Calculo y diseño de entibaciones para excavaciones en profundidad

Calculo y diseño de entibaciones para excavaciones en profundidad

Estimados, en esta oportunidad, republicamos un artículo de CivilGeek, encontrado en: https://civilgeeks.com/2012/07/15/calculo-y-diseno-de-entibaciones-para-excavaciones-en-profundidad/, que como siempre esperamos sea de su interés.

En esta investigación se dan a conocer las características de las entibaciones, manera de calcularlas y el tipo de sistema que se debe elegir dentro de los parámetros estipulados, tomando en cuenta casos especiales como lo son las excavaciones bajo nivel freático en el cual se presenta un análisis completo del sistema de achique por bombas.

Entre los problemas que pueden ocurrir dentro de la realización de trabajos en profundidad ya sean colocación de tuberías, obras maestras o la colocación de estructuras como plantas elevadoras, se encuentran los derrumbes o desprendimientos de suelos colindantes a la zona de excavación. Para evitar este problema es necesario realizar un estudio previo a la obra del suelo implicado en las labores para verificar es capaz de soportar la deformación de su estado natural sin colapsar.

Existen varios casos de suelos donde las paredes de las excavaciones pueden mantenerse por si misma, ello ocurre, en suelos cohesivos sin presencia de napas. Pero no siempre ocurre por lo que es imprescindible la colocación de entibaciones las cuales tienen como finalidad principal la realización de un trabajo expedito asegurando la vida de los trabajadores involucrados dentro de la obra.

Dentro de la problemática está presente el hecho del incremento final del costo total de la obra por la utilización de estas estructuras de contención, pero haciendo un contrapeso de los eventuales problemas que pudieran suscitarse con los beneficios que otorga queda claro que es de suma importancia la utilización de este tipo de solución para obras de excavación donde implica un suelo poco cohesivo, suelos con grietas o con presencia de la napa freática.

El motivo de esta memoria de título es realizar un análisis detenido de este sistema debido a la poca documentación existente para este tipo de medida preventiva destacando los tópicos más importantes a considerar en las distintas etapas de este proceso.

Pueden descargar el manual en el siguiente enlace de CivilGeek : https://civilgeeks.com/2012/07/15/calculo-y-diseno-de-entibaciones-para-excavaciones-en-profundidad/

Feliz día del Ingeniero!!!

El Día del Ingeniero se celebra el 16 de junio en conmemoración de la creación de la carrera de Ingeniería.

En 1855 el Ingeniero y Pintor francés Carlos Enrique Pellegrini, padre del Dr. Carlos Pellegrini fue quien propuso al rector de la Universidad de Buenos Aires crear la carrera de Ingeniería, lo que se hizo tomando como base el Departamento de Ciencias Exactas, teniendo un voto favorable del Consejo de Instrucción Pública en 1856, quedando en proyecto hasta el año 1865.

Con esta base y mediante un decreto del 16 de junio de 1865 se inicia la enseñanza de la ingeniería en Argentina, cuyo primer programa contenía: matemática, física, astronomía, mecánica racional y aplicada, máquinas, construcciones, arquitectura, e historia natural general y especial, dependientes del “Departamento de Ciencias Exactas” de la Universidad de Buenos Aires. Por esta razón se celebra el día 16 de junio el Día del Ingeniero.

Hace tiempo, lo que se celebraba era el “ Día de la Ingeniería Argentina”, en honor al profesional con especialización civil Luis Augusto Huergo, primer egresado de la carrera de la UBA, que tuvo lugar el 6 de junio de 1870.

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Cómo calcular una zapata con flexión esviada

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo del Ing. David Boixader Cambronero del Blog estructurando, encontrado en: http://estructurando.net/2018/03/06/como-calcular-una-zapata-con-flexion-esviada/ , que como siempre esperamos sea de interés para Uds.

En el post de hoy vamos a hablar de cómo calcular la tensión máxima que transmite una zapata al terreno cuando está sometida a flexión esviada, es decir, con momentos actuando simultáneamente en dos planos diferentes.

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Existen varios métodos para esto y además se puede hacer tanto un planteamiento elástico como plástico.

Si nos centramos en una distribución elástica, en el ya clásico “Cálculo de Estructuras de Cimentación” de J. Calavera, se presentan los ábacos de Teng que resuelven el problema.

Pero hemos querido presentar un método quizás no tan conocido: se trata de los ábacos de Hülsdünker recogidos en las normas DIN alemanas.

Sabemos que bajo la zapata de dimensiones en planta a·b, se produce la distribución de tensiones según Navier, dada por:

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La fórmula anterior dá las tensiones en cada esquina de la zapata, cuyo valor será distinto en cada caso. Es válida, siempre y cuando no aparezcan resultados negativos ya que como sabemos, el terreno no admite tracciones.

Esto ocurrirá cuando tengamos axiles pequeños y momentos grandes, o dicho de otra forma, grandes excentricidades.

Si recordamos la definición de núcleo central, siempre y cuando el axil excéntrico se encuentre dentro del núcleo central, no se producirán despegues.

Para una sección rectangular como la de la base de la zapata, el núcleo central es un rombo. Matemáticamente no se producirán despegues cuando:

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Siendo a y b las dimensiones que se oponen al momento Mx y My respectivamente según el esquema anterior.

El problema radica en el proceso iterativo que hay que realizar cuando se producen despegues, ya que el área de apoyo se vá reduciendo al producirse despegue en la parte traccionada.

Hülsdünker contruyó el ábaco que presentamos a continuación, que tenía esta reducción de área de apoyo en cuenta, en función de las excentricidades relativas:

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Si llamamos a=bx y b=by a las dimensiones en planta de la zapata, N=V a la carga vertical, a partir de las excentricidades relativas ε=ex/bx y δ=ey/by, puede determinarse el parámetro μ, que permite determinar la tensión máxima σ0 bajo la zapata.

Veamos un ejemplo.

Si tenemos una zapata cuadrada de dimensiones en planta bx=by=2m, sobre la que actúa un axil de 400 kN, un Mx=200 kN·m y un My=120 kN·m, la tensión máxima se obtiene de la siguiente forma:

a) Se calculan las excentricidades absolutas:

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b) Se calculan las excentricidades relativas:

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c) Entrando en el ábaco de Hülsdünker se obtiene el parámetro μ=4,2 por lo que la tensión máxima valdrá:

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De esta forma tan directa y sin tener que iterar, puede obtenerse la tensión máxima bajo la zapata teniendo en cuenta la reducción de la superficie de apoyo por los despegues.

Espero resulte útil.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón.

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo del Blog e-Struct, encontrado en: https://e-struc.com/2017/11/14/deformacion-fluencia-viga-hormigon/ , que como siempre esperamos sea de interés para Uds.

La deformación a largo plazo es una característica propia de algunos materiales, incluido el hormigón armado.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

Analizamos en este artículo un caso concreto de diagnóstico de las fisuras provocadas en un muro por la deformación por fluencia en una viga de hormigón.

La fluencia es el aumento de deformación bajo carga constante. Es importante considerarla en el análisis estructural, ya que las deformaciones diferidas pueden ser mayores que las iniciales.

La fluencia depende de factores como la resistencia del cemento, el volumen de la pieza y la humedad del ambiente. Es inversamente proporcional a la humedad del ambiente, con lo que los ambientes más secos aumentan la fluencia. También es inversamente proporcional a la resistencia del hormigón.

El caso que nos ocupa es un edificio construido a finales de los años 90. Se empleó hormigón de resistencia característica menor de 25kN/mm2. Además está situado en una ciudad de clima seco. Ambos factores son propicios a la deformación a largo plazo sin que haya aumentos de carga.

Síntomas

En el salón de una vivienda, a los tres años de finalizar las obras, comenzaron a aparecer fisuras en el muro. Se trata de un muro de medio pie de separación entre dos viviendas de diferentes portales. La vivienda está en la planta baja del edificio, sobre el garaje.

En principio se detectaron fisuras horizontales en el muro, a unos 25 cm del techo. Se repararon y se pintó sobre ellas, pero al poco tiempo se volvieron a abrir.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

La fisura se extendió hasta la esquina y comenzó a recorrer el muro en vertical.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

Finalmente se fisuró todo el perímetro del muro. Luego aparecieron fisuras inclinadas que parten de la superior, según el siguiente esquema:

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

Al revisar el suelo, se advierte que el rodapié está separado del suelo en el centro del vano, es decir, que la viga ha cedido.

Causas

La deformación por fluencia en una viga de hormigón comienza inmediatamente al entrar en carga. La viga entra en carga nada más construirse el muro de medio pie sobre ella, y comienza la deformación inicial. Durante los primeros años, la deformación por fluencia progresa más deprisa, después se reduce la velocidad, pero no se para.

En este caso concreto, la misma viga con el muro de separación entre viviendas se repite desde la planta tercera hasta la baja. En todas las plantas se han detectado problemas de fluencia, y todos los muros se han fisurado. Cada viga ha descendido y ha transmitido a la viga inferior su propia carga.

Finalmente, la viga de la planta baja cargaba con las de los pisos superiores, pero debajo de ella no había otro muro, sino garaje.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

La deformación de la viga progresa hasta que finalmente el muro se fisura, se desprende y se acodala contra los pilares laterales. Por esa razón el rodapié está separado del solado, porque el muro no puede descender como la viga hacia el centro del vano.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

Las fisuras inclinadas responden a que las cargas se desvían hacia la zona más rígida, en el lateral.

Las fisuras verticales no están exactamente en los bordes del muro, probablemente enjarjados con los perpendiculares. Aunque las mayores tensiones aparecen en los bordes, el muro se ha quebrado en las zonas próximas más débiles.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

Seguimiento y reparación

Aproximadamente a los cinco años las parte más intensa de la fluencia ya ha pasado. La deformación por fluencia en una viga de hormigón, aunque no haya más carga, se seguirá produciendo, pero con menos intensidad. Aunque no haya aumento de carga, y esto es lo más significativo de la fluencia.

Deformación por fluencia en una viga de hormigón

En general es el momento de acometer las reparaciones. Sin embargo, en esta ocasión, la fluencia ha dado lugar a condiciones nuevas de carga sobre la viga. Las fisuras se han manifestado no solo por la fluencia sino por cambios estructurales debidos a las deformaciones de las vigas superiores. La viga ha soportado más carga de la que tenía prevista.

Es necesario primero hacer un seguimiento de las fisuras. Si no progresan se puede reparar, pero en caso contrario es posible que haya que reforzar al menos la viga de la planta baja. Y también tener en consideración la fluencia en el cálculo de una viga de hormigón.

 

Colapsa pasarela atirantada en Bogotá durante la prueba de carga

Estimados, en esta oportunidad les compartimos un artículo del Blog ESTRUCTURANDO, encontrado en: http://estructurando.net/2015/02/05/colapsa-pasarela-atirantada-en-bogota-durante-la-prueba-de-carga/ , que esperamos sea de interés para Uds.

Colapsa pasarela atirantada en Bogotá durante la prueba de carga

En febrero de 2015 colapsó una pasarela atirantada en construcción en la ciudad de Bogotá (Colombia). Dicha estructura iba a ser de uso privado y uniría la Escuela Superior de Guerra y una zona residencial militar. Su inauguración estaba prevista para el mes siguiente con un presupuesto cercano a 1,2 millones de euros.

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Al parecer, el colapso sobrevino mientras estaban realizando la prueba de carga de la estructura. Se habla de cerca de 30 heridos de diversa consideración.

Os dejamos varias fotos de cómo ha quedado la pasarela.

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Feliz día del Ingeniero!!!

El Día del Ingeniero se celebra el 16 de junio en conmemoración de la creación de la carrera de Ingeniería.

En 1855 el Ingeniero y Pintor francés Carlos Enrique Pellegrini propuso al rector de la Universidad de Buenos Aires crear la carrera de Ingeniería

Con esta base y mediante un decreto del 16 de junio de 1865 se inicia la enseñanza de la ingeniería en Argentina, cuyo primer programa contenía: matemática, física, astronomía, mecánica racional y aplicada, máquinas, construcciones, arquitectura, e historia natural general y especial, dependientes del “Departamento de Ciencias Exactas” de la Universidad de Buenos Aires. Por esta razón se celebra el día 16 de junio el Día del Ingeniero.

Asimismo, el día 6 de junio se celebraba el “ Día de la Ingeniería Argentina”, en honor al Ingeniero con especialización civil Luis Augusto Huergo, primer egresado de la carrera de la UBA, que tuvo lugar el 6 de junio de 1870.

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La Universitat Politècnica de València (UPV) desarrolla un ladrillo antisísmico

La UPV desarrolla un ladrillo sismorresistente.

Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València (UPV) han desarrollado un nuevo dispositivo cuyo diseño y componentes permiten aislar sísmicamente la tabiquería del resto de la estructura del edificio.

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Estructurando ha podido hablar con Francisco J. Pallarés Rubio, Dr. Ing. Caminos, Canales y  Puertos, miembro del equipo que ha ideado el sistema, y nos ha contado en qué consiste este “ladrillo antisísmico”, cómo funciona y cómo puede ser aplicado a las obras actuales. Además nos ha facilitado vídeos y fotos de este sistema en acción en una simulación recreada en el laboratorio.

El problema.

Suele ser habitual que la tabiquería interior que compartimenta las viviendas no sea considerada como un elemento estructural por muchas normativas sismorresistentes, por lo que no suele tenerse en cuenta en los cálculos de diseño de los edificios. Sin embargo, los daños producidos por terremotos en edificios ponen de manifiesto que la tabiquería no estructural tiene una gran influencia en el comportamiento sísmico de un edificio, pudiendo llevar a fallos estructurales no previstos.

Por tanto, parece razonable buscar el aislamiento sísmico de la tabiquería interior respecto la estructura del edificio para evitar su interacción.

Cuando se produce un terremoto sobre un edificio construido a base de pórticos de hormigón armado o metálico, se produce un desplazamiento horizontal relativo entre una planta y la siguiente, denominado comúnmente ‘deriva’ o ‘drift’. La deformación y los esfuerzos que se producen como consecuencia de las fuerzas horizontales introducidas sobre la estructura resistente suelen tenerse en cuenta en los cálculos sísmicos.

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Deformación de pórtico frente a fuerzas horizontales.

Sin embargo, cuando los pórticos se encuentran rellenos con tabiques de ladrillo o bloque, la estructura global se rigidiza en conjunto y la respuesta sísmica es distinta a la prevista en los cálculos sin considerar la tabiquería interior. La deriva de cada planta produce en los tabiques unas bielas de compresión cuyos extremos terminan en la cabeza y base de los pilares que conforman cada marco cerrado.

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Deformación del pórtico coaccionado por la tabiquería interior. Izqierda: Bielas diagonales de compresión actuando sobre cabeza y base de columnas. Derecha: Daños habituales en pilares y tabiquería.

Estas bielas diagonales van alternando entre las cuatro esquinas de los marcos según se desarrolla el sismo, y son capaces de producir unas peligrosas y no previstas roturas por cortante en las cabezas de los pilares, como se ha constatado en muchos terremotos, además de dañar considerablemente los tabiques.

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Izqda: Rotura por cortante en cabeza pilar debida a biela de compresión por sismo. Dcha: Rotura en cabeza de pilar por efecto de corte de la tabiquería (bielas diagonales) y tabique dañado.

El invento.

Con la utilización del sistema desarrollado por la UPV y bautizado como “SISBRICK,” dispositivo aislador sísmico, se permite la deformación del pórtico estructural sin la coacción total de la tabiquería, por lo que se dificulta la aparición de las peligrosas bielas diagonales de compresión y el pórtico se comporta de manera similar a como se ha calculado sin la interacción de la tabiquería.

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Se facilitan así los giros de los nudos y que se puedan desarrollar los modos de fallo en estado límite último previstos en la fase de diseño con los modernos métodos de cálculo basados en la formación de rótulas plásticas.

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Deformación del pórtico ante fuerzas horizontales utilizando ladrillo aislador sísmico SISBRICK. Protección de pilares y tabiques.

Adicionalmente, las tensiones en el tabique se reducen al dificultarse la formación de bielas de compresión, por lo que se protege el tabique y se reducen pérdidas económicas y humanas asociadas a roturas de tabiquería.

¿Cómo funciona?

Este dispositivo aislador sísmico, con forma de ladrillo cerámico o bloque convencional, posee unas características mecánicas que le permiten absorber movimientos relativos entre el tabique de ladrillo convencional y la estructura del edificio, al tiempo que posee propiedades ortótropas siendo capaz de resistir cargas en la dirección deseada. Con esta absorción de movimientos y presentando menor rigidez que el tabique de ladrillo y la estructura del edificio, dificulta la formación de las bielas diagonales de compresión que causan los daños en las cabezas y bases de los pilares, y daños en el tabique.

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Reducción de daños en columnas y tabiques utilizando dispositivo aislador sísmico

Este “ladrillo antisísmico”  se pone en obra de la manera tradicional, como si de un ladrillo cerámico o bloque se tratara. El tabique se realiza con los materiales habituales usando la técnica convencional, y se dispone un número reducido de elementos en localizaciones clave del tabique para conseguir el aislamiento sísmico deseado.

De este modo el sistema se encarga de absorber los movimientos relativos entre el tabique y la estructura del edificio, protegiendo los pilares del cortante introducido por las bielas diagonales de compresión, y reduciendo las tensiones en los tabiques.

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El sistema de aislamiento sísmico está formado por dos tipos de elementos. Elementos que van en contacto con los pilares (en azul en las figuras), que permiten la absorción de movimientos horizontales, y elementos que van en contacto con las vigas (en rojo en las figuras), que permiten la absorción de movimientos verticales.

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Posibles configuraciones en función del tamaño de tabique y grado de aislamiento.

Igualmente se puede usar  este ladrillo antisímico en el caso de tabiquería no completa para evitar la formación de pilares cortos (podéis ver lo que les pasa a los pilares cortos durante los sismos en nuestro post: “Verdades y mitos de los pilares cortos“).

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Izqda) Creación de pilar corto y daño en el mismo por tabiquería incompleta. Dcha) Protección de pilares cortos utilizando SISBRICK.

Pedimos a Francisco J. Palladés que nos enseñara cómo funcionaba su invento y no solo nos dio toda esta información, si no que nos enseñó como funciona en el laboratorio.

En el laboratorio de la UPV se ha ensayado varios tabiques con y sin este “ladrillo antisísmico”. Se ha aplicado a un pórtico la misma serie de cargas cíclicas que van incrementando su amplitud hasta que el tabique falla.

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El resultado lo podemos ver en el siguiente vídeo:

 

En el vídeo podemos apreciar de forma comparativa dos pórticos que ante carga cíclica creciente se deforma y cómo el de pórtico sin el sistema antisísmico (el de la izquierda) rompe mucho antes que el lo tiene (a la derecha).

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Estado del tabique ensayado sin el sistema antisísmico

Por último, queremos dar las gracias a Francisco J. Palladés pos toda la información que nos ha brindado para la realización del artículo. Más información del sistema en la página  http://sisbrick.com/

SISBRICK

 

Autor: Ing. José Antonio Agudelo Zapata

Artículo de: http://estructurando.net/2016/01/11/la-upv-desarrolla-un-ladrillo-antisismico/