CIMENTACIÓN SUPERFICIAL Y PROFUNDA DE UN EDIFICIO DE 18 PISOS

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    26-Oct-2014

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PROYECTO DE CIMENTACIN SUPERFICIAL Y PROFUNDA DE UN EDIFICIO DE 18 PISOS

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<p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>PROYECTO FINAL CIMENTACIONES ESPECIALES CIMENTACIN SUPERFICIAL Y PROFUNDA DE UN EDIFICIO DE 18 PISOS CON SOTANO</p> <p>Ing. JOSE LEONARDO DIAZ MOLINA Ing. JUAN CARLOS ARAUJO PERNETT</p> <p>UNIVERSIDAD DEL NORTE 2009</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 1</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>DESCRIPCIN DEL PROYECTO FINAL DE CIMENTACIONES ESPECIALES De acuerdo a los requisitos dados por el Profesor de la asignatura, el proyecto realizado comprende: el clculo de cargas transmitidas a la cimentacin por la estructura de un edificio de 18 pisos con stano, la concepcin del estudio de suelos del proyecto que cumpla la NSR 98, el clculo de capacidad de carga y asentamientos de dos tipos de cimentacin superficial: zapatas aisladas y losa de cimentacin (flotante) y el clculo de capacidad de carga de una cimentacin profunda definiendo los dimetros y longitud de los mismos. 1. Caractersticas de la edificacin adoptada Nombre: Edificio Bulevares, Carrera 66 N 81-105 Barranquilla Atlntico. Descripcin General del Proyecto: Se trata de un edificio de apartamentos de 18 pisos con dos apartamentos por cada piso, un lobby en el primer nivel y un stano para parqueaderos con altura de 3.00 metros. El rea total construida ser de 24 x 15 m = 360 m2, el cual se desarrollar sobre un lote con dimensiones de 28 x 20 m, es decir un rea total de 560 m2. La altura libre de cada piso es de 2.5 metros y la altura del primer nivel es de 3.00 metros. Sistema Estructural y cargas: El sistema estructural determinado por el Ingeniero Estructural es de prticos resistentes a momento con capacidad de disipacin mnima de energa en el rango inelstico (DMI). La planta de ejes y columnas del proyecto se muestra en la siguiente pgina. 2. Concepcin del Estudio de Suelos para el proyecto Se concibi y realiz integralmente un estudio de suelos basado en las estipulaciones contenidas en la NSR 98, en especial el captulo H, en cuanto a contenido, nmero y profundidad de suelos, capacidad de carga y recomendaciones de cimentacin, dicho estudio se incluye en el Anexo 1 de este informe. Los parmetros de cada suelo se obtuvieron de datos de otros estudios de suelos, bibliografa, correlaciones entre otros. El perfil del suelo dado para el proyecto por parte del profesor de la asignatura es el siguiente:</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 2</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>3. Clculo de cargas a transmitir a la cimentacin Para el clculo de cargas a transmitir a la cimentacin se utiliza el software de anlisis estructural avanzado SAP 2000, para lo cual se toman las siguientes cargas distribuidas por unidad de superficie. Carga Muerta: Carga Viva: 5 KN/m2 1.8 KN/m2</p> <p>El peso de los elementos estructurales tales como vigas, columnas y losa maciza (e=0.15 m) de cada nivel es calculada y adicionada automticamente por el software.</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 3</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>Para el clculo de las cargas que le impone el sismo a la estructura y sta a su vez a la cimentacin se utiliza un anlisis dinmico modal mediante un modelo matemtico espacial con diafragma rgido. El espectro de Pseudo aceleraciones utilizado es:Espectro de diseo T (s) Sa 0.3 0.25 0.5 0.25 0.576 0.25 0.7 0.21 0.9 0.16 1.1 0.13 1.3 0.11 1.5 0.10 1.7 0.08 1.9 0.08 2.1 0.07 2.3 0.06 2.5 0.06 2.7 0.05 2.88 0.05 3.08 0.05 3.28 0.05 Tc S I Aa Tl 0.576 1.2 1 0.1 2.88</p> <p>Combinaciones Vigas 1. 1.4D + 1.7L 2. 1.05D + 1.28L + Ex/R 3. 1.05D + 1.28L Ex/R 4. 1.05D + 1.28L + Ey/R 5. 1.05D + 1.28L Ey/R 6. 0.9D + Ex/R 7. 0.9D Ex/R 8. 0.9D + Ey/R 9. 0.9D Ey/R 10. Combinacin tipo envolvente Diseo Vigas 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 1.05D + 1.28L + 0.3Ex/R + Ey/R 1.05D + 1.28L 0.3Ex/R Ey/R 1.05D + 1.28L + 0.3Ey/R +Ex/R 1.05D + 1.28L 0.3Ey/R Ex/R 0.9D + 0.3Ex/R + Ey/R 0.9D 0.3Ex/R Ey/R 0.9D + 0.3Ey/R + Ex/R 0.9D 0.3Ey/R Ex/R Combinacin tipo envolvente Diseo Columnas</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 4</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>Con base en los clculos se encontraron las cargas verticales y los momentos en los dos sentidos principales de la edificacin; con esos datos se revis la excentricidad resultante en cada una de las columnas para cada tipo de combinacin de cargas, encontrando que para ningn caso la excentricidad resultante fue tan importante para que ameritara tenerla en cuenta en el diseo de la cimentacin. A continuacin se insertan los resultados de carga muerta, viva y la mayor excentricidad encontrada en cada columna, que result ser la combinacin 14 (1.05D + 1.28L 0.3Ey/R Ex/R) para todos los casos, los resultados completos se pueden observar en el Anexo 2 de este informe:Joint Text EJE1A1 EJE1A1 EJE1A1 EJE1B1 EJE1B1 EJE1B1 EJE1C1 EJE1C1 EJE1C1 EJE2A1 EJE2A1 EJE2A1 EJE2B1 EJE2B1 EJE2B1 EJE2C1 EJE2C1 EJE2C1 EJE3A1 EJE3A1 EJE3A1 EJE3B1 EJE3B1 EJE3B1 EJE3C1 EJE3C1 EJE3C1 EJE4A1 EJE4A1 EJE4A1 EJE4B1 EJE4B1 EJE4B1 EJE4C1 EJE4C1 EJE4C1 EJE5A1 EJE5A1 EJE5A1 EJE5B1 EJE5B1 EJE5B1 EJE5C1 EJE5C1 EJE5C1 OutputCase CaseType S tepType Text Text Text DEAD LinSt atic VIVA LinSt atic COM B14 Combination Min DEAD LinSt atic VIVA LinSt atic COM B14 Combination Min DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14 DEAD VIVA COM B14LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination LinSt atic LinSt atic Combination</p> <p>F3 Ton</p> <p>M1 Ton-m</p> <p>M2 Ton-m</p> <p>Excentricidad Excentricidad M 1 (m) M 2 (m)</p> <p>Min</p> <p>Max</p> <p>Max</p> <p>Min</p> <p>Max</p> <p>Max</p> <p>Min</p> <p>Max</p> <p>Max</p> <p>Min</p> <p>Min</p> <p>Min</p> <p>Min</p> <p>269.6 38.7 202.7 441.4 70.2 386.7 269.6 38.7 202.7 426.1 68.0 417.5 710.3 123.2 640.4 426.1 68.0 349.5 439.4 70.5 428.5 734.1 127.8 660.6 439.4 70.5 362.4 426.1 68.0 417.5 710.3 123.2 640.4 426.1 68.0 349.5 269.6 38.7 202.7 441.4 70.2 386.7 269.6 38.7 202.7</p> <p>-1.6 -0.3 -3.8 -2.9 -0.6 -4.9 -1.6 -0.3 -3.8 -0.1 0.0 6.3 -0.1 0.0 6.2 -0.1 0.0 -6.4 0.0 0.0 6.2 0.0 0.0 6.3 0.0 0.0 -6.2 0.1 0.0 6.4 0.1 0.0 6.4 0.1 0.0 -6.3 1.6 0.3 -1.0 2.9 0.6 0.3 1.6 0.3 -1.0</p> <p>2.4 0.4 -22.5 0.0 0.0 -26.1 -2.4 -0.4 -26.8 3.9 0.7 13.1 0.0 0.0 10.9 -3.9 -0.7 -13.1 3.9 0.8 13.1 0.0 0.0 11.0 -3.9 -0.8 -13.1 3.9 0.7 13.1 0.0 0.0 10.9 -3.9 -0.7 -13.1 2.4 0.4 -22.5 0.0 0.0 -26.1 -2.4 -0.4 -26.8</p> <p>0.006 0.007 0.019 0.007 0.008 0.013 0.006 0.007 0.019 0.000 0.000 0.015 0.000 0.000 0.010 0.000 0.000 0.018 0.000 0.000 0.014 0.000 0.000 0.010 0.000 0.000 0.017 0.000 0.000 0.015 0.000 0.000 0.010 0.000 0.000 0.018 0.006 0.007 0.005 0.007 0.008 0.001 0.006 0.007 0.005</p> <p>0.009 0.011 0.111 0.000 0.000 0.068 0.009 0.011 0.132 0.009 0.011 0.031 0.000 0.000 0.017 0.009 0.011 0.037 0.009 0.011 0.031 0.000 0.000 0.017 0.009 0.011 0.036 0.009 0.011 0.031 0.000 0.000 0.017 0.009 0.011 0.037 0.009 0.011 0.111 0.000 0.000 0.068 0.009 0.011 0.132</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 5</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>El modelo matemtico estructural empleado para el clculo de las cargas fue el siguiente:</p> <p>3. Capacidad de carga y asentamientos: cimentacin superficial 3.1 Cimentacin tipo zapatas y vigas de enlace Se calcul la capacidad de carga y la dimensin requerida por cada una de las columnas del proyecto, para lo cual se dise una hoja de clculo en la cual se insertaron los parmetros (Nc, Nq y N) que se obtienen de tablas de acuerdo al ngulo de friccin del suelo y calcula aquellos que dependen de la relacin B/D, Nq/Nc, etc (Sc, Sq, S, dc, dq, d). La hoja de Excel mediante la herramienta solver calcula de acuerdo a la presin neta que existira de acuerdo a las cargas viva y muerta presentes segn el anlisis estructural, la dimensin de B ms ptima requerida, igualando la expresin de qu de Hasen afectada por el factor de seguridad FS=3 con la presin neta que existira como Qneta = (D+L)/(B*B). En el estudio de suelos se clculo en detalle la capacidad de carga para una zapata de B=1.00 metro, mostrando los parmetros seleccionados. La expresin usada es:</p> <p>Qult = c * Nc * Sc * dc * ic * gc * bc + q * Nq * Sq * dq * iq * gq * bq + 0.5 * * B * N * S * d * i * g * b C = = 30.2 2 (KN/m2)</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 6</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p> Nc Nq N Sc dc Sq S d D qL F.s</p> <p>= = = = = = = = = = = =</p> <p>20 (KN/m) 30.13 18.4 15.1 1 + Nq/Nc = 1.611 Tan-1(B/D) = 1.1 1+seno ( ) = 1.5 0.6 1 1.00 m 20 KN/m ; 3.0</p> <p>Las tablas para calcular los parmetros de Nc, Nq y N son:</p> <p>Fuente: Presentacin de Clase del Ingeniero Guardo.</p> <p>En la siguiente pgina se muestran los clculos por cada zapata:</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 7</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTOT ext EJE1A1 EJE1A1 EJE1B1 EJE1B1 EJE1C1 EJE1C1 EJE2A1 EJE2A1 EJE2B1 EJE2B1 EJE2C1 EJE2C1 EJE3A1 EJE3A1 EJE3B1 EJE3B1 EJE3C1 EJE3C1 EJE4A1 EJE4A1 EJE4B1 EJE4B1 EJE4C1 EJE4C1 EJE5A1 EJE5A1 EJE5B1 EJE5B1 EJE5C1 EJE5C1 T ext DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA DEAD VIVA</p> <p>Ton</p> <p>Ps (Total)</p> <p>D</p> <p>C</p> <p>Nc</p> <p>Sc</p> <p>dc</p> <p>q'</p> <p>Nq</p> <p>Sq</p> <p>dq</p> <p>B'</p> <p>N</p> <p>S</p> <p>d</p> <p>FS</p> <p>Qad (KN/m2) Qneta (KN/m2) Diferencia %</p> <p>269.6 38.7 441.4 70.2 269.6 38.7 426.1 68.0 710.3 123.2 426.1 68.0 439.4 70.5 734.1 127.8 439.4 70.5 426.1 68.0 710.3 123.2 426.1 68.0 269.6 38.7 441.4 70.2 269.6 38.7</p> <p>308.2 511.6 308.2 494.2 833.5 494.2 509.9 861.8 509.9 494.2 833.5 494.2 308.2 511.6 308.2</p> <p>1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000</p> <p>30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200 30.200</p> <p>2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2</p> <p>30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13 30.13</p> <p>1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611 1.611</p> <p>1.131 1.105 1.131 1.106 1.085 1.106 1.105 1.083 1.105 1.106 1.085 1.106 1.131 1.105 1.131</p> <p>20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20</p> <p>18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4</p> <p>1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503 1.503</p> <p>1.094 1.075 1.094 1.076 1.061 1.076 1.075 1.060 1.075 1.076 1.061 1.076 1.094 1.075 1.094</p> <p>20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20</p> <p>3.1 3.8 3.1 3.8 4.7 3.8 3.8 4.8 3.8 3.8 4.7 3.8 3.1 3.8 3.1</p> <p>15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1 15.1</p> <p>0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6</p> <p>1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1</p> <p>3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3</p> <p>330.5 349.5 330.5 348.0 373.4 348.0 349.4 375.2 349.4 348.0 373.4 348.0 330.5 349.5 330.5</p> <p>330.5414 349.5048 330.5414 348.0234 373.3692 348.0234 349.3597 375.2197 349.3597 348.0234 373.3692 348.0234 330.5414 349.5048 330.5414</p> <p>0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00</p> <p>Con las dimensiones calculadas con esta tabla se presenta en la siguiente pgina la planta de cimentacin que resultara por capacidad de carga.</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 8</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 9</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTO</p> <p>-</p> <p>Clculo de Asentamientos</p> <p>Inicialmente se calculo la distribucin de esfuerzos por sobrecarga y por esfuerzos efectivos, para lo cual se utilizaron las siguientes expresiones propuestas por el texto Analisis and Design of Foundation, lo anterior con el fin de observar que tanto se afecta cada uno de los estratos por las cargas sobrepuestas y as determinar que estratos o parte de ellos se asientan debido a las cargas impuestas por la edificacin.</p> <p>La distribucin de esfuerzos por cada tipo de zapata se muestra en las tablas que se muestran en la siguiente pgina. En estas tablas la profundidad 0.0 metros corresponde al nivel de desplante de las zapatas, es decir que tomando como nivel de referencia la superficie actual, el 0 de esas tablas est en la cota -4.0 metros, dado que el nivel fretico esta a -5.0 metros se observa el sombreado azul en 0 y 1. Se puede observar que para todos los casos los esfuerzos se distribuyen bsicamente en el estrato de arena limo arcillosa que existe hasta la cota -10.0 metros y contina con valores muy bajos en el estrato de arcilla, siendo casi nulos (entre 1% y 0%) en el estrato de arena con grava ubicado de -32.0 a -46.0 metros. Por lo anterior el clculo de asentamientos se redujo a los dos estratos superiores de arena limo arcillosa (SC-SM) y arcilla (CH).</p> <p>Especializacin en Anlisis y Diseo de Estructuras</p> <p>Pgina 10</p> <p>DOCUMENTO DEL PROYECTOZAPATAS Z1 B L Esfuerzo 330.54 284.65 205.16 79.37 53.58 38.30 22.17 14.38 10.06 7.42 5.70 5.05 4.51 3.66 3.03 2.54 2.17 1.87 1.63 1.43 1.27 1.13 1.02 0.92 3.05 3.05 Porcentaje m 100.0% 1.5E+09 86.1% 1.527 62.1% 0.763 24.0% 0.382 16.2% 0.305 11.6% 0.254 6.7% 0.191 4.3% 0.153 3.0% 0.127 2.2% 0.109 1.7% 0.095 1.5% 0.090 1.4% 0.085 1.1% 0.076 0.9% 0.069 0.8% 0.064 0.7% 0.059 0.6% 0.055 0.5% 0.051 0.4% 0.048 0.4% 0.045 0.3% 0.042 0.3% 0.040 0.3% 0.038 q 330.54</p> <p>ZAPATAS Z2m2*2 5.4E+36 5.435 0.340 0.021 0.009 0.004 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Ecuacin Mtodo Apoximado Ec 1 330.54 Ec 2 187.57 Ec 2 120.69 Ec 2 61.95 Ec 2 47.52 Ec 2 37.60 Ec 2 25.23 Ec 2 18.09 Ec 2 13.60 Ec 2 10.60 Ec 2 8.49 Ec 2 7.66 Ec 2 6.95 Ec 2 5.80 Ec 2 4.91 Ec 2 4.21 Ec 2 3.65 Ec 2 3.20 Ec 2 2.82 Ec 2 2.51 Ec 2 2.24 Ec 2 2.02 Ec 2 1.83 Ec 2 1.66</p> <p>B L Esfuerzo 349.50 264.20 255.06 121.02 61.24 36.03 23.55 16.54 12.23 9.41 7.45 6.05 5.01 4.21 3.59 3.10 2.70 2.38 2.11 1.88 1.69 1.52B L Esfuerzo 373.37 350.76 298.53 174.49 94.48 56.95 37.62 26.58 19.73 15.21 12.07 9.81 8.13 6.84 5.84 5.04 4.39 3.87 3.43 3.06 2.75 2.48</p> <p>3.83 3.83 Porcentaje m 100.0% 1.9E+09 75.6% 1.913 73.0% 0.956 34.6% 0.478 17.5% 0.319 10.3% 0.239 6.7% 0.191 4.7% 0.159 3.5% 0.137 2.7% 0.120 2.1% 0.106 1.7% 0.096 1.4% 0.087 1.2% 0.080 1.0% 0.074 0.9% 0.068 0.8% 0.064 0.7% 0.060 0.6% 0.056 0.5% 0.053 0.5% 0.050 0.4% 0.0484.72 4.72 Porcentaje m 100.0% 2.4E+09 93.9% 2.362 80.0% 1.181 46.7% 0.591 25.3% 0.394 15.3% 0.295 10.1% 0.236 7.1% 0.197 5.3% 0.169 4.1% 0.148 3.2% 0.131 2.6% 0.118 2.2% 0.107 1.8% 0.098 1.6% 0.091 1.3% 0.084 1.2% 0.079 1.0% 0.074 0.9% 0.069 0.8% 0.066 0.7% 0.062 0.7% 0.059</p> <p>q</p> <p>349.50</p> <p>Profundidad 0 1 2 4 5 6 8 10 12 14 16 17 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40</p> <p>n 1.5E+09 1.527 0.763 0.382 0.305 0.254 0.191 0.153 0.127 0.109 0.095 0.090 0.085 0.076 0.069 0.064 0.059 0.055 0.051 0.048 0.045 0.042 0.040 0.038</p> <p>m...</p>

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