastado en cargar y descargar un pozo. Ponga su dinero en la conducción y tendrá un buen dinero bien gastado y un soldado y más pesado en su muelle para siempre. Lo más probable es que ahorre dinero en el trabajo en general, que ahorre tiempo y mano de obra en ambas funciones importantes, especialmente en las primeras cuando se recuerda que el período durante el cual se puede trabajar el pozo se limita al bajo nivel de duración de el río".
La fórmula empírica que gobierna el grosor de la instalación de la tubería para pozos circulares como se requiere de las consideraciones de hundimiento se presenta a continuación. Esta fórmula también puede aplicarse a los pozos con forma de doble D o de campana si se asume que el bolsillo individual es un pozo circular de diámetro equivalente.
Nota 1:
Para los estratos de cantos rodados o para pozos que descansan en rocas donde se requiera una voladura, se puede adoptar un grosor más alto del tendido.
Nota 2:
Para los pozos que pasan a través de estratos arcillosos muy suaves, el grosor de la tubería se puede reducir según la experiencia local.
Hundimiento de pozos:
Las características principales en el hundimiento de pozos son:
(a) Preparar el terreno para la colocación del filo.
(b) Para fundir el pozo después de colocar el filo de corte.
(c) Construir la conducción sobre el pozo.
(d) Retirar la tierra del bolsillo del pozo mediante el trabajo manual o al agarrar y así crear un sumidero por debajo del nivel del borde de corte. El pozo descenderá lentamente.
(e) Continuar el proceso de construir la conducción y el dragado en etapas alternativas. Así, el pozo se hunde hasta que se alcanza el nivel de fundación final.
(f) Si es necesario, la carga de kentledge se puede colocar en la dirección del pozo para aumentar el esfuerzo de hundimiento para facilitar el hundimiento de los pozos.
Al preparar el terreno para el borde de corte, no es un problema cuando la ubicación del pozo se encuentra en una tierra o en un lecho seco del río, sino cuando el pozo se ubica en el lecho del río con cierta profundidad de agua, algunos especiales Se deben hacer arreglos para colocar el filo de corte dependiendo de la profundidad del agua.
Estos son:
(a) Isla abierta.
(b) La isla con bullah cofferdam.
(c) Insensibilidad de la isla con cofferdam.
(d) Cajón flotante.
(a) Isla abierta (Fig. 21, 24-a):
Cuando la profundidad del agua es pequeña, digamos 1.0 ma 1.2 m. la tierra se descarga y se fabrica una isla de modo que su nivel final se mantenga a aproximadamente 0, 6 ma 1, 0 m más alto que el WL y haya suficiente espacio de trabajo (por ejemplo, 1, 5 ma 3, 0 m) alrededor del borde de corte disponible.
(b) Bullah Cofferdam (Fig. 21.24-b):
Cuando la profundidad del agua supera los 1, 2 m, pero se mantiene entre 2, 0 y 2, 5 m, se fabrica el cofferdam conduciendo pilas de salbullah cercanas y, después de colocar una o dos capas de esterilla durma, el interior se llena con arena o tierra arenosa.
A veces, se utilizan dos filas de pilas de bullah a una distancia de aproximadamente 0, 6 m entre las filas y el espacio anular se llena con arcilla de charco. La unidad de las filas internas y externas que se unen da más rigidez. Este tipo de isla se adopta en aguas comparativamente profundas.
(c) Pila de hojas Cofferdam (Fig. 21, 24-c):
Se recurre a la formación de isleños con la pila de hojas en el cofferdam cuando los pozos se ubican en el interior del río, donde la profundidad del agua es considerable y los cofferdams de la pila bullah no son adecuados para resistir la presión de la tierra rellena en el interior del cofferdam. Las hojas de la pila de los coffer se endurecen con refuerzos de anillo circular.
(d) Cajones flotantes (Fig. 21.24-d):
En aguas muy profundas, la pila de láminas cofferdam no es una solución porque la tensión del aro desarrollada debido a la presión de la tierra del material de relleno es tremenda. En tales casos, se suelen emplear cajones flotantes. El bordillo del pozo y el arco de direccionamiento alcanzan cierta altura con láminas de acero sujetadas en el interior con refuerzos adecuados.
El espacio entre la superficie interior y exterior se mantiene vacío. El cajón se flota y se lleva a la ubicación real. El "lanzamiento" del cajón se realiza llenando el espacio anular del vacío con hormigón en etapas.
Antes de rellenar el concreto, el cajón está cuidadosamente centrado en su posición correcta. Debido al peso del hormigón relleno, el cajón baja lentamente y, finalmente, toca la cama y se conecta a tierra. El hundimiento se realiza como de costumbre construyendo el sistema de dirección sobre el cajón y dragando.
La conexión a tierra del cajón en la posición correcta a veces puede no ser posible, especialmente en ríos de alta velocidad. En tales casos, los cajones se vuelven a inflar bombeando el agua que se mantiene en algunas celdas de los pozos de varias celdas o en los tanques de agua, y luego se vuelven a conectar a tierra en la posición correcta.
Método de hundimiento:
Abrir el hundimiento:
Los pozos se pueden hundir con el hundimiento abierto (Fig. 21, 25-a) o con el método neumático de hundimiento (Fig. 21.25-b). En el primer método, la tierra, la arena, las gravas sueltas, etc., se eliminan del nivel inferior del pozo. De vanguardia mediante agarre o dragado y el pozo baja por su propio peso.
Si la conducción es más ligera o si la fricción de la piel alrededor de la periferia del pozo es mayor, es posible que deba aplicarse una carga de conocimiento adicional para facilitar el hundimiento.
El chorro de aire cerca del borde de corte o chorro de agua en el exterior del pozo se recurre cuando el pozo se adhiere a una capa de arcilla rígida y se encuentra extremadamente difícil hundir el pozo aún más a pesar de crear un pozo profundo. sumerja debajo del borde de corte o coloque un kentledge pesado en el pozo.
Si los tubos de chorro se colocan en secciones como se muestra en la Fig. 21.26 (b) con un tubo vertical de 100 mm de diámetro conectado a 3 n. Los tubos de chorro de 50 mm de diámetro a través de un tubo horizontal de 100 mm de diámetro también ayudan a corregir la inclinación, ya que cualquier sección situada en el lado alto puede utilizarse para aflojar la fricción en ese lado. Los resultados alternativos de cincelado y dragado dan como resultado el hundimiento de pozos en estratos duros.
A veces, los pozos se deshidratan parcialmente para aflojar la fricción de la piel o para perforar la capa rígida de arcilla, pero se puede recordar que la deshidratación del pozo es un proceso muy riesgoso ya que el pozo puede; se hunden repentinamente, lo que puede ocasionar grandes inclinaciones y cambios o puede causar grietas en el zanjado.
Por lo tanto, la deshidratación de los pozos no debe intentarse normalmente a menos que sea forzada por las circunstancias. Si se debe realizar una deshidratación, debe hacerse muy lenta y cuidadosamente para evitar cualquier situación incómoda.
Hundimiento neumático:
Donde es probable que el hundimiento del pozo abierto se enfrente a muchas dificultades, como la presencia de estratos muy duros, rocas sueltas, rocas inclinadas, etc., o cuando el pozo se debe hundir a cierta distancia de la roca, se adopta el hundimiento neumático, en este método, un acero o se utiliza un bloqueo de aire de concreto en la parte inferior del velo El aire comprimido bombeado dentro del cierre de aire desplaza el agua y los operarios pueden trabajar dentro del cierre de aire sin ninguna dificultad.
En la parte superior de los pozos hay dos cerraduras separadas, conocidas como la cerradura de mano y la cerradura de lodo. Estos se conectan al bloqueo de aire en la parte inferior por medio de un eje de aire y los operarios, las herramientas y la planta, y los materiales excavados se introducen o extraen a través de este bloqueo manual o el bloqueo de muck.
Se debe prever la instalación del hundimiento neumático en los casos en los que el hundimiento abierto normalmente sirve a los fines, pero existe la posibilidad de peligros de hundimiento y es necesario recurrir al hundimiento neumático. Normalmente, el hundimiento neumático es más costoso que el hundimiento abierto.
La relación del costo depende de la dificultad o no del método de hundimiento abierto. Se estima aproximadamente que el hundimiento neumático es dos veces más caro que el hundimiento abierto cuando las condiciones de hundimiento del último son muy favorables o moderadamente favorables.
El primero puede incluso ser más barato cuando el hundimiento por el último método puede tener que enfrentar demasiadas dificultades y el trabajo debe continuar por un período más largo en la mayoría de las condiciones adversas.
Inclinaciones y cambios:
Los estratos a través de los cuales se hunden los pozos rara vez son uniformes y, por lo tanto, la resistencia ofrecida por estas capas al hundimiento es diferente en las diferentes partes de los pozos debido a la inclinación que se produce en los pozos. A veces, el empuje en los pozos debido a la presión de la tierra varía en magnitud, lo que resulta en el desplazamiento de los pozos en alguna dirección desde la posición original.
El efecto de la inclinación en el pozo es causar una presión de cimentación adicional, mientras que el efecto del cambio es cambiar la ubicación del muelle. El desplazamiento del pozo en la dirección longitudinal provoca un cambio en las longitudes del tramo y el cambio en la dirección transversal provoca el desplazamiento de la línea central del puente.
Si la posición del muelle no se desplaza, el desplazamiento del pozo también induce una presión de cimentación adicional debido a la excentricidad de la carga vertical resultante en los pozos. Para contrarrestar el efecto de la inclinación, siempre es aconsejable desplazar el muelle en el lado alto para que la carga directa resultante pase lo más lejos posible a través del CG del área base.
En general, el límite permitido para la inclinación es de 1 en 80. El cambio permitido en cualquier dirección es de 150 mm. En los pozos que se hunden a través de suelos arcillosos, es muy difícil mantener la inclinación dentro del límite mencionado de 1 en 80 y deben aceptarse inclinaciones más altas de consideraciones prácticas después de la debida modificación de los diseños en consecuencia.
Para rectificar la inclinación (y el cambio consecuente), generalmente se toman las siguientes medidas correctivas:
(i) Para dragar cerca del borde de corte en el lado superior si es necesario después del cincelado. El cincelado y el dragado alternativos generalmente dan resultados.
(ii) Aplicar chorro de aire o chorro de agua en el lado exterior alto para reducir la fricción de la piel (Fig. 21.26).
(iii) Para aplicar kentledge excéntrico (con excentricidad positiva con respecto a la base del pozo) en el lado alto (Fig. 21.28-a).
(iv) Tirar del pozo en la parte superior en el lado alto (Fig. 21.28-b y 21.28-c).
(v) Para empujar el pozo en la parte superior en el lado bajo (Fig. 21.28-d y 21.28-e).
(vi) Colocar bloques u obstáculos debajo del borde de corte en el lado bajo y continuar el dragado en el lado alto debajo del borde de corte (Fig. 21.28-f).
Si a pesar de adoptar las medidas correctivas anteriores, la inclinación no se puede rectificar a los límites permisibles y si la presión real de la cimentación excede el valor permisible, no es seguro taponar los pozos al nivel de la cimentación del diseño tal como se contemplaba originalmente y, como tal, los pozos se hundirán más hacia abajo para obtener un mayor alivio debido a la presión pasiva de la tierra y, por lo tanto, para llevar la presión real de la cimentación, incluida la presión adicional de la cimentación debido a la inclinación y el desplazamiento dentro de los límites permitidos. Un hundimiento más profundo normalmente aumentará la presión de base permitida.
Ejemplo 7:
Si el pozo en el Ejemplo ilustrativo 21.6 se somete a una inclinación final de 1 en 50 y un cambio verdadero (además del desplazamiento debido a la inclinación) de 0.3 m en la dirección longitudinal, como se muestra en la Fig. 21.29 (a), calcule la Presiones de cimentación extra y total en la base del pozo. ¿Cuánto desplazamiento del muelle en el lado alto es necesario para mantener las presiones de los cimientos dentro de los límites permitidos?
Solución:
Del ejemplo anterior 6:
Peso de la superestructura = 850 toneladas; Peso del muelle = 150 toneladas
Peso del pozo después de permitir la fricción de la piel = 482 toneladas
Profundidad del pozo = 25.0 m; Z de base de pozo = 50.27 m 3
Max. presión de cimentación alcanzada = 43.17 t / m 2 ; Presión de base admisible = 50.0 t / m 2
Debido a una inclinación de 1 en 50, el desplazamiento de la base del pozo = 25.0 / 50 = 0.5 m
De la Fig. 21.29 (a), se puede observar que, debido al efecto de inclinación y al desplazamiento real, la carga del muelle tiene una excentricidad de (0.5 + 0.3) = 0.8 m y el peso propio del pozo que actúa en su CG, es decir, 12.5 m sobre la base tiene una excentricidad de 12.5 / 50 = 0.25 m.
Momento adicional en la base del pozo debido a la inclinación y el desplazamiento = (850 + 150) x 0.8 + 482 x 0.25 = 800+ 120.5 = 920.5 tm.
Para reducir la presión de la base dentro del límite permitido, se propone cambiar el pozo en el lado alto en 0, 6 m, como se muestra en la Fig. 21.29 (b), logrando así una excentricidad reducida de 0.2 m para la carga desde el muelle, la excentricidad de peso propio. de bien permanecer sin cambios.
Esto está dentro del límite permisible de 50.0 t / m 2 . Por lo tanto seguro. Por lo tanto, al desplazar el muelle 0, 6 m en el lado alto del pozo, la reducción del momento debido a la inclinación y al desplazamiento es (850 + 150) x 0, 6 = 600 tm, lo que reduce la presión de la cimentación en 600 / 50.27, es decir, 11.93 t / m 2 bajando la presión de cimentación excesiva de 61.48 a (61.48 - 11.93) = 49.55 t / m 2 como se obtuvo anteriormente.
No es necesario mencionar que al cambiar el muelle como se indica anteriormente, se modifica la disposición del tramo original. El tramo en el lado izquierdo aumenta en 0, 6 my lo mismo en el lado derecho se reduce en 0, 6 m.
