Calculation of Retaining Walls with Piles: A Step-by-Step Guide - Prof. Joseph Herriges, Study notes of Structural Design and Architecture

A detailed guide on calculating retaining walls with piles, covering key aspects like material properties, wall dimensions, static and seismic conditions, and screen design. It includes formulas, calculations, and explanations for each step, making it a valuable resource for civil engineering students and professionals.

Typology: Study notes

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CALCULO DE MURO DE RETENCIÓN DE PILOTES
1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
Resistencia a la compresión del concreto a los 28 días:
210
Esfuerzo de cedencia del acero de refuerzo:
2800
Suelo de relleno:
23 grados Angulo de fricción interna
0Cohesión
1880 Peso unitario
16 grados Ángulo de inclinación del relleno
Suelo de cimentación:
23 grados Angulo de fricción interna
0Cohesión
1880 Peso unitario
2. DIMENSIONES DEL MURO
2.60 m Altura del relleno + 0,60 m de profundidad inefectiva para resistir carga lateral
0.60 m Ancho del pilote
3.00 m Longitud de empotramiento efectivo del pilote
kg/cm2
kg/cm2
kg/m2
kg/m3
kg/m2
kg/m3
F
P
R
L
H
D
RELLENO
CIMIENTO
b
D
D
D
F2D
⅓L
c
b
b
c
b
H
D
L
c
f
y
f
pf3
pf4
pf5
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pf9
pfa
pfd
pfe
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pf12
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CALCULO DE MURO DE RETENCIÓN DE PILOTES

1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Resistencia a la compresión del concreto a los 28 días:

210

Esfuerzo de cedencia del acero de refuerzo:

2800

Suelo de relleno:

23 grados Angulo de fricción interna

0 Cohesión

1880 Peso unitario

16 grados Ángulo de inclinación del relleno

Suelo de cimentación:

23 grados Angulo de fricción interna

0 Cohesión

1880 Peso unitario

2. DIMENSIONES DEL MURO

2.60 m Altura del relleno + 0,60 m de profundidad inefectiva para resistir carga lateral

0.60 m Ancho del pilote

3.00 m Longitud de empotramiento efectivo del pilote

kg/cm

2

kg/cm

2

kg/m

2

kg/m

3

kg/m

2

kg/m

3

F

P

R

L

H

D

RELLENO

CIMIENTO

b

D

D

D

F

2D

⅓L

c

b

b

c

b

H

D

L

c

f

y

f

3. CONDICIÓN ESTÁTICA

Coeficiente de empuje activo:

Esfuerzo lateral horizontal activo:

2664

Fuerza lateral horizontal activa (relleno de suelo no cohesivo):

3463 kg/m

Fuerza horizontal de diseño:

4155 kg

4654 kg

8809 kg

7341

11012

7757

15513

23478

Factor de seguridad:

2.13 > 2,0 OK

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+8/9L:

34347

Factor de seguridad:

4.43 > 2,0 OK

Esfuerzo lateral horizontal pasivo a la profundidad de H+L:

36521

Factor de seguridad: 2.35 > 2,0 OK

kg/m

2

Fuerza de reacción resultante en ⅓ L inferior:

Fuerza de reacción resultante a ⅔ L superior:

Presión de reacción promedio a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción promedio a ⅓ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅓ L:

kg/m

2

Coeficiente de empuje pasivo (δ = 0):

Esfuerzo lateral horizontal pasivo a la profundidad de H+⅓ L:

kg/m

2

kg/m

2

kg/m

2

 

2

2

cos

cos

sen sen

K

a

   K H cos  

a a

  cos  

2

2

1

P KH

a a

F  P  D 

a

L

H L

R F

5

3

PFR

LD

P

p

avg

 

avg

p 1 , 5 p

max

LD

R

r

avg

 

avg

r 2 r

max

 

2

2

cos

cos

sen sen

K

p

 (  ) 

3

1

K H L

p p

max

p

FS

p

 (  ) 

9

8

K H L

p p

avg

p

r

FS

K ( HL ) 

p p

max

r

FS

p

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+8/9L: 32592 Factor de seguridad: 2.72 > 1,20 OK Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+L: 34655 Factor de seguridad: 1.45 > 1,20 OK

5. DISEÑO DE LA PANTALLA

Se considerará una pantalla de concreto reforzado colocada del lado del suelo de relleno y segmentada en unidades de 0,60 m x 1,20 m x 0,10 m de espesor para pilotes de 0,60 m x 0,60 m. Esfuerzo lateral horizontal activo de servicio: 4117 Carga horizontal de servicio: 1482 kg Momento flexionante de servicio: 222 kg-m Momento flexionante último: 378 kg-m 37791 kg-cm 5 cm 60 cm kg/m 2 kg/m 2 kg/m 2 RELLENO 1, 0, Q H 0, s H Q  (  )  9 8 K H L pe pe

avg pe r

FS

K ( HL )  pe pe

max r

FS

pe

H a aemáx  

H

Q 

  4 Q 0 , 60 M M  M 

u

M Afd au s y 2 1

db

Area de acero de refuerzo por flexión:

Usando barras No. 5

Area de la barra seleccionada:

Cantidad de barras longitudinales necesarias:

1.7 se colocarán 2

Porcentaje de acero proporcionado:

Area de acero de refuerzo por temperatura:

Cantidad de barras transversales necesarias:

6.5 se colocarán 7

cm

2

cm

2

0,

1,

0,60+L

H'

D

b D D D D D

2D

´

2

0 , 5

´

2

2

c

y

c

y u

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s

f

f

f b

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df df

A

b

A

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l

A

A

N

s

A

2

A 0 , 0018 60 120 12 , 96 cm

smín

   

b

s

t

A

A

N

3. CONDICIÓN ESTÁTICA

Coeficiente de empuje activo:

Esfuerzo lateral horizontal activo:

3176

Fuerza lateral horizontal activa (relleno de suelo no cohesivo):

4923 kg/m

Fuerza horizontal de diseño:

5907 kg

6474 kg

12381 kg

8254

12381

8632

17265

28369

Factor de seguridad:

2.29 > 2,0 OK

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+8/9L:

41956

Factor de seguridad:

4.86 > 2,0 OK

Esfuerzo lateral horizontal pasivo a la profundidad de H+L:

44673

Factor de seguridad: 2.59 > 2,0 OK

kg/m

2

Fuerza de reacción resultante en ⅓ L inferior:

Fuerza de reacción resultante a ⅔ L superior:

Presión de reacción promedio a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción promedio a ⅓ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅓ L:

kg/m

2

Coeficiente de empuje pasivo (δ = 0):

Esfuerzo lateral horizontal pasivo a la profundidad de H+⅓ L:

kg/m

2

kg/m

2

kg/m

2

 

2

2

cos

cos

sen sen

K

a

   K H cos  

a a

  cos  

2

2

1

P KH

a a

F  P  D 

a

L

H L

R F

5

3

PFR

LD

P

p

avg

 

avg

p 1 , 5 p

max

LD

R

r

avg

 

avg

r 2 r

max

 

2

2

cos

cos

sen sen

K

p

 (  ) 

3

1

K H L

p p

max

p

FS

p

 (  ) 

9

8

K H L

p p

avg

p

r

FS

K ( HL ) 

p p

max

r

FS

p

4. CONDICIÓN DE SISMO

Método de Mononobe-Okabe

0.12 Coeficiente de aceleración sísmica horizontal

0.00 Coeficiente de aceleración sísmica vertical

Angulo de inercia sísmico:

0.1194 radianes

6.84 grados

Esfuerzo lateral horizontal activo (condición de sismo):

4908

Fuerza lateral horizontal activa (condición de sismo):

7608 kg/m

Fuerza horizontal de diseño:

9129 kg

10006 kg

19135 kg

12757

19135

13341

26682

26919

Factor de seguridad:

1.41 > 1,20 OK

Coeficiente de empuje activo sísmico (δ = 0):

kg/m

2

Fuerza de reacción resultante a ⅓ L:

Fuerza de reacción resultante a ⅔ L:

Presión de reacción promedio a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción promedio a ⅓ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅓ L:

kg/m

2

Coeficiente de empuje pasivo sísmico (δ = 0):

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+⅓ L:

kg/m

2

h

K

v

K

v

h

K

K

tan

1

 

 

2

2

2

cos cos

cos 1

cos

 

   

 

sen sen

K

ae

   K  1  KH cos 

ae ae v

   1   cos 

2

2

1

P K K H

ae ae v

F  P  D 

ae

L

H L

R F

5

3

PFR

LD

P

p

avg

 

avg

p 1 , 5 p

max

LD

R

r

avg

 

avg

r 2 r

max

 

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2

2

2

cos cos

cos 1

cos

sen sen

K

pe

 (  ) 

3

1

K H L

pe pe

max

p

FS

pe

Area de acero de refuerzo por flexión:

Usando barras No. 5

Area de la barra seleccionada:

Cantidad de barras longitudinales necesarias:

2.0 se colocarán 2

Porcentaje de acero proporcionado:

Area de acero de refuerzo por temperatura:

Cantidad de barras transversales necesarias:

6.5 se colocarán 7

cm

2

cm

2

0,

1,

0,60 + L

H'

D b

D

D

D

D

D

2D

´

2

0 , 5

´

2

2

c

y

c

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b

A

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A

N

s

A

2

A 0 , 0018 60 120 12 , 96 cm

smín

   

b

s

t

A

A

N

CALCULO DE MURO DE RETENCIÓN DE PILOTES

1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Resistencia a la compresión del concreto a los 28 días:

210

Esfuerzo de cedencia del acero de refuerzo:

2800

Suelo de relleno:

23 grados Angulo de fricción interna

0 Cohesión

1880 Peso unitario

16 grados Ángulo de inclinación del relleno

Suelo de cimentación:

23 grados Angulo de fricción interna

0 Cohesión

1880 Peso unitario

2. DIMENSIONES DEL MURO

3.60 m Altura del relleno + 0,60 m de profundidad inefectiva para resistir carga lateral

0.60 m Ancho del pilote

4.50 m Longitud de empotramiento efectivo del pilote

kg/cm

2

kg/cm

2

kg/m

2

kg/m

3

kg/m

2

kg/m

3

F

P

R

L

H

D

RELLENO

CIMIENTO

b

D

D

D

F

2D

⅓L

c

b

b

c

b

H

D

L

c

f

y

f

4. CONDICIÓN DE SISMO

Método de Mononobe-Okabe

0.12 Coeficiente de aceleración sísmica horizontal

0.00 Coeficiente de aceleración sísmica vertical

Angulo de inercia sísmico:

0.1194 radianes

6.84 grados

Esfuerzo lateral horizontal activo (condición de sismo):

5700

Fuerza lateral horizontal activa (condición de sismo):

10260 kg/m

Fuerza horizontal de diseño:

12312 kg

13297 kg

25609 kg

14227

21341

14774

29549

31561

Factor de seguridad:

1.48 > 1,20 OK

Coeficiente de empuje activo sísmico (δ = 0):

kg/m

2

Fuerza de reacción resultante a ⅓ L:

Fuerza de reacción resultante a ⅔ L:

Presión de reacción promedio a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción promedio a ⅓ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅓ L:

kg/m

2

Coeficiente de empuje pasivo sísmico (δ = 0):

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+⅓ L:

kg/m

2

h

K

v

K

v

h

K

K

tan

1

 

 

2

2

2

cos cos

cos 1

cos

 

   

 

sen sen

K

ae

   K  1  KH cos 

ae ae v

   1   cos 

2

2

1

P K K H

ae ae v

F  P  D 

ae

L

H L

R F

5

3

PFR

LD

P

p

avg

 

avg

p 1 , 5 p

max

LD

R

r

avg

 

avg

r 2 r

max

 

 

2

2

2

cos cos

cos 1

cos

sen sen

K

pe

 (  ) 

3

1

K H L

pe pe

max

p

FS

pe

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+8/9L: 47031 Factor de seguridad: 3.18 > 1,20 OK Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+L: 50126 Factor de seguridad: 1.70 > 1,20 OK

5. DISEÑO DE LA PANTALLA

Se considerará una pantalla de concreto reforzado colocada del lado del suelo de relleno y segmentada en unidades de 0,60 m x 1,20 m x 0,10 m de espesor para pilotes de 0,60 m x 0,60 m. Esfuerzo lateral horizontal activo de servicio: 5700 Carga horizontal de servicio: 2052 kg Momento flexionante de servicio: 308 kg-m Momento flexionante último: 523 kg-m 52326 kg-cm 5 cm 60 cm kg/m 2 kg/m 2 kg/m 2 RELLENO 1, 0, Q H 0, s H Q  (  )  9 8 K H L pe pe

avg pe r

FS

K ( HL )  pe pe

max r

FS

pe

H a aemáx  

H

Q 

  4 Q 0 , 60 M M  M 

u

M Afd au s y 2 1

db

CALCULO DE MURO DE RETENCIÓN DE PILOTES

1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Resistencia a la compresión del concreto a los 28 días:

210

Esfuerzo de cedencia del acero de refuerzo:

2800

Suelo de relleno:

23 grados Angulo de fricción interna

0 Cohesión

1880 Peso unitario

16 grados Ángulo de inclinación del relleno

Suelo de cimentación:

23 grados Angulo de fricción interna

0 Cohesión

1880 Peso unitario

2. DIMENSIONES DEL MURO

4.10 m Altura del relleno + 0,60 m de profundidad inefectiva para resistir carga lateral

0.60 m Ancho del pilote

5.00 m Longitud de empotramiento efectivo del pilote

kg/cm

2

kg/cm

2

kg/m

2

kg/m

3

kg/m

2

kg/m

3

F

P

R

L

H

D

RELLENO

CIMIENTO

b

D

D

D

F

2D

⅓L

c

b

b

c

b

H

D

L

c

f

y

f

3. CONDICIÓN ESTÁTICA

Coeficiente de empuje activo:

Esfuerzo lateral horizontal activo:

4200

Fuerza lateral horizontal activa (relleno de suelo no cohesivo):

8611 kg/m

Fuerza horizontal de diseño:

10333 kg

11284 kg

21616 kg

10808

16212

11284

22567

37608

Factor de seguridad:

2.32 > 2,0 OK

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+8/9L:

55723

Factor de seguridad:

4.94 > 2,0 OK

Esfuerzo lateral horizontal pasivo a la profundidad de H+L:

59347

Factor de seguridad: 2.63 > 2,0 OK

kg/m

2

Fuerza de reacción resultante en ⅓ L inferior:

Fuerza de reacción resultante a ⅔ L superior:

Presión de reacción promedio a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅔ L:

kg/m

2

Presión de reacción promedio a ⅓ L:

kg/m

2

Presión de reacción máxima a ⅓ L:

kg/m

2

Coeficiente de empuje pasivo (δ = 0):

Esfuerzo lateral horizontal pasivo a la profundidad de H+⅓ L:

kg/m

2

kg/m

2

kg/m

2

 

2

2

cos

cos

sen sen

K

a

   K H cos  

a a

  cos  

2

2

1

P KH

a a

F  P  D 

a

L

H L

R F

5

3

PFR

LD

P

p

avg

 

avg

p 1 , 5 p

max

LD

R

r

avg

 

avg

r 2 r

max

 

2

2

cos

cos

sen sen

K

p

 (  ) 

3

1

K H L

p p

max

p

FS

p

 (  ) 

9

8

K H L

p p

avg

p

r

FS

K ( HL ) 

p p

max

r

FS

p

Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+8/9L: 52876 Factor de seguridad: 3.03 > 1,20 OK Esfuerzo lateral horizontal pasivo (condición de sismo) a la profundidad de H+L: 56314 Factor de seguridad: 1.61 > 1,20 OK

5. DISEÑO DE LA PANTALLA

Se considerará una pantalla de concreto reforzado colocada del lado del suelo de relleno y segmentada en unidades de 0,60 m x 1,20 m x 0,10 m de espesor para pilotes de 0,60 m x 0,60 m. Esfuerzo lateral horizontal activo de servicio: 6492 Carga horizontal de servicio: 2337 kg Momento flexionante de servicio: 351 kg-m Momento flexionante último: 596 kg-m 59593 kg-cm 5 cm 60 cm kg/m 2 kg/m 2 kg/m 2 RELLENO 1, 0, Q H 0, s H Q  (  )  9 8 K H L pe pe

avg pe r

FS

K ( HL )  pe pe

max r

FS

pe

H a aemáx  

H

Q 

  4 Q 0 , 60 M M  M 

u

M Afd au s y 2 1

db

Area de acero de refuerzo por flexión:

Usando barras No. 5

Area de la barra seleccionada:

Cantidad de barras longitudinales necesarias:

2.8 se colocarán 3

Porcentaje de acero proporcionado:

Area de acero de refuerzo por temperatura:

Cantidad de barras transversales necesarias:

6.5 se colocarán 7

cm

2

cm

2

0,

1,

0,60 + L

H'

D b

D

D

D

D

D

2D

´

2

0 , 5

´

2

2

c

y

c

y u

y y

s

f

f

f b

f M

df df

A

b

A

b

s

l

A

A

N

s

A

2

A 0 , 0018 60 120 12 , 96 cm

smín

   

b

s

t

A

A

N