apuntes de escuela cimentaciones superficiales

Tema IV: Cimentaciones Superficiales 1

Asignatura: GEOTECNIA Y CIMIENTOS I

Bloque II: GEOTECNOLOGA

TEMATEMA 4: 4:

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

E.T.S.I. CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

DPTO. INGENIERA DEL TERRENO

BIBLIOGRAFA: Cuestiones de Geotecnia y Cimientos. Francisco A. Izquierdo Silvestre. Ed. UPV.

Curso aplicado de cimentaciones.Jos M Rodrguez Ortiz et alt. COAM. ( 1995)

Geotecnia y Cimientos II.Prof. Jimnez Salas et alt. Editorial Rueda.

Ingeniera geolgica.Lus I. Gonzlez de Vallejo. Ed. Pearson. Prentice Hall.( 2004)

Curso prctico de mecnica de suelos.J. Costet y G. Sanglerat. Ed. Omega ( 1975).

Cimentaciones.W. E. Schultze. Ed. Blume ( 1970)

Foundation Engeineering Handbook.Hans F. WinterkornHsai Yang Fang. Ed. Van Nostrand Reinhold Company

TEMA 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES

4.1. CONCEPTOS PREVIOS

4.2. HUNDIMIENTO DE UNA CIMENTACIN SUPERFICIAL. MECANISMOS DE ROTURA.

4.3. CLCULO DE CARGA DE HUNDIMIENTO.

4.4. ASIENTOS. TIPOS Y CLCULO. ASIENTO ADMISIBLE.


4.1. CONCEPTOS PREVIOS.

Cimentacin es la parte de la estructura encargada de transmitir las cargas de sta al terreno de forma compatible con ambos.

Clases de cimentacin:

Superficiales: D 5BTipos: zapatas ( aisladas, corridaso combinadas) y losas de

cimentacin

Semiprofundas: 5B D 8BTipos: pozos de cimentacin y

pozos indios.

Profundas: D 8BTipos: pilotes, Muros pantalla,Pantallas de tablestacas, etc.. Siendo:

D: profundidad del plano de cimentacin.B: lado menor de la cimentacin.







Pilote flotante Pilote columna

Clasificacin de las cimentaciones profundas:







Condiciones que ha de cumplir de una cimentacin ( diseo ):

A. ha de transmitir al terreno las cargas sin romperlo, sin superar la resistencia de corte de ste ( seguridad frente al hundimiento y al deslizamiento).

B. la deformacin que produce en el terreno ha de ser compatible con la que la estructura puede aguantar ( limitacin de asientos).

C. ha de poseer suficiente resistencia como elemento estructural.

D. la cimentacin ha de estar ubicada en una capa:

a) No sujeta a variaciones estacionales de las caractersticas del suelo o de sus propiedades: oscilacin del nivel fretico, heladas, hinchamiento del suelo, agresin suelos con sulfatos, etc..

b) Que no se vea afectada por la erosin o la socavacin por efecto del agua, del flujo de agua o de aire.

c) Que no sea afectada por los usos del suelo: excavaciones, medianeras, sobrecargas no consideradas, etc...







Cimentaciones Superficiales:

Definicin: S/ Rodrguez Ortiz:...elemento que transmite las cargas al terreno a travs de superficies de apoyo considerablemente ms grandes que su canto o dimensin vertical. ( .....). El nivel de apoyo suele ser reducido ( 3 m) en el caso de zapatas pero puede ser importante en el caso delosas ( por ejem. cimentacin de edificio con varias plantas de stano). Por ello, el concepto superficial se refiere ms a su extensin en planta que a la cota de apoyo.







Se llama presin admisible ( o de trabajo) a la mxima carga ( presin transmitida neta) que puede transmitirse desde la estructura sin que provoque el hundimiento de la cimentacin ( contando con un coeficiente de seguridad) o asientos incompatibles con el uso de la estructura.

qq admadm = min = min {{ q q admadm htohto , , qqadmadm astoasto }}

La presiLa presin admisible no es n admisible no es una propiedad intruna propiedad intrnseca del nseca del terreno.terreno.







Proceso de diseo de un cimentacin superficial:

1.- Determinacin de la carga de hundimiento del terrenocarga de hundimiento del terreno ( para unas dimensiones de cimentacin aproximadas): qh2.- Determinacin de la carga de hundimiento netacarga de hundimiento neta:

qhn = qh - qocon qo= tensin total vertical del terreno en el plano de cimentacin.

3.- Obtencin de la presipresin de trabajo o admisiblen de trabajo o admisible, qadm. introduciendo coeficientes de seguridad ( normalmente F 3 ).4.- Comparacin con la carga transmitida neta carga transmitida neta ( qtn < qadm ).

siendo: qtn = qt - qo con qt= carga transmitida por la estructura

5.- Reajuste de las dimensiones de la cimentacin, si procede.

6.- Clculo de los asientos esperablesasientos esperables, scal.

7.- Modificacin de las dimensiones si los asientosasientos no son

admisiblesadmisibles ( scal < sadm ).







Carga admisible en funcin de los resultados de ensayos in situ ( SPT, penetrmetro esttico,..)

En suelos granulares: las cargas de hundimiento suele ser muy elevadas pero los asientos pueden ser no admisibles.

Presin admisible: se calcula en funcin de la carga que produce un asiento igual al admisible. Los parmetros se suelen fijar a partir de ensayos realizados in situ ( SPT, penetraciones estticas, etc..)

9 Peck, Hanson y Thornburn( 1974) propusieron para el clculo de la carga admisible de zapatas cuadradas o rectngulares en arenas las siguientes expresiones en funcin del SPT:

qqaa ( ( kgkg/cm/cm22) ) = 0,105 NB = 0,105 NB para B

Con:

N*: valor corregido de los valores N medidos in situ:

N*=N.CN.Cw

CN: coeficiente que normaliza el golpeo N al nivel de las tensiones in situ:

CN= 0,77 log (20,9/)= presin efectiva en kg/cm2 existente a la profundidad del ensayo.Cw: coeficiente corrector por efecto de nivel fretico no detectado en el momento de realizar el ensayo.

( )BDDDC ww +

++= 5,05,0







4.2 .Hundimiento de una cimentacin superficial. Mecanismos de rotura.

Segn la estructura y el tipo de terreno ( compresibilidad) : tres tipos de rotura posibles:

Rotura generalRotura generalRotura por Rotura por punzonamientopunzonamientoRotura localRotura local

La aplicacin de una carga QLa aplicacin de una carga Q a travs de la cimentacin induce deformacionesinduce deformaciones en el terreno movilizando su movilizando su resistencia a corte.resistencia a corte.

El hundimiento de la cimentacinhundimiento de la cimentacin se produce cuando se se supera la mxima resistencia a cortesupera la mxima resistencia a corte, definiendo unas superficies de rotura.







Rotura de tipo generalRotura de tipo general

Superficie de rotura continua, bien definida (Arranca en la base de la zapata y aflora a un lado de la misma, a una cierta distancia).

En teora: rotura simtrica. En la realidad: pequeos desequilibrios o irregularidades hacen que el fallo se manifieste de modo asimtrico, con giros ms o menos importantes .

Puede dar lugar a un fallo repentino y catastrfico.

Tipo de rotura tpico de los suelos de baja compresibilidad, arenas muy densas y de las arcillas blandas a medias saturadas en condiciones de carga rpida, sin drenaje.







Rotura por Rotura por punzonamientopunzonamiento

-La cimentacin se hunde poco a poco cortando el terreno. Difcil de observar, la rotura no es catastrfica, no se producen levantamientos laterales ni giros.

-Desplazamiento aprox. vertical, afecta poco al terreno adyacente, las superficies de deslizamiento estn bien definidas nicamente bajo la cimentacin.

- Se da en materiales muy compresibles y poco resistentes(turbas, arenas muy sueltas, arcillas parcialmente saturadas y arcillas n.c. en condiciones de drenaje) o en zapatas sobre capas delgadas apoyadas en estratos blandos.







Rotura de tipo localRotura de tipo local

- Situacin intermedia entre rotura general y rotura por punzonamiento.

- Es tpica de suelos de compresibilidad media ( algunas arcillas y limos blandos y de arenas medias a flojas).







4.3.- Clculo de la carga de hundimiento

El hundimiento de una cimentacin se produce cuando la presin transmitida supera la resistencia a corte del terreno.

DETERMINACIDETERMINACIN TEN TERICA DE LA PRESIRICA DE LA PRESIN DE N DE HUNDIMIENTOHUNDIMIENTO ( ( qqhh).).

Teora de la Plasticidad

Mecanismo de rotura bidimensional.

Equilibrio entre fuerzas exteriores y las desarrolladas por el terreno.

a) SOLUCIN DE PRANDTL ( 1920). Hiptesis: Terreno sin peso. Zapata corrida Deformacin plana.

qh = qo Nq + c Nc







qh = qo Nq + c Nc

q0 : tensin total vertical a la profundidad del plano de cimentacin

Nq y Nc : factores de capacidad de carga ( son funcin de son funcin de )

+=24

2 tgeNq tg ( ) gNqNc cot1=







b) SOLUCIN DE TERZAGHI ( 1943).

Hiptesis: Terreno con peso especfico .

qh = c Nc + qo Nq + 0,5 B N

N 1,5 ( Nq - 1) tg

qh = c Nc sc.ic.dc+ q0 Nq sq.iq.dq + B N s .i .d

c) SOLUCIN DE BRINCH HANSEN ( 1970). Hiptesis: Zapata finita ( forma: cuadrada, rectangular, circular) Cargas inclinadas y/o excntricas. Efecto de la profundidad.

B= ancho eficaz de la cimentacin. B= B 2 eB







Para evaluar situaciones a largo plazo ( con drenaje): carga carga de hundimiento en efectivas:de hundimiento en efectivas:

qh = c Nc sc.ic.dc+ q0 Nq sq.iq.dq + * B N s .i .d







Valor de *:Valor de *:







CORRECCIN POR EFECTO DE LA FORMA DE LA CIMENTACIN: FACTORES DE FORMA:FACTORES DE FORMA:

1+(B/L) tg

1

1- 0,4 B/L

1- 0,4 B/L

0sc sq s

= 0 1+ 0,2 (B/L)

(Nq . sq 1) / ( Nq 1)

CORRECCIN POR EFECTO DE LA EXCENTRICIDAD E INCLINACIN DE LA CARGA: POR LA EXCENTRICIDAD DE LA CARGA:POR LA EXCENTRICIDAD DE LA CARGA:

Q

B

L

L

AREA EFECTIVA O EFICAZ:

A= B. LA= B. L

B= B- 2eBL= L- 2eLeB

eL

B

P

R







CORRECCIN POR EFECTO DE LA PROFUNDIDAD DE LA CIMENTACIN:

POR LA INCLINACIN DE LA CARGA: factores de inclinacinPOR LA INCLINACIN DE LA CARGA: factores de inclinacin

NOTA: Q= Q- U







Terreno estratificado:Terreno estratificado:

Sean T1 y T2 dos capas del terreno de diferentes caractersticas geotcnicas, siendo el estrato T1 ms resistente que el T2: qh1 > qh2

CASO ACASO A: terreno menos competente arriba

7,0>Bt

7,0

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