Diseño Geotécnico de Calzaduras Modificado

download Diseño Geotécnico de Calzaduras Modificado

of 17

description

DISEÑO DE CALZADURAS USANDO EMPUJES DE TERRENOO Y EDIFICACION ES APLICABLE PARA CALLES O DENTRO DEL TERRENO DE CONSTRUCCIONDISEÑO DE CALZADURAS USANDO EMPUJES DE TERRENOO Y EDIFICACION ES APLICABLE PARA CALLES O DENTRO DEL TERRENO DE CONSTRUCCION

Transcript of Diseño Geotécnico de Calzaduras Modificado

DISEO GEOTCNICO DE CALZADURASDiseo geotcnico de calzaduras:Para el diseo se consideraran los empujes laterales y las cargas verticales:PRESION LATERAL DE LA TIERRAEl adecuado diseo de esas estructuras requiere la estimacin de la presin lateral de la tierra, que est en funcin de varios factores tales como el tipo y magnitud del movimiento de los muros, los parmetros de resistencia cortante del suelo, el peso especfico del suelo y las condiciones de drenaje en el relleno. La figura muestra un muro para tipo de rellenos similares.a) El muro esta restringido contra el movimiento figura b la presin lateral de la tierra sobre el muro a cualquier profundidad se llama presin de la tierra en reposob) El muro se inclina respecto al suelo retenido figura b con suficiente inclinacin del muro fallara una cua triangular del suelo detrs del muro. La presin lateral para esta condicin se llama presin activa de la tierrac) El muro es empujado hacia el suelo el suelo retenido figura c con suficiente movimiento del muro, fallara una cua del suelo. La presin lateral para esta condicin se llama presin pasiva de la tierra

Figura 4.1. Esquema de muro que recibe presin lateralEMPUJE DE SUELOS SOBRE LAS CALZADURAS:La distribucin de presin lateral de las arenas sigue la teora de Rankine:

PRESIN LATERAL EN REPOSOA cualquier profundidad debajo de la superficie del terreno, el esfuerzo vertical es:

Si un muro est en reposo y no permite que se mueva respecto a la masa del suelo es decir deformacin horizontal nula, la presin lateral a una profundidad Z es

Donde:

Para un suelo normalmente consolidado, la relacin para Jaky, 1944

Para arcillas normalmente consolidadas, el coeficiente de presin de tierra en reposo se aproxima (Brooker y Ireland)

Con base en los resultados experimentales de Brooker e Ireland el valor de para arcillas normalmente consolidadas es aproximado en relacin con el ndice de plasticidad (PI):

Para arcillas pre consolidadas,

Donde:

Mayne y kulhawy (1982) analizaron los resultados de 171 suelos y con base en ese estudio ellos propusieron una relacin emperica general para estimar la magnitud de para arena y arcilla.

Sheriff y otros (1984) demostraron por medio de varias pruebas de modelos una ecuacin para estimar la presin lateral de la tierra en reposo para arenas sueltas. Sin embargo para arena densa compactada subestima el valor de por ello propusieron una relacin modificada

PRESIN LATERAL PASIVASi el muro se mueve hacia atrs, el esfuerzo a la profundidad z alcanzara finalmente el estado representado por el crculo de morhPara el crculo de morh el esfuerzo principal mayor es y el esfuerzo principal menor es

Figura 4.2. Crculo de Morh

Figura 4.3. Diagrama de esfuerzo pasivo

Ahora sea:

Figura 4.4. Diagrama de presiones pasivas a lo largo del muroEl siguiente cuadro relaciona el Angulo de friccin con el coeficiente de presin lateral pasiva es decir

Figura 4.5. Relacin del ngulo de corte con la presin pasiva del muro.PRESIN LATERAL ACTIVA

Figura 4.6. Crculo de Mohr de presiones activas

Figura 4.7. Diagrama de presiones activas

Ahora sea Esfuerzo principal mayor

Esfuerzo principal menor

Entonces

Figura 4.8. Diagramas de presiones totales activasLa presin muestra que en z=0, la presin activa es igual a , que indica el esfuerzo de tensin, el cual decrece con la profundidad y es cero a la profundidad de Entonces se tendra la siguiente relacin

La profundidad z se llama grieta de tensin, porque el esfuerzo de tensin en el suelo causara eventualmente una grieta a lo largo de la interfaz suelo-muro. La fuerza activa total de rankine por unidad de longitud del muro antes de que ocurra la grieta de tensin.

El siguiente cuadro relaciona el Angulo de friccin con el coeficiente de presin lateral activa es decir .

Figura 4.9. Relacin del ngulo de presin con el coeficiente activo

DISEO ELEMENTAL DE CALZADURASEl diseo de las calzaduras pueden estar sometidas a cualquiera de las presiones expuestas en el presente documento ya sea en reposo, pasiva o activa de ellos va a depender los valores para los factores de seguridad que se presentaran a continuacin mientras tanto podemos adelantar que una calzadura se debe a analizar por pasos; es decir por cada grada que esta comprenda hallando las fuerzas resistentes ya actuantes.

Figura 4.10. Geometra de la Calzadura

ANALISIS DE CARGA ADMISIBLE

Se tiene un empuje lateral de forma triangular cuya magnitud depende de: Peso unitario del terreno ngulo de friccin interno del terreno Cohesin del terreno SobrecargaCARGAS HORIZONTALESLa ausencia de cargas horizontales sobre una calzadura puede ser un fenmeno temporal, cuya presencia depender:Del tiempo que la excavacin permanezca sin soporte.Del tipo de suelo involucrado.De contingencias tales como: variaciones en la carga hidrosttica (humedecimiento y secado), sobrecargas estticas durante el proceso constructivo, y por sobrecargas dinmicas (sismos y vibraciones causadas artificialmente).El Contratista de la Obra debe tener en consideracin estas situaciones y no deber permitir que la calzadura permanezca sin soporte horizontal, por un tiempo tal que permita la aparicin de grietas de tensin y fuerzas no previstas en el clculo de las calzaduras (permanentes o eventuales), y que puedan producir el colapso de la misma.

ANALISIS DE FALLA POR DESLIZAMIENTO Y VOLTEO Y CAPACIDAD DE CARGA

ESTABILIDAD DE LOS CORTES En el caso de cortes para stanos y/o cimentaciones, el Contratista deber encargar a un especialista el estudio de la estabilidad de los cortes. En cualquier caso, las excavaciones verticales de ms de 2,00 m de profundidad, requeridas para alcanzar los niveles de stanos y cimentaciones, no deben permanecer sin calzadura y/o sostenimiento, salvo que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario.Los cortes no verticales tambin debern calzarse y/o sostenerse a menos que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario ejecutar dichas obras.

EFECTOS DE LOS SISMOSDe producirse un sismo con una magnitud mayor o igual a 3,5 grados de la Escala Richter, el contratista a cargo de las excavaciones, deber proceder de inmediato, bajo su responsabilidad y tomando las precauciones del caso, a calzar y/o sostener cualquier corte de ms de 2,00 m de altura, salvo que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario.Los factores de seguridad que se deben cumplir en el diseo calzadura son:

Para hallar los factores de seguridad se toma momentos que equilibren las fuerzas horizontales con las fuerzas verticales, el punto donde se toma momentos es el punto O tal como se aprecia en la figura.

Figura 4.11. Esquema de calzaduras

FACTOR DE SEGURIDAD AL VOLTEO

FACTOR DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO

Ejemplo prctico:

Basndonos en las normas E050, E020, E030 para el anlisis metrado y efecto de sismos respectivamente, y utilizando la ecuacin de Rankine Coulomb para el anlisis.Haciendo el anlisis para una zona cercana a la costa verde tendremos los siguientes factores para el suelo:

Figura 4.12. Parmetros del suelo por zonificacin en Lima

Una vez determinados los distintos factores del suelo tenemos que empezar a calcular las alturas que tendr nuestro sistema de calzaduras y los distintos esfuerzos que tendr que soportar.Entonces tendremos que:Para el Suelo

s=2.1

C =0.55

=40

Ka=0.2174

Para la calzadura

c=1.8

q =0.5

H=6

Lugo considerando los factores de seguridad al deslizamiento y al volteo 2 y 3 respectivamente y un total de 4 tramos con una altura de 1.5 metros cada uno podemos empezar el anlisis:Anlisis de estabilidad para el tramo 1:

Figura 4.13. Representacin de esfuerzos para el primer tramo de la calzadura.

Evaluacin de esfuerzos para el primer tramo

Fza Vertical (*B1)Brazo

WC1Peso del concreto2.7B1/2

Sobrecarga0.5B1/2

Fza Horizontal (t)Brazo

FR1Empuje de tierra0.51370.5

FR2Sobrecarga0.16310.75

Anchos mnimos para la calzadura

FSV:Mr (*B1^2)MaMr/Ma 3B10.84

1.60.379

FSD:=0.55

Fr (*B1)FaFr/Fa 2B10.77

3.20.677

Con los datos anteriores determinamos que la longitud optima que cumple con los requerimientos es 0.85 m.

Anlisis de estabilidad para el tramo 2:Luego podemos hacer el anlisis para los dems niveles de la calzadura.

Figura 4.14. Representacin de esfuerzos para el segundo tramo de la calzaduraEvaluacin de esfuerzos para el segundo tramo

Fza Vertical Brazo

WC1Peso del concreto2.2950.425

WC2Peso del concreto2.7B2/2

Sobrecarga0.5B2/2

WS1Peso del suelo3.15(B2+B1)/2

Fza Horizontal (t)Brazo

FRhEmpuje de tierra2.05481

Sobrecarga0.32621.5

FSV:Mr MaMr/Ma 3B21.57

-0.16256253.1752.544

FSD:=0.55

Fr FaFr/Fa 2B21.47

6.35-0.38252.381

En este caso determinamos que la longitud optima que cumple con los requerimientos es 1.6 m.Anlisis de estabilidad para el tramo 3:

Figura 4.15. Representacin de esfuerzos para el tercer tramo de la calzaduraEl anlisis para los tramos siguientes es similar al utilizado anteriormente.Evaluacin de esfuerzos para el tercer tramo

Fza Vertical Brazo

WC1Peso del concreto2.2950.425

WC2Peso del concreto4.320.8

WC3Peso del concreto2.70.5

Sobrecarga0.50.5

WS1Peso del suelo2.36251.225

WS2Peso del suelo6(B3+B2)/2

Fza Horizontal (t)Brazo

FRhEmpuje de tierra4.621.5

Sobrecarga0.492.25

FSV:Mr MaMr/Ma 3B32.31

-0.35456254.68.04

FSD:=0.55

Fr FaFr/Fa 2B32.14

9.2-0.625.113

La longitud escogida para este tramos es de 2.35 mAnlisis de estabilidad para el tramo 4:

Figura 4.16. Representacin de esfuerzos para el cuarto tramo de la calzadura

Evaluacin de esfuerzos para el tercer tramo

Fza VerticalBrazo

WC1Peso del concreto2.2950.425

WC2Peso del concreto4.320.8

WC3Peso del concreto6.351.175

WC4Peso del concreto2.70.5

Sobrecarga0.50.5

WS1Peso del suelo2.36251.225

WS2Peso del suelo4.7251.975

WS3Peso del suelo9.45(B4+B3)/2

Fza Horizontal (t)Brazo

FRhEmpuje de tierra8.222

Sobrecarga0.653

FSV:Mr MaMr/Ma 3B43.01

-1.9816.32518.40

FSD:=0.55

Fr FaFr/Fa 2B42.86

12.65-2.168.872

En este caso escogemos un ancho de 3 metros, con esto tenemos dimensionado todo el muro de calzaduras.Dimensiones finales

B10.85

B21.6

B32.35

B43

Figura 4.17. Representacin final del muro