SISTEMAS DE FUNDACIONES PARA
OBRAS DE GRAN ENVERGADURA
CIMENTACION PROFUNDA POR PILOTES DE HORMIGÓN
TORRES PETRONAS
Javiera Neira_ Javiera Ramos
Edificación II
Profesor : Rodrigo Perez
16 Mayo 2008
SISMOLOGÍA Y PELIGRO SÍSMICO
Los sismos representan uno de los más graves peligros naturales para la vida
en este planeta; a través del tiempo han causado la destrucción de
incontables ciudades y poblaciones en casi cada uno de los continentes.
Los
sismos,
terremotos
o
temblores
de
tierra,
son
vibraciones de la corteza
terrestre,
generadas
por
distintos fenómenos como la
actividad volcánica, la caída
de
techos
de
cavernas
subterráneas y hasta por
explosiones. Sin embargo, los
sismos más severos y los más
importantes desde el punto de
vista de la ingeniería, son los
de origen tectónico, que se
deben
a
desplazamientos
bruscos de las grandes placas
en que esta subdividida dicha
corteza.
El movimiento sísmico de suelo se
transmite a los edificios que se
apoyan sobre este. La base del
edificio
tiende
a
seguir
el
movimiento del suelo, mientras que,
por inercia, la masa del edificio se
opone
a
ser
desplazada
dinámicamente y a seguir el
movimiento de su base.
La causa más frecuente de colapso de los edificios es la insuficiente resistencia a carga lateral de los
elementos verticales de soporte de la estructura (columnas o muros). La configuración inadecuada del
sistema estructural produce una respuesta desfavorable de la estructura o un flujo de fuerzas que genera
concentraciones de esfuerzos y posibles fallas locales. Por otra parte, la asimetría en la distribución en
planta de los elementos resistentes causa una vibración torsional de la estructura y genera fuerzas elevadas
en algunos elementos de la periferia.
CIMENTACIONES PROFUNDAS
Son un tipo de Cimentaciones que solucionan la
trasmisión de cargas a los sustratos aptos y resistentes
del suelo.
Las cimentaciones profundas son las siguientes:
Muro pantalla
Constituyen un tipo
de Cimentación
Profunda muy usada
en edificios de altura,
que actúa como un
muro de contención.
Sustitución
Esta cimentación se realiza mediante la
excavación del terreno, donde el peso del
material excavado y extraído será igual o
proporcional al peso de la construcción a realizar.
Flotación
Esta clase de cimentación se basa con el
principio de Arquímedes que dice que todo
cuerpo sumergido en el liquido experimenta un
empuje vertical ascendente igual al peso del
volumen del liquido desalojado.
Pilotes
El Pilote o sistema por pilotaje, es un tipo de
cimentación profunda de tipo puntual, que se
hinca en el terreno buscando siempre el estrato
resistente capaz de soportar las cargas
transmitidas.
CIMENTACION PROFUNDA POR PILOTES
La principal razón de la utilización de
cimentación profunda por pilotes es que
los suelos superficiales no ofrecen la
resistencia requerida para el
asentamiento de la estructura
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Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se
pueden
distribuir
adecuadamente
en
una
cimentación superficial excediendo la capacidad
portante del suelo.
Puede darse que los estratos inmedios a los cimientos
produzcan asientos imprevistos y que el suelo resistente
esté a cierta profundidad; es el caso de edificios que
apoyan en terrenos de baja calidad.
Cuando el terreno está sometido a grandes
variaciones de temperatura por hinchamientos y
retracciones producidos con arcillas expansivas.
Cuando la edificación está situada sobre agua o con
la capa freática muy cerca del nivel de suelo.
¿CÓMO TRABAJA EL PILOTE?
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Las puntas de los pilotes se clavan en
terreno firme; de manera que se confía en
el apoyo en ese estrato, aún si hubiere
una pequeña descarga por rozamiento
del fuste al atravesar estratos menos
resistentes.
Cuando el pilote se encuentra con un
estrato resistente pero de poco espesor
y otros inferiores menos firmes. En este
caso se debe profundizar hasta
encontrar terreno firme de mayor
espesor. El pilote transmite su carga al
terreno por punta, pero también
descarga gran parte de los esfuerzos de
las capas de terreno que ha atravesado
por rozamiento lateral.
Cuando el terreno donde se construye
posee el estrato a gran profundidad; en
este caso los pilotes están sumergidos en
una capa blanda y no apoyan en ningún
estrato de terreno firme, por lo que la
carga que transmite al terreno lo hace
únicamente por efecto de rozamiento
del fuste del pilote.
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Existen 3 tipos de pilotes de acuerdo a su materialidad ;
Madera, acero y hormigón
PARTES DE UNA CIMENTACIÓN POR PILOTAJE
Soporte o pilar : Elemento estructural vertical , que se inicia
despues de encepado.
Vigas riostras : Elementos de atado entre encepados .
Fuste del pilote : Cuerpo vertical longitudinal del pilote . Las cargar
son transmitidas al terreno a traves de las paredes del fuste por
efecto de rozamiento con el terreno colindante
Punta del pilote : Extremo inferior del pilote . Transmite las cargas
por apoyo en el terreno o estrato resistente
PILOTES DE HORMIGÓN
Tipos de pilotes
de hormigón
Pilotes
tradicionales
Pilotes de
hormigón
prefabricado:
Pilotes
hormigonado isitu:
Tipos
especiales
Pilotes Bignell:
Pilotes Caissons
Barrenados:
PILOTES DE HORMIGÓN IN SITU
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Las armaduras se conforman
como si fuesen jaulas; las
armaduras longitudinales están
constituídas por barras
colocadas uniformemente en
el perímetro de la sección, y el
armado transversal lo
constituyen un zuncho en
espiral o cercos de redondos
de 6 mm. de sección, con
unaseparación de 20 cm. El
diámetro exterior del zuncho
será igual al diámetro de pilote,
restándole 8 cm; así se obtiene
un recubrimiento mínimo de 4
cm.
PILOTES DE HORMIGÓN IN SITU
TIPOS DE HORMIGONADO
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El hormigón debe ser colocado en
cada perforación o camisa sin
interrupción. Si es necesario
interrumpir el proceso de vaciado
de hormigón por un intervalo de
tiempo lo suficientemente largo
como para que se dé un
endurecimiento inicial del
hormigón, se deben colocar
dovelas de acero en la parte
superior del hormigón del pilote.
El método tremie, de llenado por
flujo inverso, se usa para verter
hormigón a través de agua,
cuando la perforación queda
inundada. El hormigón se carga
por tolva o es bombeado, en
forma continua, dentro de una
tubería llamada tremie,
deslizándose hacia el fondo y
desplazando el agua e impurezas
hacia la superficie.
ESTUDIO DE UN CASO
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Las Torres Petronas, en Kuala Lumpur,
capital de Malasia, fueron los edificios
más altos del mundo entre 1998 y 2003,
superados el 17 de octubre de 2003 por
el edificio Taipei 101 en Taiwán. Estas
torres cuentan con una altura de 452
metros. Las torres con 88 pisos de
hormigón armado y una fachada
hecha de acero y vidrio, se han
convertido en el símbolo de Kuala
Lumpur y Malasia.
La selección del sistema estructural
principal y de la cimentación para las
edificaciones de muchos niveles de la
magnitud de las Torres Gemelas
Petronas involucró a un grande y
variado equipo de proyecto.
TORRES PETRONAS
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Se adoptó un sistema compuesto que
explota las ventajas tanto del acero como
del concreto para resolver los retos de las
Torres Gemelas Petronas. El equipo
encargado del proyecto, una vez que
hubo estudiado los sistemas optativos,
diseñó un marco estructural económico y
construible capaz de resistir cargas tanto
verticales como laterales para las
edificaciones gemelas, las cuales están
sujetas a fuerzas de viento con una
velocidad de viento para diseño de 35.1
m/s en velocidad X de ráfagas de tres
segundos a 10 m arriba del suelo para un
periodo de retorno de 50 años. La
edificación resultante tiene una densidad
de alrededor de 260 kg/m3.
Aproximadamente un millón de metros
cúbicos de concreto reforzado con 20 mil
toneladas de acero estructural laminado
se utilizaron para el sistema de piso
construido en cada una de las torres.
SISTEMA ESTRUCTURAL
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Cimentación por pilotes
Núcleo de concreto, que mide 23
x 23 m, +
16 columnas de concreto colado
en el lugar, con una separación
de 8 a 9 m entre una y otra,
forman el marco perimetral
circular con un diámetro de 46 m
en su base
Un sistema de tubo de concreto
cilíndrico circular con un diámetro
aproximado de 23 m está
compuesto por columnas de
concreto circulares y vigas,.
Los pisos en voladizo, triangulares
y semicirculares en planta, forman
el perfil de planta de la torre.
El sistema de piso compuesto de
acero estructural convencional
tienen vigas de acero laminado
de 457 mm de peralte,
espaciadas aproximadamente a
2.8 m en el centro
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Cuatro muros de transferencia
enlazan el núcleo al tubo
cilíndrico en las cuatro
esquinas del núcleo en el piso
38, que es un entrepiso
mecánico de doble nivel.
Una antena en forma de aguja
de acero inoxidable de 140
toneladas métricas, de 75 m
de alto.
El "Skybridge" de 560 t, una
estructura de puente de dos
niveles para peatones,
conecta las dos torres.El
puente se localiza entre los
niveles 40 y 43 de las torres,
con un claro aproximado de
48 metros. El "Skybridge" es un
sistema de marco estructural
de arco de tres
TORRES PETRONAS
CIMENTACIÓN PROFUNDA POR PILOTES
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LA CIMENTACIÓN PARA CADA
TORRE ESTÁ COMPUESTA DE UN
CAJÓN DE 4.5 M DE PERALTE
SOPORTADO SOBRE PILOTES DE
FRICCIÓN DE 1.2 X 2.8 METROS.
CADA TORRE ESTÁ SOPORTADA
SOBRE 104 PILOTES QUE VARÍAN EN
PROFUNDIDAD DESDE 40 HASTA 120
M ABAJO DEL NIVEL DEL CAJÓN. EL
CAJÓN ESTÁ LOCALIZADO A UNA
PROFUNDIDAD DE 19 M ABAJO DEL
NIVEL DEL TERRENO NATURAL.
se utilizo un sistema de Aisladores Elastoméricos, el cual está formado por un
conjunto de láminas planas de goma intercaladas por placas planas de
acero adheridas a la goma y cubierto en sus extremos superior e inferior por
dos placas de acero en las cuales se conecta con la superestructura en su
parte superior y la fundación por pilotes en su parte inferior. Entre las placas
planas de acero, la lámina de goma puede deformarse en un plano
horizontal y de esta manera permitir el desplazamiento horizontal de la
estructura relativo al suelo.
Se sitúan en la
continuidad de los
pilotes con las
columnas de la
estructura
Proporcionan flexibilidad al sistema
estructural contrapesándose en
flexión y compresión
CONCLUSIONES
Los objetivos principales del diseño sismo-resistente son dos:
(a) Mayor seguridad sísmica de la estructura (y por consecuencia de las
personas) a través de la minimización o incluso eliminación de daños en ella.
(b) (b) Salvaguardar los contenidos de la estructura manteniendo el
funcionamiento de ella
después del sismo.
En general una estructura aislada es al menos 5 veces más segura
que una estructura convencional fija al suelo. De hecho, los esfuerzos
producidos por el sismo en la estructura con aislación sísmica son del
orden de 10 veces más pequeños que los de una estructura análoga fija
al suelo. Esta reducción de esfuerzos es la que implica que la estructura
permanecerá sin daño incluso durante un sismo de grandes proporciones
y su costo es alrededor de 0.5 a 1.0 UF/m2, dependiendo de la solución
adoptada.
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20080621032721Grupo