Análisis y Diseño de Excavaciones

Colegio de Ingenieros Civiles de México

CAPIT

Dr. Rigoberto Rivera C

Profesor Titular, Facultad de Ingeniería UNAM

Junio del 2009

Corte estratigráfico típico de la ciudad de México

ANÁLISIS Y DISEÑO DE EXCAVACIONESREVISÓN DE LOS ESTADOS LÍMITE DE FALLA

�Estabilidad de taludes de las excavaciones

�Subpresión de estratos permeables

�Estabilidad de excavaciones ademadas

-Distribución de presiones sobre los ademes

-Empujes sobre troqueles

�Estabilidad de estructuras vecinas

REVISIÓN DE LOS ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO

�Expansiones instantáneas y diferidas por descarga

�Asentamiento del terreno natural adyacente a las excavaciones

3. VERIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD DE LAS CIMENTACIONES

3.1 Acciones de diseño y factores de carga (Fc)

A) PRIMER TIPO DE COMBINACIÓN

�Acciones permanentes (CM) + acciones variables (CV); Fc=1.4

B) SEGUNDO TIPO DE COMBINACIÓN

�Acciones permanentes + acciones variables con intensidad instantánea + acciones accidentales (viento o sismo);

�Fc=1.1.

3. 2 FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA

De resistencia

A) Fr= 0.35; para la capacidad ante cualquier combinación de acciones en la base de zapatas de cualquier tipo en la zona I, zapatas de colindancia desplantadas a menos de 5 m de profundidad en las zonas II y III; pilotes y pilas apoyados en un estrato resistente

B) Fr=0.70; para los otros casos

REVISIÓN DE LA FALLA DE FONDO

Tablestaca

Troquel

Superficie de Falla

vp

qB

H

D

Cu: Cohesión

REVISIÓN DE LA FALLA DE FONDO

∑ ⟨+ Rcucv FNcqFp

Siendo:

pv= presión vertical a nivel del desplante de la excavación

cu= cohesión aparente del suelo en prueba triaxial UU

ΣqFc= sobrecargas superficiales factorizadas

FR= factor de resistencia igual a 0.7

Falla por subpresión en estratos permeables

Suelo

impermeable

NAF

piezómetro

hmγ

wh

B

H

Estado límite de falla

wwm hh γγ ⟩

Suelo

permeable

h

wwhγ

Figura 1 . a) Empujes aparentes en arenas; b) Envolvente de empujes aparentes en arenas.

Figura 2 . a) Empujes aparentes en arcillas blandas; b) Empujes aparentes en arcillas rígidas.

Figura 3 . a) Patrón de desplazamientos en una excavación ademada (Mayne 1978). .

�Distribución de las cargas aplicadas a los puntales

�Relación empuje de tierras / reacción de puntales

�Distribución de la resistencia al esfuerzo cortante

�Geometría de la excavación

�Rigidez del muro

�Separación de puntales

PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LOS MOVIMIENTOS EN EXCAVACIONES ADEMADAS

Figura 4 . a) Desplazamientos verticales y horizontales en una excavación ademada para un factor de seguridad dado contra falla de fondo.

Figura 5 . a) (dlm)sup/(dlm)muro con la relación x/H de la excavación.

Figura 6 . a) (dlm)muro/H en función de la rigidez del muro

CÁLCULO DE DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES EN EXCAVACIONES ADEMADAS

MÉTODO DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA, UNAM

“Procedimiento para el cálculo de movimientos en el terreno inducidos por excavaciones apuntaladas, XVII RNMS”, Xalapa, Ver, 1994.

ROMO, M.P., RODRÍGUEZ, R. y MAGAÑA, R.

Figura 7 . a) Desplazamientos verticales en la zona adyacente a la excavación y b) desplazamiento lateral del muro

Figura 8 . a) Desplazamiento lateral del muro, b) Efecto de la resistencia del suelo en los desplazamientos verticales del suelos adyacente.

MÉTODO DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA, UNAM.

Figura 9 . a) Desplazamiento lateral del muro, b) Efecto de la resistencia del suelo en los desplazamientos verticales del suelos adyacente.

Figura 10 a) Desplazamiento lateral del muro; b) Desplazamientovertical máximo del suelo adyacente a la excavación.

Figura 11 a) Desplazamiento lateral del muro, b) Efecto de la resistencia del suelo en los desplazamientos verticales del suelos adyacente.

Figura 12 a) Efecto de la rigidez del muro y la separación de puntales; b) Relación entre el dlm/H y el dvm/H.

Figura 13 Relación entre el factor de seguridad contra falla de fondo FS y el dvm/H

Figura 14 Calculo de la relación dvm/H para otras condiciones del problema

( )( )( )EIhHSaH

dvm

H

dvm

cbcc

ααα=

=cbH

dvm

=ccH

dvm

MÉTODO DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA, UNAM.

donde:

Desplazamiento vertical máximo estimado para el caso base.

Desplazamiento vertical máximo para cualquier caso.

Figura 15 Calculo del desplazamiento horizontal de la tablestaca (Zeevaert 1981).

Figura 16 Calculo del los empujes laterales sobre una tablestaca (Zeevaert 1981).

Figura 17 Revisión del pateo de la tablestaca (Zeevaert1981).

Figura 18 Áreas tributarias para los troqueles tomando en cuenta una envolvente de empujes aparentes (Bowles, 1996).

CIMENTACIONES COMPENSADAS

EXCAVACIÓN DE ARRIBA HACIA ABAJO

3.4 CIMENTACIONES COMPENSADAS

EXCAVACIÓN DE ARRIBA HACIA ABAJO

EXCAVACIÓN DE ARRIBA HACIA ABAJO

EXCAVACIÓN EMPLEANDO MURO MILAN

EXCAVACIÓN CON MURO MILAN

COLOCACIÓN DE ANCLAS

SISTEMA DE ANCLAJE

SISTEMA DE ANCLAJE Y VIGA MADRINA

EXCAVACIÓN CON MURO Y ANCLAJE

DETALLE DE ANCLAJE

EXCAVACIÓN CON MURO MILAN

EXCAVACIONES EMPLEANDO TALUDES Y TABLESTACADO (MURO BERLIN )

MURO BERLÍN

NIV -6.80

MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS

FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (COLOMBIA)

FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (TAMARINDOS)

FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (AV. PALMAS)

FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (AV. PALMAS)

FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (AV. PALMAS)

FIG. TORONES PARA ANCLAS (AV. PALMAS)

FIG. DETALLE DE ANCLAS (AV. PALMAS)

FIG. PILAS TANGENTES

FIG. TABLESTACA DE ACERO

FIG. SECCIONES DE TABLESTACA

MURO MILÁN CON TROQUELAMIENTO