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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
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Corte estratigráfico típico de la ciudad de México
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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
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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.
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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
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REVISIÓN DE LA FALLA DE FONDO
Tablestaca
Troquel
Superficie de Falla
vp
qB
H
D
Cu: Cohesión
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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
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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
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Figura 1 . a) Empujes aparentes en arenas; b) Envolvente de empujes aparentes en arenas.
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Figura 2 . a) Empujes aparentes en arcillas blandas; b) Empujes aparentes en arcillas rígidas.
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Figura 3 . a) Patrón de desplazamientos en una excavación ademada (Mayne 1978). .
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�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
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Figura 4 . a) Desplazamientos verticales y horizontales en una excavación ademada para un factor de seguridad dado contra falla de fondo.
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Figura 5 . a) (dlm)sup/(dlm)muro con la relación x/H de la excavación.
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Figura 6 . a) (dlm)muro/H en función de la rigidez del muro
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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.
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Figura 7 . a) Desplazamientos verticales en la zona adyacente a la excavación y b) desplazamiento lateral del muro
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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.
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Figura 9 . a) Desplazamiento lateral del muro, b) Efecto de la resistencia del suelo en los desplazamientos verticales del suelos adyacente.
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Figura 10 a) Desplazamiento lateral del muro; b) Desplazamientovertical máximo del suelo adyacente a la excavación.
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Figura 11 a) Desplazamiento lateral del muro, b) Efecto de la resistencia del suelo en los desplazamientos verticales del suelos adyacente.
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Figura 12 a) Efecto de la rigidez del muro y la separación de puntales; b) Relación entre el dlm/H y el dvm/H.
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Figura 13 Relación entre el factor de seguridad contra falla de fondo FS y el dvm/H
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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.
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Figura 15 Calculo del desplazamiento horizontal de la tablestaca (Zeevaert 1981).
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Figura 16 Calculo del los empujes laterales sobre una tablestaca (Zeevaert 1981).
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Figura 17 Revisión del pateo de la tablestaca (Zeevaert1981).
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Figura 18 Áreas tributarias para los troqueles tomando en cuenta una envolvente de empujes aparentes (Bowles, 1996).
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CIMENTACIONES COMPENSADAS
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EXCAVACIÓN DE ARRIBA HACIA ABAJO
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3.4 CIMENTACIONES COMPENSADAS
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EXCAVACIÓN DE ARRIBA HACIA ABAJO
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EXCAVACIÓN DE ARRIBA HACIA ABAJO
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EXCAVACIÓN EMPLEANDO MURO MILAN
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EXCAVACIÓN CON MURO MILAN
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COLOCACIÓN DE ANCLAS
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SISTEMA DE ANCLAJE
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SISTEMA DE ANCLAJE Y VIGA MADRINA
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EXCAVACIÓN CON MURO Y ANCLAJE
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DETALLE DE ANCLAJE
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EXCAVACIÓN CON MURO MILAN
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EXCAVACIONES EMPLEANDO TALUDES Y TABLESTACADO (MURO BERLIN )
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MURO BERLÍN
NIV -6.80
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MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS
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FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (COLOMBIA)
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FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (TAMARINDOS)
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FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (AV. PALMAS)
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FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (AV. PALMAS)
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FIG. MUROS DE CONTENCIÓN ANCLADOS (AV. PALMAS)
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FIG. TORONES PARA ANCLAS (AV. PALMAS)
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FIG. DETALLE DE ANCLAS (AV. PALMAS)
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FIG. PILAS TANGENTES
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FIG. TABLESTACA DE ACERO
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FIG. SECCIONES DE TABLESTACA
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MURO MILÁN CON TROQUELAMIENTO