CIMENTACIONES PROFUNDAS NORMALIZADAS CON
Contents
1. Dado CIMIENTO 2 CIMIENTO 3 Trabe de liga w gt 5 E T EL F A Perpendicular al plano de la hoja E a Io 2 Fy 1 7 1 CIMIENTO 1 t CIMIENTO 4 Figura 1 Cargas actuantes sobre la cimentaci n cabezales orientados 0 An lisis por Carga Vertical El dimensionamiento de los pilotes debido a carga vertical compresi n o tensi n se llev a cabo considerando que el pilote m s desfavorable debe cumplir el siguiente requisito P Fii Pa m x a FS FS y y II 1 Carga vertical m xima aplicada al pilote debido a las reacciones resultantes kN Capacidad de carga admisible del pilote kN Capacidad de carga vertical ltima del pilote kN calculada a partir de las propiedades de resistencia del subsuelo FS Factor de Seguridad Capacidad de carga ltima por punta del pilote kN igual a cero para fuerza vertical de tensi n Pr Capacidad de carga ltima por fricci n del pilote kN Capacidad de Carga ltima por Punta del Pilote Para el caso de suelos puramente cohesivos la capacidad de carga ltima por punta del pilote se determina mediante Bowles 1977 P IF 5 2 Donde Cohesi n promedio del suelo kN m N Factor de capacidad de carga del suelo A rea transversal del pilote gt En la expresi n 2 anterior 5 14 1 2 d 3 0 4 1 B si B lt 1 72. 28 62 2 94 8 83 0 S 9 2 40 800 900 8P 1V 8 3 17 0 3 8 5 90 6 1400 1500 3 17 0 1400 1500 3 17 0 1100 1200 3 17 0 900 1000 3 17 0 0 57 24 12 75 18 63 O H 2 94 8 83 12 75 14 71 14 71 17 16 0 3 3 a 9 4 6a 3 2 6 a 9 3 5 1400 1500 3 17 0 8 1300 1400 y 3 0 17 0 12 1 8 3 17 0 2 1100 1200 12P 1V 10 3 0 17 0 3 900 1000 8 1 8 3 17 0 17 16 18 63 7 35 8 83 3 6 a 9 40 40 40 40 40 40 40 40 efs 6a 3 4 90 7 35 25 S 0a 9 Tabla 6 Vol menes de obra por torre VOLUMENES DE OBRA POR TORRE Hincado Demolido NIVEL Plantilla Cimbra Concreto m3 ml ml 2 94 8 83 28 62 12 75 18 63 0 H 6a 9 0 89 164 69 14 08 17 14 80 55 80 0 7 2 28 62 2 94 8 83 0 S 6a 9 0 89 145 49 11 52 17 14 57 41 64 0 7 2 0 57 24 12 75 18 63 0 H 2 94 8 83 12 75 14 71 6a 0 0 79 269 97 28 80 16 37 138 64 168 0 10 8 3a 9 1 38 372 00 38 40 27 59 194 64 224 0 14 4 14 71 17 16 6 a 3 0 85 170 88 15 36 16 62 119 97 88 0 7 2 6 a 9 0 86 203 09 19 20 17 14 81 17 108 0 10 8 17 16 18 63 7 35 8 83 6 a 3 0 85 170 88 15 36 16 62 119 97 88 0 7 2 6 a 9 0 86 203 09 19 20 17 14 81 17 108 0 10 8 efs 6 a 3 1 20 432 65 48 00 25 89 126 94 280 0 18 0 4 90 7 35
3. de vista el proceso de normalizaci n tiene como objetivo el hacer m s eficiente el dise o de cimentaciones para este tipo de estructuras El proceso de normalizaci n que se presenta en este trabajo es aplicable a las cimentaciones profundas con base en pilotes METODOLOG A Elementos Estructurales de la Cimentaci n Los elementos estructurales que conforman la cimentaci n de una torre de transmisi n auto soportada son el dado el cabezal la trabe de liga y los pilotes Todos estos elementos son de concreto reforzado y se dise an de acuerdo con el ACI318 1995 Cargas Actuantes sobre las Cimentaciones Las cargas actuantes sobre las cimentaciones corresponden a las reacciones resultantes del an lisis estructural de las torres para cada una de sus patas y de estas reacciones se seleccionan las que producen los esfuerzos m ximos en la cimentaci n Estas cargas actuantes est n orientadas con respecto a tres ejes ortogonales como se muestra a continuaci n v ase Figura 1 F Carga m xima de compresi n en direcci n vertical en kN Fi Carga m xima de tensi n en direcci n vertical en kN Fy Carga correspondiente en direcci n transversal a la l nea en KN F Carga correspondiente en direcci n longitudinal a la l nea en kN L Pilote Cabezal 1 A 11
4. de normalizaci n de cimentaciones profundas tambi n muestra las distancias entre muescas las cuales sirven como puntos de referencia para localizar las coordenadas de los componentes de la cimentaci n La nomenclatura empleada en las Tablas 2 6 es la siguiente TS Tipo de Suelo Cohesivo o Friccionante Cohesi n Promedio P Vol Peso Volum trico 0 ngulo de Fricci n Interna CS Condici n del Suelo H medo o Sumergido NP N mero de Pilotes por pata AC Ancho del Cabezal PC Peralte del Cabezal Tabla 2 Dise o de los cabezales CABEZAL SUELO NIVEL DIMENSIONES REFUERZO A AA Tabla 3 Dise o de las trabes de liga TRABE DE LIGA SUELO DIMENSIONES REFUERZO Ts c P P vo ar Pr visr var vir f IDT Los indicados en pilotes Todos pas Variable 2P 1 8 2 1 8 1 3 3 E 26 0 Tabla 4 Dise o de los dados SUELO NIVEL DIMENSIONES REFUERZO La csi Ancho EX Er vp ari Todos 5126 2 6 4P 1V 8 4P 1V 8 3 210 3 21 0 82 3 _ 30 5 2 6 2 6 7P 1V 6 84 9 Tabla 5 Dise o de los pilotes PILOTE DIMENSIONES REFUERZO 8P 3 17 0 13 73 8P 3 17 0 4P 3 17 0 3 17 0 2 94 8 83 3 17 0 9 2 40 1000 1100 12 1 8 3 17 0 3 8 5 90 6 28 62 12 75 18 63 O H 6a 9 2 40 1000 1100 12 1 8 3 17 0 3 8 5 90 6
5. en los extremos del pilote Longitud de Desarrollo de las varillas longitudinales del Pilote Concreto de 29 43 Mpa Cc Concreto de 24 53 Mpa Cc CONCLUSIONES Se ha presentado un proceso para la normalizaci n de cimentaciones profundas con base en pilotes para torres de transmisi n auto soportadas La normalizaci n de este tipo de cimentaciones resulta beneficiosa debido a que se pueden reducir los costos de dise o de las cimentaciones se aprovechan los materiales en forma ptima y se reduce el tiempo de ejecuci n de la obra debido a que el proceso de fabricaci n de los pilotes puede hacerse en serie e incluso contar con un stock de los mismos Asimismo la normalizaci n ayudar a los equipos de ingenieros distribuidos en las distintas regiones del pa s para llevar a cabo la supervisi n del proceso constructivo adem s de poder tener la informaci n del dise o de las cimentaciones a trav s de los nuevos medios de comunicaci n electr nica como lo es la Internet RECONOCIMIENTOS Los autores expresan su agradecimiento a la Coordinaci n de Proyectos de Transmisi n y Transformaci n CPTT de la Comisi n Federal de Electricidad CFE su patrocinio para la elaboraci n del proyecto con base en el cual se desarroll este trabajo REFERENCIAS American Concrete Institute 1995 Building Code Requirements for Structural Concrete ACI318 95 and Commentary ACI318R 95 Bowles J E 1977 Found
6. 25 S 0a 9 2 21 660 00 71 68 46 79 189 89 416 0 28 8 LC VLSC VLIC VAC VTC LDC Longitud del Cabezal Varillas Longitudinales del Lecho Superior del Cabezal Varillas Longitudinales del Lecho Inferior del Cabezal Varillas Auxiliares Longitudinales del Cabezal Refuerzo Transversal del Cabezal Estribos Longitud de Desarrollo de las varillas longitudinales del Cabezal Para la Trabe de Liga solamente se sustituye la C por la T Ancho Di m E EX EY VLD VLD 1 VTID LDD AP LPL LPTO 1 1 2 VT2P LDP 1 2 Ancho del Dado para secciones cuadradas Di metro del Dado para secciones circulares Altura del Dado con respecto a la parte superior del cabezal Excentricidad del extremo superior del Dado con respecto al centro del cabezal Excentricidad del extremo superior del Dado con respecto al centro del cabezal Varillas Longitudinales del Dado Varillas Longitudinales del Dado Refuerzo Transversal del Dado Estribos en secciones cuadradas y espirales en secciones circulares Refuerzo Transversal del Dado solamente en secciones cuadradas Estribos Longitud de Desarrollo de las varillas longitudinales del Dado Ancho del Pilote Longitud enterrada del Pilote Longitud Total del Pilote Refuerzo Transversal del Pilote Estribos Refuerzo Transversal del Pilote Estribos Refuerzo Transversal del Pilote Estribos en los extremos del pilote Refuerzo Transversal del Pilote Estribos
7. CIMENTACIONES PROFUNDAS NORMALIZADAS CON BASE EN PILOTES PARA TORRES DE TRANSMISION AUTO SOPORTADAS C J Mu oz Black y V Guerrero Flores cjmb iie org mx y guerrero Oile org mx Instituto de Investigaciones El ctricas Tel 7 3183811 ext 7572 y 7584 Fax 7 3182538 Av Reforma 113 Col Palmira 62490 Temixco Morelos RESUMEN En este trabajo se describe la metodolog a para el an lisis de cimentaciones profundas con base en pilotes para torres de transmisi n auto soportadas y se presenta el proceso de normalizaci n para este tipo de cimentaciones Se muestra un ejemplo de aplicaci n para una torre de transmisi n en particular dadas las caracter sticas mec nicas del suelo de desplante y se mencionan las ventajas que resultan del proceso de normalizaci n SUMMARY A methodology for the pile foundation analysis of self supporting transmission towers is described A normalization process for this foundation type is also presented An application example is shown for a particular transmission tower and given soil mechanical parameters The advantages of the normalization process are presented INTRODUCCI N En las l neas de transmisi n uno de los elementos estructurales m s importantes es la cimentaci n de las torres que en un gran n mero conforman la l nea El dise o individual de estos elementos para cada torre puede resultar entre otras cosas en un retraso de la ejecuci n del tendido de la l nea Desde este punto
8. a nomenclatura utilizada es la siguiente NP N mero de pilotes LP Longitud del pilote por carga axial PADC Capacidad de carga admisible de compresi n o tensi n del pilote LPL Longitud del pilote por carga lateral AROR Capacidad de carga admisible lateral del pilote LPMAX Longitud m xima del pilote fijada por el usuario NPMAX N mero m ximo de pilotes determinado por la geometr a de la torre Estabilidad Axial lt LPL LPL 1 0 Estabilidad Lateral AROR gt Lateral No Dise o Estr de la Cimentaci n DEC Prop n secci n No del elemento DEC es 0 K cuyo dise o no es Imprime resultados Figura 7 Diagrama de Flujo del programa PILOTES PROCESO DE NORMALIZACI N Conceptos Generales El proceso de normalizaci n consiste primeramente en analizar y dise ar los componentes de la cimentaci n dado cabezal pilote y trabe de liga para una torre en particular y para cada nivel de sta considerando un conjunto de par metros del suelo Una vez realizado el an lisis y dise o para cada nivel de la torre se procede a seleccionar los componentes de la cimentaci n que sean comunes entre s para los diferentes niveles de la torre Este proceso de normalizaci n se realiza mediante una Macro elaborada en EXCEL en donde se leen los archivos de resultados del programa PILOTES y se procesa esta informaci n para dar como resultado diferentes tablas que se incluyen en los planos de cim
9. ation Analysis and Design McGraw Hill Second Edition Broms 1964a Lateral Resistance of Piles in Cohesive Soils American Society of Civil Engineers Journal of Soils Mechanics and Foundation Division march Broms B B 1964b Lateral Resistance of Piles in Cohesionless Soils American Society of Civil Engineers Journal of Soils Mechanics and Foundation Division may Mu oz C J y Guerrero V 1999 Manual de Usuario para el M dulo Pilotes del Programa DIN CCR 98 Informe No 11E 42 1 1142 107 P C Instituto de Investigaciones El ctricas Tomlinson M J 1996 Cimentaciones Dise o y Construcci n Editorial Trillas Primera Edici n
10. dad por adhesi n se determina de acuerdo a lo siguiente Bowles 1977 l P cp dy En esta ecuaci n QL 1 1 Factor de adhesi n se puede obtener de la Figuras 4 a 4 b o 4 c seg n sea el caso 1 2 o 3 respectivamente Tomlinson 1996 Caso 1 Pilotes hundidos a trav s de arenas o gravas arenosas Caso 2 Pilotes hundidos a trav s de una capa superior de arcilla d bil Caso 3 Pilotes sin una capa superior diferente Cohesi n promedio del suelo KN m Per metro del pilote m Longitud del pilote en el estrato considerado m En el caso de suelos no cohesivos la capacidad de carga por fricci n del pilote se obtiene a partir de l Pa dy 7 Donde K Coeficiente de presi n lateral el cual se puede obtener con el procedimiento que se describe en el siguiente p rrafo Presi n vertical efectiva promedio sobre el incremento dy del pilote kN m ngulo que se puede obtener de la relaci n 6 de la Figura 5 Longitud del pilote en el estrato considerado m El procedimiento para calcular el coeficiente de presi n lateral K es el siguiente Paso 1 Paso 2 Paso 3 Calcular el volumen del pilote por unidad de longitud m m y obtener el valor de K s Seg n la Tabla 1 para el ngulo de fricci n interna del suelo se puede interpolar para distintos valores de Obtener el valor de la relaci n a partir de la Figura 5 Mu
11. entaciones de la torre en estudio Par metros de los componentes Los pilotes se limitaron a ser de secci n cuadrada de 40 y 45 cm de ancho y tener una longitud m xima de 15m Todos los componentes son de concreto reforzado considerando una resistencia m nima a la compresi n de 24 53 MPa excepto en los pilotes cuya resistencia m nima fue de 29 43 MPa El esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo se consider de 412 02 MPa Par metros del Suelo Para el caso de suelos cohesivos se consideraron tres distintas cohesiones promedio 13 36 28 62 y 57 24 kPa y un peso volum trico en el intervalo 12 75 18 63 kN m Para suelos no cohesivos se consideraron tres ngulos de fricci n interna 20 25 30 con sus intervalos de pesos volum tricos de 12 75 14 70 14 71 17 15 y 17 16 18 63 respectivamente Para ambos tipos de suelo cohesivos y no cohesivos se consider la condici n de suelo h medo y suelo sumergido El factor de seguridad fue de 2 5 tanto para el an lisis por carga vertical como para el an lisis por carga horizontal EJEMPLO DE APLICACI N A manera de ejemplo se presenta la normalizaci n de la cimentaci n profunda con base en pilotes de una torre de 115 kV de suspensi n de claros cortos de un circuito y un conductor por fase con estos par metros la torre recibe el nombre de Torre 1A11 Los resultados del proceso de normalizaci n se presentan en las Tablas 2 6 Aun cuando no se presenta el programa
12. lo de fricci n interna Figura 6 Factor de correcci n K An lisis por Carga Lateral En el caso de cargas laterales la dimensi n y n mero de pilotes depender de que el pilote m s desfavorable debe satisfacer el siguiente requisito SF 8 FS Donde Fa Carga lateral m xima aplicada al pilote debido a las reacciones resultantes kN F Capacidad de carga admisible del pilote kN F Capacidad de carga lateral ltima del pilote KN calculada a partir de las propiedades de resistencia del subsuelo FS Factor de Seguridad En el caso de suelos cohesivos la capacidad de carga lateral ltima del pilote est dada por Broms 1964a 0 si 0 lt y lt 1 5D 9 8cD si 150 YSL Donde y Distancia al nivel del terreno m D Di metro ancho p del pilote c Cohesi n del suelo kN m Longitud del pilote Para suelos no cohesivos la capacidad de carga lateral ltima del pilote se obtiene mediante Broms 1964b 10 Donde Y Peso espec fico del suelo p Coeficiente de presi n lateral pasiva adimensional _ l sen 1 ngulo de fricci n interna del suelo PROGRAMA DE C MPUTO Para llevar a cabo el dise o de las cimentaciones profundas con pilotes se desarroll un programa Mu oz 1999 de computadora en lenguaje Visual Basic V3 1 El diagrama de flujo de este programa se muestra en la Figura 7 cuy
13. lo4arctell B si B gt 1 Donde L Longitud del pilote B Ancho del pilote Para suelos no cohesivos la capacidad de carga ltima por punta del pilote se obtiene con Bowles 1977 Po Y LN A 5 En esta ecuaci n 04 Coeficiente y L Presi n vertical efectiva promedio en la punta del pilote kN m N Factor de capacidad de carga reducida del suelo A rea transversal del pilote Los valores de q Se pueden obtener de las Figuras 2 y 3 respectivamente 1 L Longitud del pilote D Ancho del pilote O Di metro del pilote O 3 E at L D 20 3 1 0 30 3 L D gt 45 O 0 1 20 25 30 35 40 45 ngulo de fircci n interna Figura 2 Coeficiente amp para la capacidad de carga por punta de pilotes en suelos no cohesivos 1000 gt gt S D 5 S 100 3 o 5 a 10 he 9 20 25 30 35 40 45 ngulo de fricci n interna Figura 3 Factor de capacidad de carga por punta de pilotes en suelos no cohesivos Capacidad de Carga ltima por Adhesi n Fricci n del Pilote La capacidad de carga ltima por adhesi n del pilote para suelos cohesivos depende del tipo de suelo y de algunas de sus propiedades As esta capaci
14. ltiplicar el valor de obtenido en el Paso 1 por el factor de correcci n de la Figura 6 dependiendo del valor de la relaci n 0 Tabla 1 Coeficiente de presi n lateral K 25 0 5 3 3 40 lt 10 L D 20 L D gt 40 3 1 25 2 1 A A Arenas o gravas arenosas 0 75 2 0 5 D L Barros r gidos 5 0 25 0 0 50 100 150 200 250 Cohesi n kN m a Caso 1 D gt 20 L D 10 3 1 25 5 1 Arcilla suave 0 75 BR 0 5 m D L Arcilla r gida S 0 25 Pre 0 0 50 100 150 200 250 Cohesi n kN m b Caso 2 D gt 40 L D 10 3 1 25 0 1 gt YN 5 0 75 Arcilla r gida o L 2 0 5 D 5 0 25 0 0 50 100 150 200 250 Cohesi n kN m Caso 3 Figura 4 Factor de adhesi n para suelos cohesivos 0 2 0 16 0 12 gt 0 08 0 04 0 0 2 0 4 0 6 Figura 5 Gr fica para obtener la relaci n 9 6 1 25 1 8 5 amp 1 0 3 0 75 9 lr 8 0 8 0 6 8 05 8 0 4 0 2 5 0 25 La LL 0 0 10 20 30 40 50 ngu
Download Pdf Manuals
Related Search