mecÀnica del sÒl i de les roques - rua.ua.es · fórmula de brinch-hansen fórmula de...
Post on 04-May-2018
225 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES
Tema 16 – Fonamentacions superficials
Miguel Cano González
Dept. d'Enginyeria Civil‐ Àrea d'Enginyeria del Terreny
Índex (I) Introducció: definició i normativa Comprovacions que s’han de fer. Estats límits últims i estats
límit de serveiDefinició de les situacions de projecte: configuració
geomètrica, característiques geotècniques, accions,classificació de les situacions de projecte, fonamentaciórectangular equivalent, pressions verticals i pressions deserveiSeguretat davant l'enfonsament. Mètodes de càlculCàlcul de la càrrega d'enfonsament segons l'experiència
localPressió admissible en arenes segons assajos de campFonamentacions superficials en rocaCàlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos
de camp
Fonamentacions superficials
Índex (II) Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodes
analítics. Fórmula de Brinch-Hansen Fórmula de Brinch-Hansen. Fonamentacions superficials
sobre terreny heterogeni El coeficient de seguretat enfront de l'enfonsament Tipologia de moviments Estimació de moviments. Càlculs amb el model elàstic Estimació de moviments. Càlculs amb el model edomètric
(sòls argilencs): assentaments a llarg i curt termini. Temps de consolidació Estimació de moviments. Càlcul basat en assajos de camp
(sòls granulars) Moviments admissibles
Fonamentacions superficials
Introducció: definició i normativaNormativa:
CTE – Codi tècnic en l'edificació (Rev. 2008) -EdificacióROM 0.5-05 – Recomanacions geotècniques per al projecte d'obres marítimes i portuàries (Rev. 2007) – PortsGCOC - Guia de fonamentacions en obres de carretera (3a ed. 2009) - Carreteres
Fonamentacions superficials
Introducció: definició i normativaFonamentació superficial:
GCOC: D ≤ 2BROM: D < BCTE: El CTE parla de fonamentacions directes
Totes les normatives indiquen que si emprem les fórmules i elsprocediments proposats per a profunditats majors, aleshoresels càlculs poden resultar excessivament conservadors
Fonamentacions superficials
D
B
Introducció: definició i normativaFonamentació superficial:
Fonamentacions superficials
Introducció: definició i normativaFonamentació superficial:
Fonamentacions superficials
Introducció: definició i normativaFonamentació superficial:
Fonamentacions superficials
Estats límitsLa comprovació de la seguretat de les fonamentacions es fa sobre la base del concepte d'estats límits.-Estats límits últims :
-Estabilitat global-Enfonsament-Lliscament-Bolcada-Soscavació del fonament-etc.
Fonamentacions superficials
Estats límits-Estats límits de servei (d'utilització s/ ROM):
-Moviments excessius-Plastificacions localitzades -Vibracions excessives-etc.
Fonamentacions superficials
Geometria
Pressió actuant
Fonamentacions superficials
** LBVpvv
Plànol de suport
Accions i excentricitatsd’una fonamentació superficial
Punt de pas de la resultant
Punt de pas de la resultant
Ample equivalent: B*= B-2eB
Longitud equivalent: L*= L-2eL
Seguretat davant l'enfonsament. Mètodes de càlcul
1. Segons l’experiència local2. A partir d'assajos de camp3. A partir de mètodes analítics
Fonamentacions superficials
Seguretat davant l'enfonsament. Mètodes de càlcul
La ROM indica el procediment més adequat per a verificar l'enfonsament en funció de la importància de l'obra i del tipus de sòl.
La resta de normes no diu res sobre aquest tema.
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons l'experiència local
Podem comprovar a fons una fonamentació basant-nos enl'experiència local. Compte!!!!Cal recopilar l'experiència corresponent i demostrar
fefaentment que tal experiència és similar al cas consideratLa recopilació d'experiències prèvies haurà d'incloure dades
d'identificació i estat del terreny, humitat natural, resistència,deformabilitat i permeabilitat conegudes, i també laconfiguració geomètrica dels materials amb la descripció dela distribució espacial i la posició del NFLa GCOC i la ROM limiten l'aplicació d'aquest mètode a
fonamentacions amb càrregues d’una inclinació inferior atg ≤ 0.2 (aprox. 11º) i 10% (aprox. 6º) respectivament
Fonamentacions superficials
Pressió admissible en arenes segons assajos de campGCOC
N60 = valor de càlcul de l'índex SPTfB=factor de correcció per l'amplefD=factor de correcció per la profunditatfL=factor de correcció per la forma de la fonamentació
Fonamentacions superficials
Pressió admissible en arenes segons assajos de campGCOCN60 = valor de càlcul de l'índex SPT. S'obté corregint l’SPT de camp (N<50):
Si hi ha dades de rendiment energètic:
On és el rendiment de l'equip de clavament (percentatge d'energiade percussió que es transmet al mostrejador).El valor de N60 s’ha de mitjanar per a una profunditat 1.5B* sota elplànol de suport.
Fonamentacions superficials
Pressió admissible en arenes segons assajos de campROM-05
Per a <B 1.3 m
Per a B≥1.3 m
NOTA: D ≤ B* i B < 5 m
El valor de Ncorregit s’ha de mitjanar per a una profunditat 1.5B* sota el plànol de suport; B* és l'ample equivalent = B-2eB
Fonamentacions superficials
Pressió admissible en arenes segons assajos de campROM-05 i GCOCCal fer correccions per la presència de nivell freàtic o gradients:
-Si el nivell freàtic (en repòs) està pròxim o per damunt del plànol de fonamentació Expressions anteriors-Si es preveu l'existència d'un flux vertical que genere un gradient iv Pv adm = β Pv adm = 1-(ivw/’) Pv adm = 1-(ivw/(sat-w)) Pv adm (β≤1 GCOC)-Si el nivell freàtic estiguera sempre a més profunditat del plànol de fonamentacióPv adm = Pv adm = (1+0.6(h/B*)) Pv adm .On h és la profunditat del nivell freàtic sota el plànol de fonamentació i ≤ 2 ROM o ≤ 1.8 GCOC.
Fonamentacions superficials
Pressió admissible en arenes segons assajos de campCTEPv adm = 12NSPT(1+D/(3B*))(St/25) kN/m2 per a<B 1.2 m
Pv adm = 8NSPT(1+D/(3B*))((B*+0.3)/B*)2(St/25) kN/m2 per aB ≥1.2 m
St=Assentament admissible: normalment 25 mm (sabates)
NOTA: B < 5 m i (1+D/(3B*))≤1.3
El valor de Ncorregit s’ha de mitjanar per a una profunditat 0.5B* per damunt del plànol de suport i 2B* sota aquest plànol.
Fonamentacions superficials
Fonamentacions superficials en roca
GCOC-Si qu<1Mpa o RQD<10% o Molt meteoritzada ≥ Grau IVCal treballar amb les fórmules corresponents a sòls -Si qu>1Mpa, RQD>10% i Poc meteoritzada < Grau IV
Fonamentacions superficials
<5 Mpa
Fonamentacions superficials en roca
GCOC
Fonamentacions superficials
1
Fonamentacions superficials en roca
GCOC
Fonamentacions superficials
2
Grau de meteorització en la zona d'influència de la
sabata (1.5 B*)
Fonamentacions superficials en roca
GCOC
Fonamentacions superficials
3
RQD i s en la zona d'influència de la sabata (1.5 B*)
N
B*1.5B*
s
Fonamentacions superficials en roca
CTE-Si qu<2.5Mpa o RQD<25% o Molt meteoritzada ≥ Grau IVCal treballar amb les fórmules corresponents a sòls-Si qu>2.5Mpa, RQD>25% i Poc meteoritzada < Grau IV
Fonamentacions superficials
Fonamentacions superficials en rocaROM
-Si s<10 cm o RQD<10% o Molt meteortizada ≥ Grau IV Cal treballaramb les fórmules corresponents a sòls-Si s>10 cm, RQD>10% i Poc meteoritzada < Grau IV
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricGCOC
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricGCOC
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricROM
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricROM
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricCTE
Fonamentacions superficials
No els preveu
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaGCOCEn sòl granular
Si no hi ha correlacions locals:
Fonamentacions superficials
En general
En sòl cohesiuCal calibrar Nk, calcular su i aplicar-hi fórmula Brinch-Hansen (mètode analític):
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaGCOC
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaROMIndica que aquest assaig sol realitzar-se en sòls tous en elsquals no s'empren fonamentacions directes. No obstantaixò, proposa la formulació següent:
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaROM
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaCTE
No els preveu
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de placa de càrregaGCOC/ROMLes dues normatives preveuen aquesta metodologia.Afirmen que no és molt habitual.La recomanen especialment quan les dimensions de l'assaig de camp s'assemblen a les de la fonamentació real
Fonamentacions superficials
Placa de 0.305 m2
Terzaghi i Peck
1. Per a S = 2.5 cm determinem S1 conegut l'ample de la fonamentació
2. De la corba pressió‐deformació interpolem el valor corresponent a S13. La pressió obtinguda és h
Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de placa de càrregaCTE
No els preveu
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEMorfologia teòrica del trencament
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTE
Morfologia teòrica del trencament
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenCTEFórmula de Brinch-Hansen
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenParàmetres de càlcul de curt termini
GCOC/ROM/CTE
Nq= 1Nc= π+2=5,14
Nγ= 0
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen (sense drenatge i amb drenatge)
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen (3r terme)
Si hw> 1,5 B* γ= γapCondicions hidrostàtiques
(GCOC, ROM)
Flux ascendent
Curt termini Nγ= 0 γ irrellevant
Fonamentacions superficials
′ ′∗
′
(CTE)′∗
′
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenComparativa entre normatives (Per a Φ càlcul > 0)
Fonamentacions superficials
GCOC CTE ROMNc
Nq
N (rugosa)
dc
dq
d
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenComparativa entre normatives (Per a Φ càlcul > 0)
Fonamentacions superficials
GCOC CTE ROMsc
sq
stctqt
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenComparativa entre normatives (Per a Φ càlcul > 0)
Fonamentacions superficials
GCOC CTE ROMiciqirc -rq -r -
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen
q El terreny sobre el plànol de fonamentació col·laborafonamentalment i passivament amb el seu propi pes
Ha de garantir-se:• Permanència en el temps
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen
Factors d El terreny sobre el plànol de fonamentaciócol·labora també amb la seua resistència al tall, augmentant lalongitud de la línia de trencament per a provocar l'enfonsament
Ha de garantir-se:• Permanència en el temps, no terrenys inclinats i no pròxims avores de talussos• Resistència semblant (paràmetres c, Φ) al terreny que hi hasota el plànol de fonamentació
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen
Factors d
dq = dγ = 1
Fonamentacions superficials
Per a Φ càlcul = 0
GCOC/ROM/CTE
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROMFórmula de Brinch-Hansen
N Formulació per a fonamentacions convencionals, en lesquals es produeix una unió formigó-terreny que coarta lesdeformacions horitzontals.
En cas contrari N’ =0,5 N
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen
Consideració de la inclinació de les càrregues (factors i)Reducció important de la capacitat portant del terreny.
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen
Consideració de la inclinació de les càrregues (factors i)Per a Φ càlcul = 0
Fonamentacions superficials
GCOC
GCOC/ROM/CTE
GCOC/ROM/CTE
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen
Consideració de la forma de la fonamentació (factors s)
Per a fonamentacions corregudes (en faixa) sq = sc = sγ = 1
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC
Efecte de la proximitat de la fonamentació a un talús(factors t)
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenROM
Efecte de la proximitat de la fonamentació a un talús(factors t)
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTE
Efecte de la proximitat de la fonamentació a un talús (factors t)
Angle Ψ Estimació una vegada conegut L, però L= L(Ψ) Càlcul iteratiu
GCOC/ROM Per a Ψ > 30º Càlcul de l'estabilitat global,independentment de la resistència del terreny
CTE Per a angles d'inclinació del terreny > Φ’/2 Estudi del'estabilitat global
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC
Efecte de la proximitat de la fonamentació a un talús(factors t)
Fonamentacions superficials
Per a Φ càlcul = 0
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-Hansen GCOC/ROM
Efecte de la inclinació del plànol de suport (factors r)
Fonamentacions superficials
Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM
Efecte de la inclinació del plànol de suport (factors r)
GCOC No s’ha d’utilitzar aquesta aproximació per ainclinacions del plànol de suport superiors a 3H:1VROM No s’ha utilitzar aquesta aproximació per ainclinacions del fonament superiors al 10%
Fonamentacions superficials
Per a Φ càlcul = 0 (GCOC)
TERRENYS HETEROGENIS (GCOC)Si és possible el trencament teòric s'aplicarà la formulació de Brinch-Hansen considerant uns paràmetres equivalents:
On:
Fonamentacions superficials
TERRENYS HETEROGENIS
La profunditat H estarà compresa entre B* i 3B*, i s’agafarà com a valor de càlcul aquella que proporcione el menor angle de fricció
Si les diferències entre l'angle de fricció dels estrats és major de 15º no s'aplicarà aquesta metodologia
Fonamentacions superficials
TERRENYS HETEROGENIS (ROM)Si és possible el trencament teòric s’aplicarà la formulació de Brinch-
Hansen considerant uns paràmetres equivalents:
Això és vàlid quan: 2< 1
Fonamentacions superficials
Comprovació a enfonsament
v
hv
v
hv
pp
FS ,, Pressió d'enfonsament
Pressió actuant
Fonamentacions superficials
COEFICIENT DE SEGURETAT DE L'ENFONSAMENT (GCOC)
Una vegada conegudes les pressions verticals que actuen sobre el terreny i la pressió d'enfonsament es calcularà el factor de seguretat:
Que haurà de ser:
Fonamentacions superficials
COEFICIENT DE SEGURETAT DAVANT L'ENFONSAMENT (ROM)
Una vegada conegudes les pressions verticals que actuen sobre el terreny i la pressió d'enfonsament, es calcularà el factor de seguretat:
Que haurà de ser:
Fonamentacions superficials
COEFICIENT DE SEGURETAT DAVANT L'ENFONSAMENT (CTE)
Una vegada conegudes les pressions verticals que actuen sobre el terreny i la pressió d'enfonsament, es calcularà el factor de seguretat:
Resistència de càlcul del terreny
Compleix si: Pv < Rd
Fonamentacions superficials
COMPROVACIONSLes comprovacions d'enfonsament es duran a terme per a situacions de
llarg i curt termini.
• CURT TERMINI. Els sòls saturats (o quasi saturats) i poc permeables (k < 10–4 cm/s com a referència aproximada) experimenten un creixement de les pressions intersticials en carregar-los. S'entén que una situació és de «curt termini» quan el sòl, prèviament carregat, no ha dissipat les pressions intersticials generades per les càrregues.Es considerarà:
– Ø = 0º– c = su (obtingut d’un assaig triaxial UU, Vane Test, etc.)– q = D1 + ’ D2 (pes efectiu de les terres en l’entorn de la fonamentació)
Fonamentacions superficials
COMPROVACIONSLes comprovacions d'enfonsament es duran a terme per a situacions de
llarg i curt termini.
• LLARG TERMINI. Situació en la qual la pressions intersticials del terreny es troben en règim estacionari després d'haver dissipat els excessos de pressió induïts per modificacions tensionals prèvies.Aquesta comprovació s’ha de fer sempre.
– Ø = Ø’– c = c’ (obtingut d’un assaig triaxial CD, CU, tall directe )– q = = D1 + ’ D2 (pes efectiu de les terres al voltant de la fonamentació)
Fonamentacions superficials
PRESSIÓ VERTICAL BRUTAPer a la comprovació d'enfonsament hem de tenir en compte la pressió vertical
bruta :
On V és la càrrega vertical de la resultant de les accions en la base del fonament, inclòs el pes de la fonamentació i de tot allò que gravite lliurement sobre aquest (aigua, terreny, etc.)
Fonamentacions superficials
Assentaments
Stotal = Si + Sc + Ss
Càlcul d’assentaments de les fonamentacions
L’assentament total d'una fonamentació pot calcular‐se com:
Si: Assentament immediat, instantani o elàsticSc: Assentament de consolidació primàriaSs: Assentament de consolidació secundària, de reptació o creep o fluència.
Fonamentacions superficials
AssentamentsStotal = Si + Sc + Ss
temps
temps
Càrrega
Pressió intersticial (Δu)
Assentament
Δu=0
Si
Sc
Ss
Fonamentacions superficials
Assentament instantani, immediat o elàstic (Si):
• És un assentament elàstic.• En terrenys sorrencs compactes i rocosos la major part de l’assentament
correspon a aquest tipus.• En sòls saturats, s'assumeix que l’assentament es produeix sense canvi de
volum.• Té lloc de forma ràpida.
ASSENTAMENTS
Fonamentacions superficials
Assentament de consolidació primària (Sc):
• Es produeix per drenatge gradual de l'aigua retinguda en els porus dels sòls i reducció dels buits.
• Genera una reducció gradual de la pressió intersticial generada per l'aplicació de la sobrecàrrega.
• La velocitat de consolidació depèn de la permeabilitat de sòl.
ASSENTAMENTS
• Finalitza quan l'excés de pressió intersticial (Δu) torna a ser nul∙la.
• El procés pot durar des de segons o minuts fins a segles.
Fonamentacions superficials
Assentament de consolidació secundària (Ss):
• També anomenat de reptació, fluència lenta o creep.• Es produeix en alguns terrenys a pressió efectiva constant.• Es produeix per fluència viscosa entre partícules, reorientació i
trencament de grans de sòl.• Gran importància en sòls amb alts continguts en matèria orgànica.
ASSENTAMENTS
Fonamentacions superficials
Altres tipus d’assentaments - Causes
• Els assentaments no només es deuen a la consolidació derivada de l'efecte de la sobrecàrrega de l'estructura. Hi ha altres causes:– Assentaments per excavacions subterrànies (mineria, túnels, etc.)– Assentaments per erosió interna– Assentaments per descens de nivell freàtic– Assentaments per col·lapse– Assentaments per vibracions– Etc.
ASSENTAMENTS
Fonamentacions superficials
Mètodes de càlcul dels assentaments
• Teoria de consolidació unidimensional de Skempton-Bjerrum (1957)• Teoria de la consolidació tridimensional de Biot (1941)• Trajectòria de tensions de Lambe i Laddy Feole (1964)• Mètode elàstic• Mètode edomètric• Altres mètodes (Burland et al., De Beer i Martens, placa
d’assentament, mètode pressiomètric, etc.)
ASSENTAMENTS
Fonamentacions superficials
top related