jueves, 30 de mayo de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO - SISTEMA ANCLADO

Problemas 27-3 Los pilotes de sostenimiento y el forro ilustrado en este ejemplo podrían también haberse usado en el corte ademado del problema 27-2 y en el problema 27-3 podrían haberse usado tablestacas. Los procedimientos de proyecto para los tableros son esencialmente los mismos, ya consista su apoyo de puntales o de tirantes.

Aunque muchos ingenieros proyectan el forro por el método mostrado en la hoja 2, es probable que los resultados sean excesivamente conservadores debido a que las presiones del suelo se concentran en los patines exteriores de los pilotes de sostenimiento que son más rígidos. Por tanto, se acostumbra elegir las dimensiones del forro basándose en el criterio de ingenieros experimentados.

El cálculo de la longitud de empotramiento de la parte inyectada con mortero sirve solamente para el proyecto de las primeras anclas de prueba. Las dimensiones reales, las cargas admisibles y las separaciones de las anclas para el proyecto final se fijan sobre la base de los resultados de las pruebas.


lunes, 27 de mayo de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO - CORTE APUNTALADO

Problema 27.2 La sección elegida para ilustración se supone que está situada en la porción central de un corte largo; por tanto, los largueros se proyectan como vigas. Cerca de los extremos del corte, los largueros pueden también soportar cargas axiales que provienen de la presión de tierra que obra en los muros extremos; bajo estas circunstancias deben proyectarse como vigas- columna. Como los bloques que se colocan entre las tablestacas y los largueros producen una considerable restricción a la flexión vertical de los largueros, la flexión transversal del patín de compresión usualmente no influye en el proyecto.

Aunque las almas de los largueros pueden ser teóricamente adecuadas para soportar las reacciones de los puntales sin torcerse, las conexiones de campo rara vez se ajustan con tolerancias tan precisas como las que se utilizan en los puentes de acero o en los edificios. En consecuencia, es probable que las conexiones introduzcan cargas excéntricas en los largueras. Se ponen atiesadores para asegurar que los largueros no se formen a pesar de las inevitables imprecisiones del campo.

jueves, 23 de mayo de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO - TABLESTACA ANCLADA

La mayor parte de los procedimientos descritos sobre proyectos de tablestacas se incluyen en el problema 27-1. Las presiones contra el respaldo y contra la porción embebida de la tablestaca se calculan de acuerdo con la fig. 27.4b. La diferencia supuesta de 1 .50 m en el nivel del agua para el proyecto aumenta la longitud de hincado necesaria del 20 al 25 por ciento.

Para calcular el momento en los tableros, se supone que el punto de inflexión está a 30 cm abajo de la línea de lodo. La tensión en el anda correspondiente a esta suposición es aproximadamente de 11 a 12 por ciento menor que la calculada para el equilibrio global.

Varias de las incógnitas evaluadas en la memoria de cálculo, como el punto del momento máximo en el mamparo y la profundidad de los pilotes en el muro de anclaje, se encuentran por tanteos. Este procedimiento es preferible, ya que la solución de ecuaciones del segundo o tercer grado lleva a pequeñas diferencias en números grandes.



lunes, 20 de mayo de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO - ESTRIBO DE PUENTE EN VOLADIZO

PROBLEMA 26-3.  Esta memoria de cálculo se refiere únicamente a la estabilidad de la sección frontal de un estribo de puente en voladizo. Debe notarse que muchos de los cálculos corresponden a los del problema 26-1. Sin embargo, las reacciones en el apoyo del puente, as como la sobrecarga que resulta de las cargas en el relleno tras el estribo son factores adicionales peculiares de este tipo de estructura. Por tanto, el objeto principal de esta memoria de cálculo es demostrar los efectos de estas cargas adicionales, como se dijo en la sección anterior.

jueves, 16 de mayo de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO CIMENTACION CON PILOTES INCLINADOS

PROBLEMA 26-2 Los cálculos anexos ilustran un método de diseño común para cimentaciones pi-
loteadas con algunos pilotes inclinados, para mejorar la estabilidad de la estructura contra fuerzas horizontales. Se ha elegido un muro en voladizo en el ejemplo, para aprovechar el que una estructura similar se utilizó en el problema 26-1.

En primer lugar se encuentran las componentes verticales de las reacciones en los pilotes, de acuerdo con lo tratado en cimentaciones piloteadas sujetas a momento. En segundo lugar, se estimé un valor de una tonelada como la carga ho rizontal que puede asiguarse a cada pilote, en vista de la resistencia del suelo en el cual se hincan estos y de la rigidez de los pilotes a la flexión. Después se determinan los valores de las inclinaciones para las filas 1 y 2, por medio de un polígono de fuerzas similar al de la fig. 26.13b. Finalmente, se compara la carga resultante para cada pilote de la fila 1 con el valor permisible.

PROYECTO ILUSTRATIVO CIMENTACION CON PILOTES INCLINADOS

Al igual que en el problema 26-1, debe aplicarse un factor de carga a la presión de tierra, para el diseño estructural de los diferentes elementos del muro de retención. Como la aplicación de la presión de tierra corregida usualmente da por resultado la eliminación cte la mayor parte, sino de toda la compresión en los pilotes debajo del talón, la losa de la base piloteada puede proyectarse de una manera semejante a la utilizada para la zapata del problema 26-1.

Es decir, puede suponerse que la suma de las fuerzas verticales es resistida por pilotes que están debajo del frente, mientras que el talón resiste el peso del relleno sin el beneficio del apoyo de los pilotes.

Figura 26.13 Diagramas que ilustran el método de cálculo de las fuerzas que obran en  los pilotes situados debajo de un muro de contencion a) Disposición de los pilotes b) Poligono de fuerzas.
Figura 26.13 Diagramas que ilustran el método de cálculo de las fuerzas que obran en
los pilotes situados debajo de un muro de contencion a) Disposición de los pilotes b) Poligono de fuerzas.

lunes, 13 de mayo de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO MURO DE CONTENCION EN VOLADIZO

PROBLEMA 26-1 La aplicación de los principios discutidos hasta ahora se muestra en estos cálculos. Se nota que pueden dividirse en dos pasos separados: (1) en análisis de estabilidad en el que se determinan las presiones en el suelo debajo de la base y el factor de seguridad contra deslizamiento, y (2) el proyecto estructural en el que se determinan las dimensiones y formas de los elementos de la estructura (fig. 26.1 b) para resistir las fuerzas aplicadas.

Puede notarse que la presión máxima del suelo en el borde de la base, calculada por los métodos discutidos anteriormente es algo menor que el valor admisible, lo que sugeriría que puede reducirse el ancho de la base. Sin embargo, investigaciones posteriores, demuestran que sólo podría hacerse una reducción muy pequeña, en el caso que se pudiera, sin que el factor de seguridad resultante contra el deslizamiento fuera inadecuado.

Los cálculos con relación a la resistencia máxima de las diferentes secciones críticas son típicas del proyecto de concreto reforzado y son semejantes a los presentados en las memorias de cálculo anteriores. Sin embargo el procedimiento para determinar las presiones de los suelos, afectadas por los factores correctivos, para proyectar con relación a la resistencia máxima del frente y del talán no corresponde a la ec. 24.5 o a la distribución mostrada en la fig. 26.1b. Por el contrario, se hace la suposición conservadora de que la suma de las cargas verticales está uniformemente distribuida sobre el tercio delantero de la base. Por tanto, la reacción del suelo contra la base es análoga al bloque de esfuerzos de compresión utilizados en el análisis a la flexión de vigas de concreto reforzado y columnas en flexo-compresión.




Muro de contención en voladizo a) Fuerzas a considerar en el análisis de estabilidad b) Fuerzas que obran en los elementos estructurales principales del muro.
Figura 26.1 Muro de contención en voladizo a) Fuerzas a considerar en el análisis de estabilidad
b) Fuerzas que obran en los elementos estructurales principales del muro.

jueves, 9 de mayo de 2013

Resumen del Procedimiento para Proyectar Muros de Contención en Voladizo

El proyecto de un muro de contención puede resumirse a los pasos siguientes, de los cuales los primeros cinco se refieren a la determinación de sus dimensiones y a su es• tabilidad, y los dos finales a la investigación de su resistencia.

1. Elljanse dimensiones provisionales para la estructura, incluyendo las dimensiones del tablero y de la base, así como la posición de aquél sobre ésta.

2. Estimese la magnitud de todas las fuerzas que obran arriba del lecho inferior de la base, como se indica en la fig. 26.1a.

3. Determínese el punto de intersección de la resultante de las fuerzas determinadas en el paso 2, con el plano del lecho inferior de la base. La localización de este punto constituye la comprobación de la estabilidad del muro con relación al vuelco.

4. Deterrnínese la magnitud de la presión de la cimentación contra la base.

5. Compruébese el factor de seguridad contra deslizamiento.

6. Aplíquense los factores de carga a la presión de tierra y a las otras cargas y calcúlense las correspondientes presiones reacciones, fuerzas cortantes y momentos.

7. Calcúlense las resistencias máximas en las secciones crfticas de los elementos mostrados en la fig. 26.1 b.
Al hacer los cálculos de los pasos 3 a 7 casi siempre se aprecia la necesidad de hacer modificaciones en las dimensiones provisionales del paso 1.


Figura 26.1 Muro de contención en voladizo. a) Fuerzas a considerar en el análisis de estabilidad
b) Fuerzas que obran en los elementos estructurales principales del muro.

lunes, 6 de mayo de 2013

Bases para el Proyecto de Losas de Cimentación

Este artículo se trata del proyecto estructural de la losa.

En su forma común más sencilla, una losa de cimentación es una losa de concreto reforzado que soporta las columnas y muros de una estructura y que distribuye su carga en los suelos subyacentes. Usualmente, esta losa se considera y se proyecta como una losa plana continua, con apoyo rígido en las columnas y en los muros.

La presión del suelo quc obra contra la losa se supone uniformcmentc distribuida y que es igual a la carga total de todas las columnas, multiplicada por los factores de carga correspondientes, y dividida por el area de losa. Los momentos y las fuerzas cortantes en la losa se determinan usando los coeficientes correspondientes que aparecen en las especificaciones para el proyecto de losas planas.

Debido a la variación errática en la compresibilidad de casi todos los depósitos de suelos, existen también desviaciones erráticas de la presión del suelo con respec to al valor promedio. Como los momentos y las fuerzas cortantes se determinan tomando como base la presión media, se considera una buena técnica poner en la losa una cantidad de acero mayor que la teórica y usar el mismo porcentaje de acero en los lechos superior e inferior.

La analogía con la losa plana se ha usado mucho, a menudo con éxito completo. Por otra parte, con frecuencia ha sido la causa de fallas estructurales, no sólo de la losa, sino también de la superestructura. Por tanto, deben entenderse claramente sus limitaciones.

La analogía es válida solamente si los asentamientos diferenciales entre las columnas van a ser pequeños y, si la distribución de los asentamientos diferenciales va a ser errática y no sitemática. Fastas limitaciones son necesarias debido a que el proyecto de las losas planas se basa en la suposición tácita de que los asentamientos diferenciales entre los puntos de apoyo en las columnas o en los muros serán insignific antes.

Además, aunque los asentamientos sean despreciables, la analogía con la losa plana puede conducir a proyectos antieconómicos o poco conservadores, a menos que las columnas estén más o menos igualmente cargadas y espaciadas. Si las cargas en algunas áreas son en promedio mucho más pesadas que en otras, los asentamientos diferenciales pueden ser la causa de una gran rcdistribución de momentos en la losa. En estas circunstancias, las losas de cimentación algunas veces se proyectan como si estuvieran sostenidas sobre un lecho de resortes muy juntos, pero igualmente espaciados y de igual rigidez. La presión de contacto q debajo de un area muy pequena es entonces proporcional a la flexión de los resortes en esa área, y, por tanto, al asentamiento S. La constante de proporcionalidad



se llama módulo de reacción de la subrasante. Sus unidades son las de fuerza por unidad de volumen. Aunque se ha elaborado una teoría para calcular momentos y fuerzas cortantes en la losa para una subrasante que tiene las propiedades representadas por un valor constante del m&dulo k, el valor de k para los suelos reales depende no solamente de las características esfuerzo-deformación del suelo,
sino también en una manera compleja de la forma y tamaño del área cargada y de la magnitud y posición de las áreas cargadas vecinas. En algunos casos, valores de k que pudieran parecer razonables 1levan a calcular presiones en el suelo mayores que la capacidad de carga. Por tanto, la evaluación de k para proyecto, y aun el juicio con respecto a la aplicabilidad del concepto de módulo de reacción de la subrasante a una obra especial, requieren un estudio concienzudo y están llenos de incertidumbres.

Un proyecto estructural correcto de una losa de cimentación por la analogía de la losa plana, o por el método del módulo de reacción de la subrasante, desafortunadamente no es garantía de que las flechas de la losa no tengan en realidad importancia. De hecho, si la estructura cubre un área relativamente grande y aumenta mucho los esfuerzos en un depósito subyacente de arcilla o limo compresible, es probable que experimente grandes asentamientos diferenciales sistemáticos. Estos no podrán evitarse simplemente dando una gran resistencia a la losa; también es necesario darle rigidez. Sin embargo, es probable que una cimentación rígida esté sujeta a momentos flexionantes, mucho mayores que los que corresponden a los análisis de losa plana o con eJ módulo de reaccion. Estos momentos pueden ser tan grandes que requieran vigas de gran peralte, armaduras, y aun la utilización de la superestructura para obtener la resistencia necesaria. La losa debe ahora consistir de dos elementos casi independientes: la losa de la base, que puede todavia proyectarse por la analogía de la losa plana y los miembros para dar rigidez, que tienen la función de evitar la mayor parte de los asentamientos diferenciales de los puntos de apoyo de la losa de base.

El proyecto de los elementos rigidizadores es un problema estructural difícil para el cual no existe procedimiento directo. La experiencia y un criterio maduro son esenciales. El aumentar la rigidez de una losa de cimentación apoyada en un suelo compresible produce una redistribución de la presión del suelo; la Josa de cimentación no debe sufrir una flexión excesiva cuando actúa en ella la presión redistribuida irregular.

Desafortunadamente no puede hacerse una estimación racional segura de la distribución de la presión, debido a lo extremadamente complejo de las relaciones entre los esfuerzos, las deformaciones y el tiempo, no solamente en los suelos, sino también en los elementos estructurales.

Según la teoría, si una estructura ilgida descansa en un suelo con módulo de elasticidad constante, la presión en la base de la estructura variará de un mínimo cerca de la mitad de la base a un máximo en los bordes. Ocasionalmente se ha utilizado este conocimiento como base para estimar la presión del suelo para proyectar una losa de cimentación rígida sobre un subsuelo de limo o arcilla compresible. Sin embargo, como no es probable que la presión en los bordes exceda del doble de la promedio, se considera conservador proyectar los elementos rigidizadores y la losa misma para dos condiciones: para una presión uniforme sobre toda la losa y para una presión variable de alguna manera arbitraria, desde un mínimo en el centro, a dos veces el promedio en los bordes. Por supuesto, la presión promedio es la misma en ambas condiciones. En cualquier parte de la cimentación, la resistencia se hace adecuada para cualquier distribución que produzca las condiciones más severas y para la distribución irregular no debe ser excesiva la deformación de las cimentaciones.

Esta es una base lógica para proyecto, pero a menudo puede ser demasiado conservadora y, por tanto, antieconómica. La elección de las más adecuadas presiones en los bordes coil frecuencia pone a prueba la habilidad del ingeniero de cimentaciones más experimentado.

Estos párrafos sugieren que el proyecto de losas rígidas sobre arena, arcilla firme, u otros materiales relativamente incoinpresibles es algo complicado, pero, por lo demás, es un problema estructural de rutina.

Por otra parte, si el subsuelo contiene capas muy compresibles, el problema ya no es de rutina.

Como alternativa al costo relativamente alto de una losa rígida de gran tamaño sobre un depósito compresible, puede obtenerse una gran economía proyectando una losa de cimentación flexible y una superestructura que pueda deformarse sin daño estructural tomando la forma correspondiente a la compresión del subsuelo, Evidentemente, esta alternativa no puede elegirse si el aspecto arquitectónico o funcional demanda una estructura relativamente indeformable. Por otra parte, muchos tipos de estructuras, como los grandes tanques de acero y los edificios de estructura de acero de uno o dos pisos, industriales, con paredes de metal o de asbesto, pueden sufrir grandes deformaciones sin consecuencias perjudiciales. A menudo resulta preferible aceptar las deformaciones, si puede evitarse el costo de una cimentación rígida.

El proyecto de una cimentación flexible no puede basarse con facilidad en el cálculo de los esfuerzos en la losa. Por lo contrario, es necesario estimar, basándose en la predicción de los asentamientos, la curvatura máxima a la que puede quedar sujeta la cimentación, y elegir el peralte de la losa y la cantidad de refuerzo de manera que no se produzcan grietas suficientemente grandes como para dar mal aspecto o para producir demasiadas filtraciones del agua subterránea, aun si se deforma de acuerdo con la curvatura estimada.

Como regla aproximada, puede tomarse la cantidad de acero como 1 por ciento en cada una de las dos direcciones ortogonales, repartida igualmente en los lechos superior e inferior de la losa. En general, el espesor de la losa no debe ser mayor que 0.01 del radio de curvatura, pero pueden ser necesarios aumentos de espesor cerca de las columnas y muros para evitar fallas por esfuerzo cortante. En cada obra particular entran muchos factores en la elección final del criterio de proyecto, y se requiere buen juicio y experiencia.

Por tanto, el diseño de una losa flexible sobre depósitos compresibles, al igual que el de una losa de cimentación rígida, en el mismo caso, no es un problema de rutina.

jueves, 2 de mayo de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO ZAPATAS COMBINADAS

En los articulos anteriores de este capftulo se han discutido con algún detalle los diferentes tipos de zapatas combinadas. El objeto de estos problemas es presentar los cálculos tipicos que demuestran la aplicación de algunos de los principios asociados con la determinación de las dimensiones y el proyecto estructural de tres tipos comunes de zapatas combinadas.

Los cálculos que se dan en el problema 25-1a se refieren a una zapata combinada rectangular. Primero se determinan las dimensiones correspondientes a una presión uniforme en el suelo bajo la carga muerta más una carga viva reducida. En segundo lugar se determina la variación de presión en el suelo para las condiciones de carga especificadas en el reglamento de construc ción, por los métodos discutidos anteriormente. La presión máxima en el suelo bajo esta carga resulta menor que la presión admisible en el suelo. Por tanto, no se necesita modificar la planta de la zapata. En seguida, se calculan las presiones en el suelo producidas por las cargas de las columnas, corregidas por los factores de carga, y se dibujan los diagi-irkas correspondientes de las fuerzas cortantes y de los momentos. Estos representan la base para los cálculos efectuados con el método de resistencia.

En el problema 25-1 b se determinan las dimensiones de una zapata combinada trapecial. Se usan las ecs. 25.1 y 25.2 para obtener los anchos convenientes en los extremos, para producir una presión uniforme en el suelo bajo la carga muerta más la carga viva reducida, Con objeto de determinar las presiones en el suelo bajo otras condiciones de carga, la posición del centroide i de la zapata se obtiene por medio de la ecuación.
El momento de inercia de la zapata se determina cómodamente usando el teorema de los ejes paralelos

Finalmente, las presiones en el suelo se obtienen por medio de la ecuación básica
Los cálculos dados en el problema 25-1 c muestran una aplicación del método para determinar las dimensiones de las zapatas en voladizo. Como referencia, véase la fig.  25.2b. Por otra parte, se considera que los cálculos se explican por si mismos.