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 Flotación Pilotes 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 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? 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.

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 i-situ: Tipos especiales Pilotes Bignell: Pilotes Caissons Barrenados:

PILOTES DE HORMIGÓN IN SITU 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 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 Torres petronas 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.

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 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

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

LA CIMENTACIÓN PARA CADA TORRE ESTÁ COMPUESTA DE UN CAJÓN DE 4 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: 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) 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.