Cimentaciones Superficiales Def_para Repartir

7/29/2019 Cimentaciones Superficiales Def_para Repartir

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Tomada de internet

CIMENTACIONESCIMENTACIONES

SUPERFICIALES.SUPERFICIALES.PRESI N DEPRESI N DEHUNDIMIENTOHUNDIMIENTO

Luis OrtuoModificada del ASCE

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

1.- INTRODUCCIN

erreno es una pro ongac n e a es ruc ura. sun material ms (salvo para el que se vaya a dedicara las plataformas flotantes o las estaciones

aeroespaciales).

Lo malo (y lo bueno y divertido) es que, encomparacin con el resto de los materiales, el suelosuele ser, con diferencia, el menos resistente y el msdeformable.

Por ello resulta preciso dotar a la estructura de

y transmitan al terreno presiones que seancompatibles con su resistencia y su deformabilidad.

Luis Ortuo


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Para el buen diseo de una cimentacin es preciso:

1.- CRITERIOS DE DISEO

1. Que no se hunda, o que el coeficiente de seguridaddis onible con relacin a la car a ue roducira elagotamiento de la resistencia del terreno, y el hundimientode la cimentacin, sea adecuado.

2. Que no se dae, o que los movimientos (asientos,desplazamientos horizontales, giros) causados por ladeformacin del terreno sometido a las tensionestransmitidas por la cimentacin, sean tolerables por laestructura.

3. Que no dae a otros, en el sentido de que losefectos originados en el terreno por una cimentacin sehacen notar ms all de los lmites estrictos de la estructura

Luis Ortuo

a construir. Por lo tanto, hay que asegurar que no afectanegativamente a construcciones vecinas.


La forma y las dimensiones de las cimentaciones sonfuncin de la estructura, de las cargas y de lanaturaleza del terreno.

Cuando el terreno lo ermite se suele acudir a

cimentaciones directas o superficiales, que repartenlas cargas de estructura en un plano de apoyo

. , ,de cimentacin se construye a poca profundidad bajola superficie, por lo que tambin son llamadas

.

En otras ocasiones el suelo no tiene la competenciasuficiente, la resistencia o rigidez adecuadas para

permitir el apoyo directo, y es necesario acudir acimentaciones profundas, que transmiten las cargas de

Luis Ortuo

estructura fundamentalmente en vertical, ya sea deforma repartida o concentrada

Tomadas de Macaulay, D. (1975)


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No hay unaNo hay unarepuesta nicarepuesta nica..

Luis OrtuoTomadas de Macaulay, D. (1975)


TIPOS DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Luis OrtuoTomadas de Calavera, J. (1987) Tomadas de G&C III


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- qb (o con p!!) : Presin total bruta: Es la presin verticalDEFINICIONES BSICAS (CTE)

.componentes verticales: sobrecargas, peso de la estructura, peso

del propio cimiento, etc).

- qneta (o con p!!) : Presin total neta: Es la diferenciaentre qb y la presin vertical total que acta en el terreno en la base

(qneta = qb - q0). Es por tanto el incremento de presin total verticalen el suelo al nivel de la cimentacin.

-q'b (o con p!!) : Presin efectiva bruta: Es la diferencia

entre la presin vertical total bruta y la presin intersticial (u) aln ve e a c men ac n:(q'b = qb - u).

- ' o con !! : Presin efectiva neta: Es la diferencia

Luis Ortuo

entre q'b y la presin efectiva vertical q'0 al nivel de la cimentacin:q'neta = q'b - p'0 Obsrvese que qneta = q'neta


- '

DEFINICIONES BSICAS (CTE)

- h h .presin vertical para la cual el terreno agota su resistencia al cortey se produce el hundimiento. Puede expresarse en trminos detensiones totales o efectivas, brutas o netas.

- qad (q'ad) (o con p!!) : Presin admisible: Presin vertical de cimentacin para la cualexiste un coeficiente de seguridad adecuado frente al hundimiento. Puede expresarse entrminos de tensiones totales o efectivas, brutas o netas. (Obsrvese que esta tensin no tienepor qu ser la admisible para la estructura, ya que aunque no se alcance el hundimiento, podran

.

- qs. (qs) (o con p!!) : Presin de servicio. Es la presin vertical admisible de unacimentacin teniendo en cuenta no slo la seguridad frente al hundimiento sino tambin su

tolerancia a los asientos. Obviamente no puede ser mayor que qad. Puede expresarse entensiones totales o efectivas, brutas o netas.

Luis Ortuo


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EL HUNDIMIENTO

Luis Ortuo

Tomado del CTE


Terzaghi & Peck (1948) definen 3 zonas de

EL HUNDIMIENTO

equilibrio plstico cuando una cimentacinen faja alcanza el hundimiento. Una cuatriangular (I), una zona de corte radial (II) y

una cu a pas va .En principio la forma de rotura es simtrica,pero pue e per erse con cua qu erheterogeneidad.

Tomada de FHWA-SA-02-054 (2002)

Luis Ortuo

Tomada de G&C, II


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-

EL HUNDIMIENTO

.

Generalizado :

Local

Punzonamiento

Luis OrtuoTomadas de FHWA-SA-02-054 (2002)


EL HUNDIMIENTO. ENSAYOS EN EL LABORATORIO DE LA ESCUELA.

Luis Ortuo


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EL HUNDIMIENTO. ENSAYOS EN EL LABORATORIO DE LA ESCUELA.

Luis Ortuo


EL HUNDIMIENTO. HIPTESIS HABITUALES DE LOS MTODOS DECLCULO ANALTICO.

El terreno se supone rgido-perfectamente plstico

En general se supone que el terreno es istropo, es decir, que su

resistencia es la misma en cualquier direccin.

Se suele suponer que el terreno es homogneo, esto es:

En clculos sin drenaje (corto plazo en suelos cohesivos), laresistencia al corte sin drenaje Su se supone constante

En clculos con drenaje (suelos cohesivos a largo plazo o suelosgranulares a corto y largo), los parmetros de resistencia efectiva c' y 'se suponen cons an es.

La mayora de las teoras suponen que el suelo bajo la cimentacin no pesa

Luis Ortuo

.recurre a mtodos semiempricos bien comprobados.


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EL HUNDIMIENTO. FORMULACIN BSICA

La presin de hundimiento de una cimentacin directa en faja (indefinida en la direccinperpendicular al ancho B de la carga) se suele evaluar mediante la formulacin

NBNpNcbrutap ch 1)( 0 ++=

Nc, Nq, N se denominan factores de capacidad de carga y dependen exclusivamentee ngu o e rozam en o n erno e ec vo e sue o

c es la cohesin del terreno p0 es la presin vertical debida a la sobrecarga de tierras al nivel de la cimentacin

'

B es el ancho del cimiento es el peso especfico representativo del suelo por debajo de la cimentacin.

'tan'1

e

sen

senNq

= ')1( ctgNN qc = ')tan1)(25,1( = qNaN

Luis Ortuo

14,50 == cN10 == qN 00 == N



Tomadas de G&C, II. Pginas 814 y 815

Luis Ortuo


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La ecuacin bsica anterior no tiene en cuenta una serie de efectos que pueden resultar de ciertarelevancia en el cmputo de la tensin de hundimiento de una cimentacin determinada. As, la

,exclusivamente vertical, la base de la cimentacin puede encontrarse inclinada , etc. Para tener en

cuenta estos aspectos, se aplican determinados coeficientes o factores de influencia a cada uno delos trminos de la ecuacin bsica, que dan lugar a la formulacin generalizada propuesta porBrinch Hansen, J. (1970). La frmula general con algunos de estos factores sera la siguiente:

tidsNBtidsNtidsNcbruta *1

++= qqqqqqcccccc2

sc, sq, s: factores de influencia para tener en cuenta la forma en planta de la zapata dc, dq, d : factores de influencia para tener en cuenta la profundidad del plano de apoyo de la zapata ic, iq, i : factores de influencia para inclinacin de la carga c, q, : factores de influencia para tener en cuenta la eventual existencia de una capa rgida prxima tc, tq, t : factores de influencia para considerar el efecto de la proximidad del un talud Por otra parte:

B*: es el ancho equivalente del cimiento en el caso de excentricidad de la carga (para cimentacinrectangular de longitud en planta L, L* sera la longitud equivalente). Ver siguiente diapositiva.

Luis OrtuoTomadas de la GCOC


CASO DE CARGA EXCNTRICA

Para aquellos casos en que exista excentricidad de la resultante de las accionesrespecto al centro geomtrico del cimiento, la comprobacin del estado ltimo de

dimensiones:

* = B Largo equivalente: L* = L - 2eL

donde eB y eL son las excentricidades segn las dos direcciones ortogonales de lazapata, supuesta de seccin rectangular en planta.

Luis Ortuo


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A efectos prcticos, para zapatas aisladas y corridas de dimensiones habituales, es comn suponer unadistribucin de presiones lineal

En la figura 4.11.a se representa el caso de una zapata sometida a una carga vertical centrada V y un momentoen base de ilar M . Este con unto e uivale a la car a V vertical situada a una cierta distancia del e e del ilar eque es la excentricidad (e = M/V).Cuando la excentricidad es menor que la sexta parte del ancho de la zapata, las expresiones para las tensionesmxima y mnima son las siguientes:

)6

1(

max BeB

e

LB

V

+=

Luis Ortuo

6)

1(

minB

e

LB

=



Si la excentricidad es superior a la sexta parte del ancho de la zapata, entonces la distribucin de presiones no estrapezoidal, sino triangular, y el valor de la tensin mxima y del ancho de la zapata que est sometido a presinvienen dados por las expresiones siguientes :

34 B

eeB

bV

>==

Luis Ortuo

62)2(3 LeB


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Luis OrtuoTomado de la GCOC


COEFICIENTES DE SEGURIDAD. PRESIN ADMISIBLE

Luis OrtuoTomadas de la GCOC


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EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIN.

La tensin de hundimiento de una zapata circular o cuadrada puede ser mayor que la

Factores de forma (sc, sq, s)

de una zapata corrida. Este hecho es bastante intuitivo, ya que cuando una zapata enfaja (indefinida en una direccin) alcanza el hundimiento, la superficie de rotura esmarcadamente bidimensional. Sin embargo, en una zapata cuadrada del mismo ancho

, a super c e e rotura resu ta marca amente tr mens ona a cu a e rotura seexpande ms all de los lmites geomtricos de la zapata). En otras palabras, laszapatas corridas movilizan la resistencia de un volumen menor de suelo por unidad de

rea e c m en o. s e e ec o e aumen o e res s enc a en unc n e a orma se eneen cuenta mediante unos factores de correccin (s). Llamando B* y L* a lasdimensiones en planta equivalentes de una zapata rectangular:

'tan

*

1

B

sq += *B

*1 BsN *

1

*,

BLs

+=

Luis Ortuo

*,;

1 Ls

Ns c

q

c +=

Tomados de G&C, II



La ecuacin trinmica de Terzaghi no considera

Factores de profundidad (dc, dq, d)

que el terreno situado sobre la base de la zapatatenga resistencia. Su accin estabilizadora (p0 =D)proviene tan slo del efecto de sobrecarga. Sin

em argo, es ev en e que para pro uc r ehundimiento del cimiento, la superficie de roturaterica deber no slo levantar el terreno situadoun o a a zapa a, s no am n a ravesar omovilizando su resistencia al corte. Para tener encuenta este efecto, que obviamente aumenta la

,usualmente unos factores de correccin por profundidad (d):

1=d

*/)1(212

BDsentgdq +=Para D/B1: *)1(2

BsenNdd cqc +=

Luis OrtuoTomados de apuntes del catedrtico

Para D/B>1: */)1(212

BtgDarcsentgdq += *4,010B

dc +==


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EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIN

Factores de profundidad y trmino de sobrecarga (qNq). Observacionesprcticas.

En ocasiones puede ser prudente no considerar el factor de profundidad. Este sera

el caso, por ejemplo, de zapatas poco profundas en un terreno arcilloso de plasticidad,alcanzaran la profundidad del cimiento. En estas circunstancias la superficie dedeslizamiento terica habra de levantar las tierras, pero no movilizar su resistencia alcorte a ue existiran discontinuidades abiertas sin resistencia. Evidentemente en unterreno granular o simplemente no susceptible de agrietamiento por desecacin, nohabr inconveniente en aplicar la correccin.

Un segundo aspecto de inters, ligado en cierta medida con el anterior pero msgeneral, radica en el empleo del trmino de sobrecarga de tierras en su conjunto. Basta

con observar la expresin de la presin de hundimiento para comprobar que staaumenta de forma directa con la profundidad D del cimiento. Pues bien, sobre todocuando se trata de cimentaciones someras, ser necesario asegurarse de que lashiptesis realizadas se mantendrn durante la vida til de la estructura. Ser necesario

Luis Ortuo

por tanto cons erar s en e uturo se po r n rea zar excavac ones para a o ar servicios, saneamientos, etc, junto a las cimentaciones, ya que daran lugar a unareduccin, incluso anulacin, de la sobrecarga de tierras.



Influencia de una capa rgida somera (factores c, q y )

Tomadas de G&C, II (pgs 824-827)

Ejemplo de baco para c (G&C, II, pg 825)(En caso de excentricidad se empleara B*)

Luis Ortuo


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Factores de inclinacin (ic, iq, i)H 1

dFVtgSc +

Inversa del coeficiente de se uridad al deslizamiento

G&C, II (Pg. 836): La figura muestra las lneas caractersticas para terreno sin peso nicohesin.

tgq e

senseni

)22

(

)2(1 ++

=1

= qqc

iNi

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q



Factores de inclinacin (ic, iq, i)

Corregido de G&C, II

VtgcS

Htg

+

A modo de ejemplo, si se supone cohesin nula, el eje de abscisas de la figura pasa a ser tg. Si se suponeahora una inclinacin de la resultante de 20 para un terreno de rozamiento 30, resulta que el coeficiente iq se

Luis Ortuo

, . ,reducira a menos de la mitad (OJO CON LOS MUROS, LOS ESTRIBOS DE PUENTE, etc. !!!).


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Factores de inclinacin (ic, iq, i)

Luis Ortuo

Tomadas de G&C, II (pgs 837, 838)


Este es el caso terico ms sim le a licable a suelos cohesivos saturados en los ue

EL HUNDIMIENTO . CONDICIONES SIN DRENAJE

las condiciones ms desfavorables se suelen producir inmediatamente tras la carga, esdecir, antes de que los excesos de presin intersticial generados hayan podido disiparse

El clculo sin drenaje se efecta en tensiones totales, adoptando ( = 0, c = Su). Paraun ngulo de rozamiento nulo, los factores de capacidad de carga adoptan lossiguientes valores:

Nq ( =0 ) =1 Nc ( =0) = 5,14

= =

En consecuencia, la tensin de hundimiento total bruta para una carga en faja resulta:

DSpNSbrutap ucuh 14,5)( 0 +=+=

Luis Ortuo

es la densidad aparente del terreno situado por encima de la base de la cimentacin D es la profundidad de la base del cimiento.


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Ejemplo a resolver por los alumnos

Se pretende construir un edificio sobre un potente estrato arcilloso. El nivel fretico seencuentra prcticamente en superficie. El reconocimiento geotcnico realizado muestra

= 3apcon una resistencia a la compresin simple qu = 150 kN/m2.

cimentar a 2 m bajo la superficie del terreno, estimar la presin de hundimiento

Solucin:

Luis Ortuo


Ejemplo histrico

(Tomado De Uriel, A. (1982). La figura muestra el hundimiento parcial del silo de Transcona (Canad). Estcimentado con una losa de 23 m de ancho y 59 m de largo situada a 3,6 m de profundidad. Soporta cinco filas de13 celdas circulares, de 27 m de altura y 4,20 m de dimetro. Cuando se comenz a llenar, al alcanzar las 30000

, .con la cintra transportadora y se par. En el momento del asiento y giro se calcula a que la presin transmitida alterreno era de 306 kPa. El terreno estaba constituido por una arcilla saturada de Su media 46 kPa. Cmo decerca estuvo el hundimiento?

Luis Ortuo


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Cuando la permeabilidad del suelo es suficientemente elevada como para que el

EL HUNDIMIENTO . CONDICIONES CON DRENAJE

exceso de presin intersticial generado por la aplicacin de las cargas de la cimentacinse disipe de forma casi simultnea con la construccin caso de los sueloseminentemente granulares el clculo de la presin de hundimiento se realiza entens ones e ect vas. v amente este c cu o tam n es ap ca e a os sue os e a apermeabilidad (arcillas) cuando se desee determinar la capacidad de carga una vez sehaya alcanzado el equilibrio de presin intersticial y hayan concluido los procesos deconso ac n. a expres n s ca e a ens n e un m en o e ec va ru a para unacarga en faja (zapata corrida indefinida), resulta:

1 NBNpNcrutap qch

2 0 ++=

anteriores, y los parmetros de resistencia al corte (c, ) vienen expresados entensiones efectivas. La densidad es aqulla necesaria para calcular las tensiones

Luis Ortuo

.


INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO

hundimiento en tensiones efectivas ser el que represente el estado de tensionesefectivas por debajo del cimiento: ,

ap,

profundidad (d) suficiente bajo el plano de cimentacin (ver ms adelante)

El peso especfico sumergido, ', si el nivel fretico est situado en o por encima del plano de cimentacin

Un peso especfico intermedio, =+f(ap-) (figura adjunta) si el nivelfretico est comprendido entre los indicados anteriormente

Si existiera un flujo de agua ascendente, de gradiente i, que afectara al plano

de cimentacin el eso es ecfico de clculo ser =-i Esta .expresin sera vlida para gradientes menores de 2/3. Para gradientes

mayores, puede darse erosin interna local por flujo de agua.

Luis Ortuo


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Para niveles freticos or deba o de la cimentacin =+f -INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO

En el caso f=0, el nivel se encuentra en el plano de la cimentacin. En el caso f=1, el nivel se encuentra a una profundidad suficiente como para no intervenir en la presin de

hundimiento.

Luis OrtuoTomadas de G&C, II



En un aluvial de arenas y gravas se pretende cimentar las pilas de un viaducto. De acuerdo con los sondeosrealizados el nivel fretico se encuentra profundo, por debajo de la zona de influencia de la cimentacin. Ladensidad aparente del terreno es ap=20 kN/m3, y el ngulo de rozamiento interno efectivo, deducido de las

, .hundimiento para las zapatas del viaducto, de 4 m de ancho (B) y 8 de longitud (L) en planta, si se empotran 2 mbajo la superficie. Se puede suponer que la carga es exclusivamente vertical

SOLUCION:

Luis Ortuo


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(a) Determinar la presin efectiva de hundimiento neta en el caso del ejemplo anterior. (b) Si en el caso delejemplo anterior se comprueba que el nivel fretico se encuentra a 2 m de profundidad, coincidiendo con la basede la cimentacin determinar a cunto se habr reducido la resin efectiva de hundimiento bruta su oner uecon la saturacin no cambia la densidad aparente del suelo). (c) Idem si el nivel fretico se sita en la superficiedel terreno. Comentar los resultados.

SOLUCION:

Luis Ortuo



Una de las pilas de un puente se encuentra situada en el cauce de un ro. El terreno est formado por una arena arcillosa cuyo peso especficoAparente es de 18 kN/m3 por encima del nivel fretico, y de 20 kN/m3 bajo el mismo (suelo saturado). Su cohesin efectiva es c= 20 kPa y sungulo de rozamiento interno efectivo es =32.Se piensa ejecutar la cimentacin de la pila del puente mediante una zapata de dimensiones B= 6 m, L= 6 m, empotrada 2 m bajo el lecho delr o.Para construir la cimentacin se ha previsto ejecutar un recinto estanco mediante tablestacas (cofferdam), de manera que se pueda agotar porel interior de dicho recinto mediante un bombeo, manteniendo el nivel de agua a la cota del lecho del ro mientras se construyen zapata y pila. Elestudio de la red de filtracin correspondiente para el rebajamiento previsto indica que con el bombeo se originar un flujo ascendente de aguaen el terreno situado alrededor del emplazamiento de la zapata, de forma que la altura piezomtrica de cualquier punto situado a 2 m bajo su

, . .

Se pide calcular las presiones de hundimiento para carga vertical centrada en las siguientes situaciones:1.- En la situacin provisional de construccin, con la excavacin realizada y el agotamiento en funcionamiento.2.- En la situacin ms comn de servicio, con el puente construido y con la lmina de agua del ro situada a 5 m sobre el lecho del cauce.3.- Suponiendo que se realiza un trasvase aguas arriba del ro y que, en una poca de sequa, la lmina de agua desciende por debajo del

Luis Ortuo

lecho hasta que el nivel fre tico coincide con la base de la zapata.4.- Suponiendo que la sequa se prolonga y el nivel fretico profundiza 6 m por debajo de la base de la zapata.5.- Explicar las diferencias obtenidas.


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BIBLIOGRAFABIBLIOGRAFA

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Luis Ortuo

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