Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 1 FUNDACIONES ENTIBACIONES Miércoles 13 de abril de 2011
Nov 07, 2014
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 1
FUNDACIONES
ENTIBACIONES
Miércoles 13 de abril de 2011
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 2
ENTIBACIONES DE EXCAVACIONES
Permanentes
Excavaciones Temporarias
• Permanentes: cortes efectuados para la construcción de caminos o ferrocarriles
Suelos arenosos:
Suelos arcillosos resistentes: pueden ser verticales en
excavaciones poco profundas
Taludes tanteos Estudiar la estabilidad de los experiencia taludes
• Temporarias:
En general, paredes verticales apuntaladas o entibadas
Ver dimensiones y costos
Proyecto de entibación
No se considera la posición de la napa, se deprime durante o antes de la excavación
1
1.5
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 3
Clasificación:
• Excavaciones poco profundas: < 5 m sistemas normalizados
• Excavaciones profundas: > 5 m
* Dimensiones (ancho, profundidad)
* Características del subsuelo
Perforaciones exploratorias normales Extracción de muestras en tubos de pared delgada Ensayos de penetración (S.P.T.)
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 4
ENTIBACIONES DE EXCAVACIONES POCO PROFUNDAS
(H < 5m)
Suelo cohesivo
H < Hc
Arcilla muy blanda blanda mediana
Hc (m) < 1,50 1,50 – 3,00 3,00 – 5,00
qu (kg/cm2) < 0,25 0,25 – 0,50 0,50 - 1,00
arcillas compactas y muy compactas fisuradas
3m
arena cohesiva: Hc = f(c) 3 a 5m
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 5
Sistema de entibación:
• Restringe la elástica • Mantiene las grietas cerradas • Reduce al mínimo el asentamiento en la superficie
Cuando H < Hc/2: (Hc < z0)
separación horizontal entre codales: hasta 2.5 m tablones: 3“
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 6
Cuando H > Hc/2:
estemples o ademes codales o puntales carreras
solera abierta tablestacas
Espacio de trabajo inf. = Hc/2
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 7
Suelo arenoso
Solo se puede usar el sistema de piezas verticales
madera
Tablestacado
metálico
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 8
Separación entre codales:
− Horizontal: 2,50 m − Vertical: 1,00 a 2,00m
Dimensiones de codales:
− B < 3,50 m 6” x 4” − B > 3,50 m 8” x 8” − B < 1,50 m puntales metálicos tipo
Soleras o tablestacas: 6” x 10” de ancho
Si se cumplen estas especificaciones puede llegarse a las siguientes alturas:
Arena no cohesiva: H < 9 a 10 m
Arcilla blanda:
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 9
ENTIBACIONES DE EXCAVACIONES PROFUNDAS
(H > 5m)
Puntales Magnitud y distribución del empuje
Depende de:
• Propiedades del suelo • Dimensiones de la excavación • Restricciones a la deformación • Flexibilidad de la estructura
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 10
bb1 = f(profundidad de la excavación, propiedades del suelo)
Puntal sup. impide deformaciones a ese nivel
Sup. de falla
Distribución empujes unitarios
Cálculo empuje total
Rankine NO Coulomb
Diferencias:
• Condiciones de deformación Distribución parabólica
• Punto de aplicación cercano a H/2
• Entibaciones falla local falla progresiva
Muros falla en conjunto
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 11
Inconvenientes:
• Imposible determinación de la magnitud del
desplazamiento bb1
• Cargas sobre cada puntal diferentes por varios
factores
Las teorías clásicas no ofrecen suficiente confiabilidad
Nuevos Métodos de cálculo
∴ Se recurre a
Mediciones en obras reales o modelos a escala natural
Diagramas de empuje aparente
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 12
MÉTODOS DE CÁLCULO
Excavaciones en arena seca o en arena drenada
Componente tangencial de Pa : impide asentamiento
0,45 H ≤ na H ≤ 0,55 H conclusión teórica
0,45 ≤ na ≤ 0,55 verificada en terreno
∴ na H dimensión conocida
P1. la = W1 . lw
P1 = W1.
Ordenada máxima Pa máx sup. de falla
Pa = f(na) na = 0,55 seguridad Ejemplo: Ø = 38º ; δ = 0º
na = 0,45 Pa = 1,03 PA
na = 0,55 Pa = 1,11 PA (Pa obtenido, por ejemplo, aplicando solución gráfica de Culmann)
Luego… calcular cargas sobre puntales
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 13
Excavaciones en arcilla saturada
Tiempo excavación y entibación « Tiempo necesario para que se
produzcan cambios significativos
en la ω% del suelo
Mto. Actuante W.lw
Mto. Resistente f(adherencia, cohesión, Pa)
0,30 ≤ na ≤ 0,50
Luego… calcular cargas sobre los puntales
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 14
DIAGRAMAS DE EMPUJE APARENTE
Diagramas obtenidos a partir de mediciones en excavaciones profundas
Berlín arena Munich
New York
glaciares sensitivas blandas a medias de Chicago arcillas
marinas sensitivas blandas de Oslo
• Medición de cargas sobre puntales en una sección vertical dada o en varias
• No se hacen mediciones del empuje sobre el revestimiento
∴ Magnitud y distribución de presiones en el suelo estudiadas a partir de las cargas medidas en los puntales
ai
bi
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 15
Distribución real del empuje ≠ Diagrama de empuje aparente Carga sobre puntales seguir proceso inverso
Excavaciones profundas en arenas
Berlín 0,46 H ≤ na H ≤ 0,50 H
Munich 0,41 H ≤ na H ≤ 0,55 H
N. York 0,46 H ≤ na H ≤ 0,54 H
na 0.50 variación parabólica del empuje Según Rankine: na = 0.33 variación lineal
Según Método de cálculo: Sup. de falla: espiral logarítmica
Distribución parabólica de presiones horizontales
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 16
Diagrama envolvente Diagrama de empuje aparente
Empuje = 1,3.EA
Usar con precaución para H > 12 m
En general:
• Momentos flectores sobre tablestacas, carreras y revestimientos serán « a los calculados en base al diagrama de empuje aparente.
Existen otros diagramas propuestos:
• Variabilidad de presiones reales.
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 17
Según Terzaghi:
Arena mediana y compacta: Empuje = 1,28 EA
Arena suelta: Empuje = 1,44 EA
Según Tschebotarioff:
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 18
Proyecto de una entibación
• Cada codal, excepto el superior→ articulación ficticia
• Fuerza concentrada en el fondo de la excavación
Coeficientes de seguridad: Pandeo 2 Flexión 1.25
Excavaciones profundas en arcillas saturadas blandas y medias
Chicago
Oslo
Arcilla blanda Japón
Inglaterra
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 19
Mediciones sobre 42 puntales:
0.30 < na < 0.50
Valor medio: na = 0.39
Valor máximo: na = 0.59
Mediciones:
Gran variación del valor de la carga soportada individualmente por puntales del mismo nivel:
∆ = ±60% , aún en caso de procedimientos de construcción inusualmente uniformes
variedad de causas
Cargas sobre conjunto de puntales de un corte (igual espacio horizontal entre ellos):
∆ = ± 30% , menor variación, pero aun considerable
Diagramas de empuje aparente
Según Terzaghi:
Arcillas blandas a medias Arcillas resistentes fisuradas
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 20
Según Tschebotarioff:
Arcilla firme Arcilla media
Arcillas blandas d = 0
Efecto de las sobrecargas
= peso específico suelo
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 21
Código de la Municipalidad de la ciudad de Buenos Aires
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 22
LEVANTAMIENTO DE FONDO EN ARCILLAS BLANDAS
Puntales impiden expansión lateral de los bloques
Resistencia al corte en af y bd impide dilatación de arcilla debajo de ese nivel
∴ af y bd zapatas de fundación de base rugosa
Peso sobre af y bd = W - c.H = W - C
Presión vertical: (B1 = 0.7 B)
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 23
Si pv > qd (capacidad de carga) levantamiento de fondo
Si φ = 0
Nc = factor de capacidad de carga relativo a la cohesión = f(φ)
Según Terzaghi – Peck, 1ra edición: Nc = 5,7
Según Terzaghi – Peck, 2da edición: Nc = 5,14
Cuando se supera qd esquemas de deslizamiento
Para zapatas rugosas, para todo tipo de suelo:
Se distinguen tres zonas: zona elástica
zona de corte radial
zona en estado pasivo de Rankine
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 24
peso de la masa de suelo que tiende a deslizarse
resiste ese movimiento
Fs ≥ 1,5 Nc = 5,14
Si prolongar el tablestacado
Gráfico de Janbu
Nc = f (forma excavación en planta, relación H/B).
B/L = 1 cuadrado, circular B/L = 0 rectangular
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 25
Efecto arco en suelos
H >> ab
Efecto arco transferencia de presiones
(el descenso del prisma “abcd” es resistido por los esfuerzos de corte en ac y bd)
Ing. Viviana E. Fabre Laboratorio de Mecánica de Suelos – Facultad de Ingeniería - UNNE Pág. 26
BIBLIOGRAFIA
• Terzaghi K., Peck R.B.; Mecánica de los Suelos en la Ingeniería
Práctica. Ed. El Ateneo (1973)
• Lambe T.W., Whitman R.V.; Mecánica de Suelos. Ed. Limusa
(1972)
• Juarez Badillo, E., Rico Rodriguez A.; Mecánica de Suelos. Ed.
Limusa (1975)
• Sowers G.B., Sowers G.F.; Introducción a la Mecánica de Suelos
y Cimentaciones. Ed. Limusa (1975)
• Braja M. Das; Fundamentos de Ingeniería Geotécnica.
International Thomson Learning (2001)
• Braja M. Das; Principios de Ingeniería de Cimentaciones.
International Thomson Editores (2001)