ANÁLISIS COMPARATIVO DE MÉTODOS PARA CÁLCULO DEL ASENTAMIENTO DE CIMENTACIONES DE PILAS

Melnikov Viktor Alekseevich 1, Alekseev Nikolay Sergeevich 2, Ionov Konstantin Igorevich 3
1 Institución Educativa Presupuestaria del Estado Federal de Educación Profesional Superior Universidad Politécnica Estatal de San Petersburgo, Ph.D., Profesor Asociado
2 Institución Educativa Presupuestaria del Estado Federal de Educación Profesional Superior Universidad Politécnica Estatal de San Petersburgo, estudiante de maestría
3 Institución Educativa Presupuestaria del Estado Federal de Educación Profesional Superior Universidad Politécnica Estatal de San Petersburgo, estudiante de maestría

anotación
El artículo analiza varios métodos para calcular el asentamiento de cimientos de pilotes descritos en los documentos reglamentarios: SNiP 2.02.03.-85 "Cimientos de pilotes" y su versión actualizada SP 24.13330.2011 "Cimientos de pilotes". Se realizó un cálculo para pilotes suspendidos de hormigón armado, de forma prismática, de sección cuadrada y con extremo en punta. Se toma como carga el impacto central sin momento flector. Se considera un nuevo método para calcular el asentamiento de una cimentación de pilotes formada por grupos de pilotes. Se analizaron los resultados obtenidos y en base a ellos se extrajeron conclusiones.

ANÁLISIS COMPARATIVO DE METODOLOGÍAS PARA EL CÁLCULO DE CIMENTACIONES DE PILARES DE PRECIPITACIÓN

Melnikov Victor Alekseevich 1, Alekseev Nikolai Sergeyevich 2, Ionov Konstantin Igorevich 3
Calle VPO 1. Universidad Politécnica Estatal de San Petersburgo, Ph.D., Profesor asociado
Calle VPO, 2. Universidad Politécnica Estatal de San Petersburgo, licenciatura
Calle VPO, 3. Universidad Politécnica Estatal de San Petersburgo, licenciatura

Abstracto
El artículo analiza diferentes métodos para calcular los cimientos de pilotes de sedimentos descritos en el reglamento SNIP 2.02.03.-85 "Cimientos de pilotes" y la versión actualizada de su SP 24.13330.2011 "Cimientos de pilotes". El cálculo para colgar pilotes de hormigón, de forma prismática, de sección cuadrada con un extremo puntiagudo. La carga recibe un impacto central sin momentos flectores. Un nuevo método para calcular la cimentación de pilotes de lluvia que consta de un grupo de pilotes. Los resultados se analizan en base a sus conclusiones.

Enlace bibliográfico al artículo:
Melnikov V.A., Alekseev N.S., Ionov K.I. Análisis comparativo de métodos para calcular el asentamiento de cimientos de pilotes // Investigación e innovación científica moderna. 2015. No. 9. Parte 1 [Recurso electrónico]..09.2017).

1. Introducción

En la etapa actual de desarrollo de cimentaciones, una de las principales tareas es aumentar la eficiencia de las soluciones de diseño, el desarrollo de soluciones económicamente sólidas y competitivas.

Actualmente, la construcción en suelos débiles y saturados de agua está ganando impulso, y los constructores utilizan sitios que antes los geólogos consideraban no rentables para la construcción de estructuras.

En condiciones geológicas y de ingeniería difíciles, la opción sobre pilotes suele ser el único tipo de cimentación posible. Las cimentaciones sobre pilotes se utilizan en los casos en que los suelos de cimentación están representados por un gran terraplén, depósitos limosos, suelos cohesivos en estado fluido y fluido-plástico, etc. .

Dado que el coste de construcción de la parte subterránea del edificio asciende hasta el 25% del coste total, el uso de cimientos de pilotes más económicos e industriales puede reducir estas cifras.

La reserva más importante para aumentar la eficiencia de los cimientos de pilotes es mejorar la determinación de su asentamiento en la etapa de diseño.

La complejidad del funcionamiento de un pilote enterrado hace imposible crear una teoría matemáticamente rigurosa de la fiabilidad del cálculo. Por lo tanto, se utilizan varios métodos de cálculo de ingeniería. La literatura normativa actualmente utilizada en el campo del diseño de cimentaciones sobre pilotes contiene información insuficiente y permite obtener resultados ambiguos.

El propósito de este trabajo es comparar los resultados del cálculo del asentamiento de cimientos de pilotes de un edificio tipo estructura en determinadas condiciones geológicas. Se supone que los parámetros de construcción y la sección geológica son los mismos para identificar la influencia de diferentes enfoques teóricos para calcular el asentamiento en SNiP 2.02.03.-85 “Cimentos sobre pilotes” y SP 24.13330.2011 “Cimentos sobre pilotes” (edición actualizada) .

2. Cálculo de la capacidad portante de pilotes.
Las características de los suelos y el espesor de las capas que componen la base del suelo de una estructura determinada se presentan en la Tabla 1.

tabla 1

	Nombre del suelo	Grosor de la capa
	Marga

Los cálculos se realizan para dos grupos de estados límite: Consideraremos pilotes suspendidos de hormigón armado, de forma prismática, de sección cuadrada y con extremo en punta. En este caso, se supone que las dimensiones de la sección transversal son 40 x 40 cm, la longitud del pilote es 13 m.

1) por capacidad de carga: por la resistencia del material del pilote y del material de la rejilla (basado en la combinación principal de cargas de diseño);
2) por deformaciones: por asentamientos de bases de pilotes y cimientos de pilotes debido a cargas verticales (para la combinación principal de cargas estándar).

El pilote dentro y fuera de los cimientos debe calcularse en función de la capacidad de carga de los suelos de los cimientos según las condiciones:

donde N es la carga de diseño transmitida al pilote (la fuerza longitudinal que surge en él de las cargas de diseño que actúan sobre la base con su combinación más desfavorable);

F re - la capacidad portante calculada del suelo en la base de un solo pilote, en lo sucesivo denominada capacidad portante del pilote;
- coeficiente de condiciones de trabajo, teniendo en cuenta el aumento de la uniformidad de las condiciones del suelo cuando se utilizan cimientos de pilotes, tomado igual a 1,15 para pilotes en racimo;
- coeficiente de confiabilidad para el propósito (responsabilidad) de la estructura, tomado igual a 1,15;
- Tomaremos un coeficiente de confiabilidad igual a 1,4, ya que la capacidad de carga del pilote se determina mediante cálculo.
Capacidad de carga F d , un pilote hincado suspendido, hincado sin excavación, que opera bajo una carga de compresión, debe determinarse como la suma de las fuerzas de resistencia calculada de los suelos de cimentación debajo del extremo inferior del pilote y en su superficie lateral de acuerdo con la fórmula:

(2)

donde C - coeficiente de condiciones de funcionamiento del pilote en el suelo, aceptado c = 1;
R- resistencia calculada del suelo debajo del extremo inferior del pilote, tomada según la tabla (tabla 7.2): R = 5360 kPa;
A- área de apoyo del pilote en el suelo, m 2 , tomado igual al área de la sección transversal del pilote:A=0,16m2;
tu- perímetro exterior de la sección transversal del pilote, m:tu=1,6 m;
Fi- resistividad de la i-ésima capa de suelo de cimentación en la superficie lateral del pilote, tomada según la tabla (Tabla 7.3) dependiendo de la profundidadhiy el tipo de suelo a esta profundidad;
hi- profundidad de inmersión del punto medio de la i-ésima sección homogénea de suelo;
hi- espesor de la i-ésima capa de suelo en contacto con la superficie lateral del pilote, m;
CR , cf- coeficientes de las condiciones de operación del suelo, respectivamente, debajo del extremo inferior y en la superficie lateral del pilote, teniendo en cuenta la influencia del método de hincado del pilote en la resistencia calculada del suelo (Tabla 7.4):.
definamos Fi Y y resumir los resultados en la Tabla 2:
Tabla 2

	hi, metro	hi, metro	Fi, kPa
		10,0
		11,5	67,1
		12,5	68,5

Según la fórmula (2.2):
No tenemos momentos de flexión, es decir La cimentación de pilotes funciona bajo condiciones de carga central. Entonces la carga transferida a un pilote estará determinada por la fórmula:

(3)

Sustituyendo norteen la fórmula 1, obtenemos:

Suponemos que el número de pilas es 6.

La colocación de pilotes se realiza teniendo en cuenta su influencia mutua según la condición:
distancia entre los ejes de dos pilotes adyacentes:

Dónde d– dimensión lineal de la sección transversal del pilote;
distancia desde el eje del pilote más externo hasta el borde de la reja:

Entonces las dimensiones finales de la reja son:

3. Cálculo del asentamiento de cimentaciones por pilotes.

El cálculo de pilotes y cimientos de pilotes basado en deformaciones debe realizarse con la condición de que los asentamientos de la construcción no superen los valores máximos permitidos:

s ≤ stu, (4)

Dónde s- deformación conjunta del pilote, la cimentación del pilote y la estructura (asentamiento, movimiento, diferencia relativa en el asentamiento de los pilotes, cimentación de pilotes, etc.), determinada mediante cálculo;
stu- el valor límite de deformación combinada de la base del pilote, la base del pilote y la estructura, establecido según las instrucciones de SNiP.Asentamiento de una base de pilotes como base condicional. El cálculo del asentamiento de la base como condicional es el único método para determinar el asentamiento en SNiP 2.02.03-85. El método de suma capa por capa consiste en que el asentamiento del suelo bajo la influencia de la carga de la estructura se determina como la suma de los asentamientos de capas elementales de suelo de tal espesor para los cuales los valores promedio de la Las tensiones efectivas y los valores medios de los coeficientes que caracterizan los suelos se pueden tomar en los cálculos sin un gran error.

La determinación del calado se produce en la siguiente secuencia:
1. Construir un diagrama de distribución de tensiones a partir del propio peso del edificio:

(5)

Dónde - estrés dentro de la base condicional;
- tensión más allá de la altura de la base condicional;

2. Construir un diagrama de tensiones adicionales.

Usamos expresiones:

(6)

donde α – coeficiente dependiendo de la forma de la base de la cimentación y las coordenadas.
p – el valor de la presión promedio a lo largo de la base de la base.

3. Determinación gráfica del valor de la zona compresible H.сж = 4,84 m (Fig.2)

4. Determinación gráfica del valor de presión promedio en el área -.

5. Determinación de la cantidad de asentamiento de cada capa mediante la fórmula:

(6)

¿Dónde es el coeficiente adimensional igual a 0,8?
- el valor de la tensión media en la i-ésima capa de suelo;
- espesor de la i-ésima capa;
- módulo de deformación de la i-ésima capa.

La profundidad de la zona de compresión activa corresponde a la profundidad por debajo de la cual se pueden despreciar las deformaciones del espesor del suelo (al calcular el asentamiento de una cimentación de dimensiones dadas).

Figura 1. Determinación de la profundidad de la zona comprimida.

7. Comprobación del valor de liquidación resultante según la condición (4):

S=3,7 cm S u = 8 cm, – se cumple la condición.

La principal desventaja de este método es que no tiene en cuenta la influencia mutua de las pilas en el monte.

Cálculo del asentamiento del casquillo de pilotes según SP 24.13330.2011
En 2011, se publicó una edición actualizada y armonizada de SNiP 2.02.03.-85. Como analogía a este documento reglamentario, se adoptó la norma europea EN 1997-1:2004 (E) “Eurocódigo 7”: Diseño geotécnico - Parte 1: Reglas generales”.
Una de las novedades fue un nuevo método para calcular el asentamiento de cimientos de pilotes. El asentamiento de un solo pilote se determina teniendo en cuenta el módulo de corte, como en el anexo de la SP 50-102-2003, y se presentan nuevos métodos para determinar el asentamiento de un grupo de pilotes. También se han introducido límites de aplicabilidad: los sedimentos de un grupo pequeño (n≤25) y un campo de pilotes grande se determinan de manera diferente.

Al calcular el asentamiento de un pequeño grupo de pilotes, es necesario tener en cuenta su influencia mutua. El cálculo del asentamiento del i-ésimo pilote en un grupo de n pilotes con una distribución de cargas conocida entre los pilotes se realiza según la fórmula:

(7)

Dónde S(norte) - asentamiento de un solo pilote;
δ yo- coeficientes calculados en función de la distancia entrei th y j th pilas;
j- Me apilo.
El asentamiento de un pilote único sin ensanchamiento de talón viene determinado por la fórmula:

Dónde nortenorte= 0,967 MN;
- coeficiente determinado por la fórmula:

(9)

aquí = 0,17 en(k ν GRAMO 1 litros/G 2 d)- coeficiente correspondiente a un pilote absolutamente rígido;
= 0,17 en(k ν 1 l/d)- el mismo coeficiente para el caso de una base homogénea con las característicasGRAMO 1 y ;
= EA/G 1 yo 2 - rigidez relativa del pilote;
E.A.- rigidez a la compresión del fuste del pilote, MN;
- parámetro que caracteriza el aumento del asentamiento debido a la compresión del cañón y determinado por la fórmula:

(10)

Dónde k ν , k ν 1 - coeficientes determinados por la fórmula:
metro.

4. Conclusiones

Los estudios de cálculo realizados nos permiten sacar las siguientes conclusiones:

El asentamiento de una base de pilotes calculado según SP es menos importante que el asentamiento calculado según SNiP. Esto hace posible diseñar un edificio tipo marco con una estructura más confiable.

El cálculo según la empresa conjunta también permite lograr ahorros mediante el uso de soluciones de diseño racionales.

Sin embargo, cabe señalar que estos cálculos comparativos son válidos para determinadas condiciones geológicas.

5. Conclusión

Cabe señalar que los resultados obtenidos se refieren a grupos de bases en los que la capacidad portante la proporciona tanto la superficie lateral como la punta. En la figura 1.3 se muestra un cronograma típico para la operación de un pilote en dicha cimentación. 3 (curva I).

Figura 3. Programas típicos de operación de pilotes

En cimentaciones de suelo débil, la capacidad portante del pilote está determinada por el trabajo de su superficie lateral (curva II). El punto de rotura en el gráfico define claramente la carga máxima sobre el pilote.

En la mayoría de los casos, el rendimiento de los pilotes se caracteriza por gráficos ubicados entre las curvas del primer y segundo tipo.

Utilizando curvas tipo I es casi imposible encontrar los valores máximos de resistencia de los pilotes. Y la cuestión de determinar su capacidad de carga es puramente teórica, ya que la capacidad de servicio está limitada por las deformaciones que ocurren mucho antes de la aplicación de las cargas máximas.

Por otro lado, se sabe que los asentamientos de pilotes bajo cargas de larga duración pueden ser varias veces mayores que los asentamientos por la acción de la misma carga durante ensayos estáticos de corta duración. Por lo tanto, al calcular los asentamientos finales, es necesario utilizar los módulos de deformación y las características de resistencia de los suelos encontradas en experimentos con cargas a largo plazo.

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