PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA MADRE Y MAESTRA FACULTAD DE CIENCIAS DE LAS INGENIERIAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
Título de la asignación: “Tablestacado” Asignatura: Fundaciones Clave: ST-IC -533-T-002
Presentado por:
Xannifer Taveras
Daniel Diaz Rainelca Martinez Jose Rodriguez Adrian Parache
2009-0097
2010-0399 2010-0583 2010-0639 2010-0761
Pedro Reyes Enmanuel G. Wilson Rancier Kelvin Germosen Rafael Diaz
2011-0049 2011-0301 2011-0563 2011-0687 2011-1479
Profesor: Ing. Jorge Michelén Fecha de entrega: 16 Julio del 2015 SANTIAGO, REPÚBLICA DOMINICANA Generalidades Las tablestacas se pueden definer como un tipo de pantalla, o estructura de contención flexible utilizados en obras de caracter civil. Las tablestacas de acuerdo a su material de construccion se clasifican en: Tablestaca de madera: se utilizan como estructuras de contencion temporal, generalmente, como muros de contencion para excavaciones con Alturas menores a 3m Tablestaca de concreto: son las mas pesadas, se diseñan para resistit los esfuerzos de trabajo y los esfuerzos durante su construccion (el gran peso es su desventaja, mientras que su durabilidad es su ventaja) Tablaestaca de acero: son las mas communes debido a su alta Resistencia, economia y que no se suelen panderer durante el hincado (ventaja, reutilizable). Aplicaciones del tablaestacado 1- Obras de defensa 2- Muelles 3 – Entibaciones temporales
Proceso constructivo de tablestacas Las tablestacas se hincan en el terreno mediante vibración y mediante golpeo, aunque resulta muy raro emplear este último. Para construir las tablestacas, existen varios métodos constructivos, dentro de los cuales se encuentran: Estructura rellenada: este método implica que se hinca la tablestaca en el terreno y luego se coloca el relleno en el lado de la tierra, es decir, primero se realiza el corte del terreno, luego se coloca la tablestaca y al final se rellena.
Los pasos para la construcción del tablestacado con este método son: Paso 1. Se draga el suelo Paso 2. Se hinca la tablestaca Paso 3. Se rellena hasta el nivel del ancla y se coloca el sistema de anclaje Paso 4. Se rellena hasta la parte superior del muro
1.
Estructura dragada: con este método se hinca la tablestaca en el terreno y luego el suelo frente a ella se puede dragar, es decir, primero se hinca la tablestaca, se rellena y luego se corta el terreno.
Los pasos para la construcción tablestacado con este método son: Paso 1. Se hincan las tablestacas Paso 2. Se rellena hasta el nivel del ancla y se coloca el sistema de anclaje
Paso 3. Se rellena hasta la parte superior del muro Paso 4. Se draga el lado frontal del muro
Técnicas especiales para la construcción del tablestacado Hoy día existen varios sistemas o maquinarias que se utilizan para construir el tablestacado, basándose en los dos métodos expuestos anteriormente y en función del tipo de terreno y las características de la obra a realizar. Algunos de ellos son: Sistema MOVIL-RAM El sistema Móvil-Ram, se compone de una máquina autopropulsada dotada de un mástil telescópico al que se le acoplan varios accesorios. El tablestacado se hinca por la alta vibración, introduciendo la plancha hasta la profundidad deseada.
Procedimiento:
En el punto de acopio de las planchas, se levanta unos 30 cm la plancha, se inserta la cadena de seguridad y una vez insertada se levanta el mástil principal, quedando la tablestaca en posición vertical.
Una vez en posición vertical se procede a prensarla con la mordaza y a continuación la máquina se desplaza hasta la línea de hinca, ensamblando la tablestaca con la que se encuentra ya insertada en el terreno.
Mediante
vibración,
se
va
introduciendo la tablestaca hasta quedar a la misma altura que las anteriores y finalmente se abren las mordazas, se desengancha la cadena y se procede a repetir el ciclo.
Sistema POWER PACK: Este método es empleado cuando la zona que se desea tablestacar se encuentra a una distancia poco exequible. El sistema consta de una central hidráulica y de un vibrador que se coloca suspendido de una grúa. Procedimiento: 1.
Se necesita disponer de una auto-grúa capaz de levantar el vibrohincador y la tablestaca.
2.
Una vez suspendido el vibrador, la auto-grúa inicia eleva unos 30 cm la plancha y se procede a insertar la cadena de seguridad.
3. Una vez insertada se empieza a suspender el vibrohincador hasta quedar la vibroestaca en posición vertical. 4. A continuación se prensa la tablestaca con la mordaza y una vez prensada se desplaza el vibrohincador hasta la línea de hinca y se procede a ensamblar esa tablestaca con la que se encuentra insertada en el terreno, para posteriormente comenzar a vibrar hasta dejar la tablestaca a la misma altura que las anteriores. Una vez conseguido, se abren las mordazas y se desengancha la cadena de seguridad. 5. A continuación se procede a la excavación hasta una cota de 0.6 metros por debajo de la línea de arriostramiento. 6. Finalmente se continúa con la excavación hasta cota final. Sistema HAMMER El sistema Hammer, como su nombre lo dice, trabaja como una especie de martillo, donde se utiliza la elevación de una masa por medio de un sistema hidráulico, dejándola libre y posteriormente golpeando a la tablestaca en su parte superior. Este sistema se emplea en terrenos muy duros o arcillosos. La elevación de la masa y la velocidad del golpe dependen del tipo de terreno. Sistema HYDRO PRESS Es un sistema de hincado de tablestacas sin vibración. Se realiza mediante unos pistones de grandes dimensiones y a extremada presión. El hincado se puede realizar en grupos de 3 o 4 tablestacas y el propio rozamiento de estas favorece el hincado de la tablestaca que se está presionando. Es empleado para zonas con edificaciones lindantes frágiles al no producirse vibraciones.
Tipos de Tablestacado Tablestacas en voladizo
Se usan generalmente para alturas menores o iguales a 6m medidos desde la línea de dragado. El comportamiento de este tablestacado es como el de una viga en voladizo.
Diagrama de flujo
Pasos para el diseño
El procedimiento para obtener el diagram de presiones sobre una tablestaca que permita realizer el diseño puede resumirse en los pasos siguientes: Pasos 1) asuma una profundidad de penetracion de la tablesta, la cual se puede obtener como una correlacion de la altura de la misma y de la resistencia del suelo.
2) calcule Kp y Ka, puede ser por Rankine o por Coulomb. 3 ) Calcule P1 y P2, L1 y L2 ( ambas variables deben estar definidas previamente)
4) Determine L2
5) calcule el P total active, Sumando los diagramas de presiones. 6) Calcule Z ( el cual se define como el centro de presiones del area) 7) Calcule Ps
8) calcule las Areas
9) resuelva la ecuacion siguiente por tanteo para determinar L4
10) calcular P4
11) Calcular P3
12) Determinar L5
13) dibujar el diagram de presiones como se muestra en la siguiente figura.
14) Determinar la profundidad teorica de penetracion L3 + L4 Nota: La profundidad real de penetracion se debe incrementar entre un 20 y 30 %
Calculo de momento sobre la tablestaca Para obtener el momento maximo por unidad de longitud de tablestaca se requiere deterimar el punto donde la fuerza cortante se hace igual a cero.
Una vez determinado el punto donde dicha fuerza es igual a cero, el valor del momento maximo puede determinarse con la siguiente expresion
Tablestacado en voladizo que penetran arcilla En el caso de tablestacas empotradas en mantos de arcilla, el diagrama de presiones tiende a ser diferente del diagrama de presiones en suelos granulares. Procedimiento para determinar la profundidad requerida para empotramiento 1) Asuma una profundidad de penetracion de la tablestaca, la cual puede determinarse con una correlacion entre la altura de la tablestaca y la resistencia ofrecida por el suelo. 2) Calcule Ka para suelo granular
3) Determine P1 y P2
4) Determine P1 y Z 5) Utilice la siguiente expresion y determine el valor teorico de D.
6) Determine L4
7) Determine P6 y P7
8) Dibuje los diagramas como se muestran en la siguiente figura
9) Determine la profundida real de prenetracion
10) De acuerdo con la figura &.10 determine el momento maximo ( el cual ocurrira dentro del siguientre rango del valor de la longitude de la tablestaca)
Para la determinar el valor del momento puede usarse la siguiente expresion
Método del soporte libre para suelos arenosos
En este caso se analizara una tabestaca que esta afectada por un anclaje. El diagrama de presiones que se encuentra ejercida sobre la tabestaca varian segun la profundidad a la cual se calcula la presion, esto puede observarse en la siguiente figura:
Para obtener la formula de la fuerza del ancla, se debe de realizar una sumatoria de fuerzas horizontales del diagram de presiomes mas la suma de los momentos respcto al punto O , el cual se localiza en una profundidad del anclaje. Dicho esto se puede obtener la siguiente expresion
Para obtener el polinomio de 14 se debe tomar momento respect a O y al igualarlo a cero se obtiene:
El momento Flexionante maximo al cual se vera sometida la tablestaca esta dado por la siguiente expresion
Donde z va hacer la variable la cual se evaluara hasta obtener como resultado 0. Una vez conociendo el valor de Z se aplicara la siguiente formula para determinar el valor del momento maximo
Metodo del diagrama computacional de presion (en suelo arenoso) o metodo CPD Cambia el diagrama de presiones original por un diagrama rectangular, para tomar un calculo lineal.
Pp es el ancho del diagrama de presión pasiva neta debajo de la línea de las magnitudes de pa y pp se expresan como Pa = CKγALAV PP= RCKAγAVL Donde C y r son coeficiente del tipo de suelo K0 = angulo de reposo γ = peso especifico promedio del suelo Propiedades de penetracion D2 + 2DL (1-(L1/L))-(L2/R)(1-2(L1/L))=0 Fuerza del ancla F= PA (L-RD) Momento máximo MMAX =0.5PA L2 ((1-RD/L)2-(2L1/L)(1-(RD/L)) Los valores de C y R, vienen dado de la tabla debido al tipo de suelo
método del soporte de empotramiento suponemos que la punta de la tablestaca esta restringida contra rotación.
suponemos que la punta de la tablestaca esta restringida contra rotación. Para entender este método, compare la tablestacada como una viga en vuelo, y su comportamiento es igual además del diagrama de momentos
Procedimiento 1234-
Determinar l5, que es una función del angulo de friccion del suelo debajo de la línea de dragado Calcular L Calcular el area del diagrama de presiones Calcular el momento máximo, profundidad y fuerza
Anclas: Anclajes al terreno, a veces llamadas "pilas de tierra, " es un método de apoyo del suelo que ayuda a preservar y conservar muros de cimentación en áreas de suelos inestables (Tablaestacas). Esto proporciona un mayor apoyo para la fundación y mantiene los suelos inestables en lugar de la misma manera que las raíces de los árboles protegen contra la erosión del suelo. Proporciona una "cerca " de clases que mantiene el suelo se mueva demasiado. Es un elemento capaz de transmitir una carga de tracción a una zona del terreno. Los anclajes se pueden clasificar de acuerdo a su vida útil en temporales o permanentes y también de acuerdo a su forma de trabajar en activos (potenzados) o pasivos. Los anclajes pueden ser de cables o de barras macizas de acero o pernos autoperforantes.
Los anclajes potenzados se utilizan como un complemento activo de los sistemas de entibación, de esta manera se evitan deformaciones que puedan afectar a las estructuras vecinas al mismo tiempo que se simplifican enormemente las excavaciones masivas ya que son elementos que no interfieren al interior de la obra. Algunas de las aplicaciones son:
Arriostre de pilas y/p pilotes de hormigón armado al terreno.
Arriostre de pantallas continuas o individuales de hormigón armado.
Arriostre en muros de hormigón armado zonificados descendentes.
Compensación de subpresiones en losas o muros.
Estabilización de taludes.
Anclado de estructuras aéreas como postes y torres.
Tipos generales de anclas usadas en tablestacas:
Placas y vigas
Tirantes
Pilotes verticales de anclaje
Vigas de anclaje soportados por pilotes inclinados
Las places y vigas Se hacen generalmente de bloques de concreto. Se conectan de la tablestaca mediante Tirantes usando una viga de carrera. Para proteger el tirante de la corrosión se recubre con pintura o material asfaltico. Estos fabricados con tendones de acero de alta resistencia y pres forzados. Colocación de las anclas El método general de la instalación de los picos del suelo o anclajes es para unir, tubos de metal largas de la parte inferior de la cimentación de hormigón hacia arriba. Los tubos están anclados en la propia base de hormigón. Los tubos son cementados con zinc o cobre para resistencia a la corrosión. Esto crea una red de metal que mantiene el suelo se mueva y llevar más peso a las paredes de los cimientos. Al mismo tiempo, estos picos de mantener la propia fundación equilibrada en el cambio de las condiciones del suelo de la misma manera que un equilibrista usa un palo largo para no caer .La resistencia ofrecida por las placas y vigas de anclaje se deriva principalmente de la fuerza pasiva del suelo localizado en frente de estas. Si el ancla se localiza dentro de la zona activa de Rankin, no proporcionara ninguna resistencia a la posible falla.
Método de Ovesen y Stromann Ovesen y Stromann propusieron un método semi-empírico para determinar la resistencia última de anclas en arena. Los cálculos se hacen en tres pasos. 1ER Paso Consideración del caso básico. Determine la profundidad de empotramiento H. Suponga que la placa de anclaje tiene altura H y es continua, es decir, que la longitud de la placa de anclaje (B) es perpendicular a la sección transversal es infinita, como se muestra en la figura.
Donde:
- PP , fuerza pasiva por unidad de longitud de ancla
- Pa , fuerza activa por unidad de longitud de ancla - φ, ángulo de fricción del suelo - δ, ángulo de fricción entre la placa de anclaje y el suelo
- P’ult , resistencia ultima por unidad de longitud del ancla - W, peso por unidad de la placa de anclaje
La magnitud de P’ult es igual a,
Donde Ka , coeficiente de presión activa con Φ = δ (Se determina mediante el gráfico siguiente) KP , coeficiente de presión pasiva
Para obtener KP, se debe de calcular KP Sen(δ) primero
Use la magnitud de KP Sen(δ) obtenida de la ecuación anterior para estimar la magnitud de KP Cos(δ) de la gráfica siguiente
2DO Paso
Caso de franja determine la altura real, h, del ancla que debe construirse. Si un ancla continua y de altura h se coloca en el suelo de manera que su profundidad de empotramiento sea H, como muestra la figura, la resistencia ultima por unidad de longitud es igual a, Donde, P’us= Resistencia última para el caso de franja. Cov= 19 para arena densa y 14 para arena suelta.
3ER Paso Caso real. En la practicas, las placas de anclaje se colocan en una fila con espaciamiento, S’, centro a centro, como muestra la figura. La resistencia ultima Pu de cada ancla es igual a
Donde Be longitud equivalente La longitud equivalente es una función de S’, B, H y h. La figura se muestra una gráfica de (Be-B)(H+h) versus (S’-B)(H+h) para los casos de arenas suelta y densa. Con valores conocidos de S’, B, H, h, el valor de Be se calcula y se usa en la ecuación anterior para obtener Pu.
Correlacion empirica basada en pruebas de modelos Cuando se utilicen los resultados de ensayos piesometricos se determina el modulo de balasto (El módulo de balasto es una magnitud asociada a la rigidez del terreno. Su interés práctico se encuentra sobre todo en ingeniería civil ya que permite conocer el asentamiento de una edificación pesada en el terreno) horizontal el cual se determinara con
la
siguiente
expresion
Factor de seguridad El factor de seguridad determinara la carga ultima para la cual se diseña la tablestaca, este estara en funcion de la carga ultima que ejerce el suelo sobre la misma entre el factor de seguridad, por lo general se utiliza un valor igual a 2.
Resistencia ultima de tirantes
Los muros anclados para contención de tierra son muros que logran su estabilidad a través de tirantes de anclaje con capacidad para soportar las fuerzas que cargan sobre el muro, como lo son el empuje del suelo, del agua y de las sobrecargas. Estas fuerzas son trasladadas por los anclajes a una zona detrás de la zona activa del terreno, en donde el anclaje se fija por intermedio de un bulbo de adherencia. El suelo y la pared del muro igualmente deben estar en capacidad de resistir las cargas aplicadas. En general, el suelo, el tirante y el muro deben integrar un sistema capaz de resistir todos los posibles modos de falla que puedan presentarse. Los tirantes se post-tensan y son generalmente construidos con cables de acero del mismo tipo de las utilizadas en el concreto pre-esforzado, que se alojan en perforaciones ejecutadas en el terreno con una ligera inclinación hacia abajo respecto a la horizontal. El bulbo de adherencia se hace inyectando lechada de cemento a presión. Para el cálculo de la resistencia última se deben tomar en cuenta los siguientes datos; el ángulo de fricción del suelo, el esfuerzo vertical promedio efectivo y el coeficiente de presión de tierra (K). Pu=π ×d ×l × σ ' v × K × tan ( φ) La magnitud de K se toma igual al coeficiente de presión de tierra en reposo (Ko) si la mezcla de concreto de coloca a presión. El límite inferior de K se toma igual al coeficiente de presión active de Rankine. En arcillas la resistencia ultima de los tirantes es aproximada por: Pu=π ×d ×l× Ca , donde Ca= adhesión.
El valor de Ca es aproximado por 2/3Cu, donde Cu es la cohesión no drenada. Por lo regular se utiliza un factor de seguridad
[email protected] sobre la resistencia última para obtener la resistencia permisible ofrecida por cada tirante.
5.-Estudios de casos. Muelle C en Long Beach, California (1949). La siguiente figura muestra una sección transversal del muelle C en Long Beach. Junto a un dique de roca construido con desperdicios de cantera de 3 pulg de tamaño máximo, el relleno de la tablestaca consistía en arena fina.
Las siguientes figuras muestran la variación de la presión lateral de la tierra entre el 17 de mayo y el 6 de agosto del 1949:
De la figura anterior podemos obtener las siguientes observaciones: 1. La figura 17 de Mayo, nuestra que el relleno estaba varios pies por debajo del nivel de diseño. Sin embargo, la presión de tierra era mayor en esta fecha que el 24 de mayo, probablemente debido a la falta de cedencia lateral del muro. 2. Debido a la falta de cedencia lateral del muro el 24 de Mayo, la presión de tierra alcanzo un estado activo. 3. Entre el 24 de mayo y el 3 de Junio, el anclaje soporto mayor cedencia y la presión lateral de la tierra aumento hasta el estado de reposo. 4. Entre las figuras del 11 de Junio hasta 6 de Agosto, podemos observar como la flexibilidad de las tablestacas redujo la distribución lateral de la tierra. En conclusión, la magnitud de la presión activa de la tierra varia con el tiempo y depende considerablemente de la flexibilidad de las tablestacas.
Tablestaca en Toledo, Ohio (1961). La siguiente figura muestra una sección transversal de una tablestaca en Toledo, Ohio. El suelo de la cimentación era principalmente arena fina, pero se encontró arcilla altamente sobre consolidada. El grafico muestra los valores medidos de esfuerzo y momento flexionante a lo largo de la tablestaca. Para el cálculo de los momentos flexionante podemos usar uno de los métodos anteriores, tales como: método del soporte libre con y sin la reducción de momento de Rowe.
La comparación de los Mmax con los observados en el grafico, muestran que los valores de campo son mayores, probablemente se debe a que el relleno era principalmente de arena fina, y la distribución de presión activa de la tierra fue mayor que la calculada por los métodos de diseño.
