capacidad portante en suelos estratificados con afectacion por sismo
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Geotecnia 2014-02 1
Resumen. Uno de los factores de riesgo que pueden llegar a afectar a una estructura es el sismo, el cual siempre está latente y en algunas zonas la probabilidad de ocurrencia es mucho mayor, La capacidad portante esta generalmente calculada a partir de
.
Palabras clave- Capacidad Por tante, sismo, Aceleración sísmica, Cimiento superf icial
I. I NTRODUCCION 1
NO de los factores de riesgo que pueden llegar a afectar a una estructura es el sismo, el cual siempre está
latente y en algunas zonas la probabilidad de ocurrencia es mucho mayor, La capacidad portante esta generalmente calculada a partir de propiedades del tipo de suelo y en algunos casos en diferentes estratos de suelo y la estructura que se vaya a utilizar, en el caso de este documento se
presentan las consideraciones que se deben tener en la capacidad portante en cimientos superficiales afectados por sismo o teniendo en cuenta el factor de riesgo sísmico. Generalmente el desarrollo de un proyecto de obra civil se hace de manera aislada por parte del proceso geotécnico y el desarrollo de la superestructura [1]. dentro del contexto de diseño sísmico de acuerdo a los principios de capacidad
portante generalmente el daño a las cimentaciones es excluido, esto implica que la capacidad no lineal del sistema debido a sismos está implícita solo en el cálculo de la superestructura [2], en este documento se presentan varios casos para el desarrollo de la capacidad portante teniendo en cuenta factores sísmicos y las ecuaciones y variables que gobiernan este estado de cargas.
A. CAPACIDAD DE CARGA AFECTADA POR SISMO
Esta teoría fue publicada por Richards y otros en 1993 y aún no ha sido confirmada experimentalmente, las capacidades de carga últimas para cimentaciones corridas en suelo granular son:
Condiciones Estáticas:
Kh = coeficiente de aceleración horizontal por sismo Kv = coeficiente de aceleración vertical por sismo
El valor de se usa para modificar el angulo de inclinación de un talud al sumárselo (β*=β+).
Capacidad Portante En Cimientos Superficiales En Condiciones Sísmicas
Bocanegra Julián, Ruiz Diego, Sáenz Nelson, Torres David. Universidad Nacional de Colombia
U
Geotecnia 2014-02 2
Para cargas estáticas la falla por capacidad de carga puede provocar un movimiento repentino considerable hacia debajo de la cimentacion[3].
Coeficientes de aceleración sísimica (Guatemala)
Ilustración 1
Ilustración 3, Factores de Capacidad de Carga
modificados por Sismo
Con el fin de resaltar los mecanismos que gobiernan la respuesta dinámica de un sistema de cimentación- superestructura, el evento sísmico puede ser dividido en distintas fases, no necesariamente posteriores.[2]
Ilustración 4, Esquema de la interacción sísmica, suelo-
superestructura
La primera fase representada en la primera flecha de la ilustración 4 es el movimiento proveniente de la base rocosa, el cual se propaga a través del estrato del suelo, la
propagación está influenciada principalmente por el perfil estratigráfico y la topografía local, algunas veces cuando las ondas de sismo atraviesan el estrato y llegan a areniscas se
Por Aproximamiento Pseudo Estático
Para este método se asume un suelo homogéneo, isotrópico c=ø, el suelo se asume rígido, perfectamente plástico, satisfaciendo el criterio de falla de mohr-coulomb, también se plantea que el efecto de un sismo no afecta los
parámetros del suelo, tales como la cohesión, el ángulo de fricción ø, y el peso unitario del suelo, las aceleraciones sísmicas se tomaran como aceleración vertical (Kv) y aceleración Horizontal (Kh).
Considerando una cimentación superficial, de base AD, empotrada de forma horizontal, Df es la profundidad de empotramiento y B es el ancho de la base de la cimentación con una relación Df/B≤ 1 , L es la longitud de la cimentación y L>>B, α1 y α2 son los ángulos de la cuña elástica ADE, en el caso estático α1= α2= α, pero para el caso sísmico α1> α2, de acuerdo con la dirección horizontal de la aceleración sísmica como se muestra en la siguiente figura, el ángulo central de la cuña ADE se denota con , en la figura las fuerzas que actúan en la cimentación son denotadas como KhqudB y (1-K v)W1, en donde qud es la capacidad portante ultima sísmica de la cimentación, por debajo del suelo las fuerzas actuando dentro de la zona de falla son K hW1 y (1-K v) para la zona I, KhW2 and (1- Kv)W2 para la zona II y KhW3 and (1-Kv)W3 para la zona III, donde W1, W2 y W3 son los pesos de las zonas I, II and III, respectivamente[4]. Las sobrecargas actuando en el nivel de la cimentación son KhcDf y (1-Kv)Df. En la figura 2ª, O es el foco de la espiral OEF. el ángulo
central de la cuña está dado por:
En donde es el ángulo central de la espiral OEF
Ilustración 5
(
)
(
)
Geotecnia 2014-02 4
Caso 1: c ≠ 0, =q=0 Caso 2: q ≠ 0, =c=0 Caso 3: ≠ 0, c=q=0
Considerando el equilibrio de fuerzas horizontales figura 2 (b) se tiene que:
a partir del equilibrio de fuerzas verticales se tiene que:
II. CONCLUSIONES
El estudio de las fuerzas sísmicas tiene que realizarse en conjunto tanto como con el diseño de la superestructura como con el diseño de la cimentación.
Para el cálculo de la capacidad portante sísmica es necesario tener los valores de las aceleraciones verticales y horizontales de la zona en donde se realiza el estudio.
Si se tiene en cuenta en la capacidad portante los factores de corrección por sismo, se debe tener una mejor respuesta de la estructura ante las solicitaciones normales como para las solicitaciones por sismo
La capacidad portante sísmica debe ser evaluada experimentalmente para que su empleo sea más confiable
REFERENCIAS
[1] U. of A. Pender, Michael(Department of Civil & Environmental Engineering, “SEISMIC DESIGN AND PERFORMANCE OF SURFACE FOUNDATIONS,” Geotech. ,Geological Earthq.
Eng., vol. 6, p. 27, 2007.
[2] C. di Prisco and F. Pisanò, “Seismic response of rigid shallow footings,” Eur. J. Environ. Civ. Eng., vol. 15, no. sup1, pp. 185 – 221, Jan. 2011.
[3] J. Nij Patzán, “GUÍA PRACTICA PARA EL CALCULO DE CAPACIDAD DE CARGA EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES, LOSAS DE CIMENTACIÓN, PILOTES Y PILAS PERFORADAS,” Universidad de Sán Carlos de Guatemala, 2009.
[4] D. Choudhury and K. S. Subba Rao, “Seismic bearing capacity of shallow strip footings,” Geotech. Geol. Eng., vol. 23, no. 4,
pp. 403 – 418, Aug. 2005.
[5] Das M. Braja. “Principios de Ingeniería de Cimentaciones.” México: Thompson Editores, 1999 Capitulo 3
[6] “Determinación de la fórmula de capacidad portante de Terzaghi” (http://es.scribd.com/doc/53379763/DETERMINACION-DE-LA -FORMULA-DE-CAPACIDAD-PORTANTE-DE-TERZAGHI)
Resumen. Uno de los factores de riesgo que pueden llegar a afectar a una estructura es el sismo, el cual siempre está latente y en algunas zonas la probabilidad de ocurrencia es mucho mayor, La capacidad portante esta generalmente calculada a partir de
.
Palabras clave- Capacidad Por tante, sismo, Aceleración sísmica, Cimiento superf icial
I. I NTRODUCCION 1
NO de los factores de riesgo que pueden llegar a afectar a una estructura es el sismo, el cual siempre está
latente y en algunas zonas la probabilidad de ocurrencia es mucho mayor, La capacidad portante esta generalmente calculada a partir de propiedades del tipo de suelo y en algunos casos en diferentes estratos de suelo y la estructura que se vaya a utilizar, en el caso de este documento se
presentan las consideraciones que se deben tener en la capacidad portante en cimientos superficiales afectados por sismo o teniendo en cuenta el factor de riesgo sísmico. Generalmente el desarrollo de un proyecto de obra civil se hace de manera aislada por parte del proceso geotécnico y el desarrollo de la superestructura [1]. dentro del contexto de diseño sísmico de acuerdo a los principios de capacidad
portante generalmente el daño a las cimentaciones es excluido, esto implica que la capacidad no lineal del sistema debido a sismos está implícita solo en el cálculo de la superestructura [2], en este documento se presentan varios casos para el desarrollo de la capacidad portante teniendo en cuenta factores sísmicos y las ecuaciones y variables que gobiernan este estado de cargas.
A. CAPACIDAD DE CARGA AFECTADA POR SISMO
Esta teoría fue publicada por Richards y otros en 1993 y aún no ha sido confirmada experimentalmente, las capacidades de carga últimas para cimentaciones corridas en suelo granular son:
Condiciones Estáticas:
Kh = coeficiente de aceleración horizontal por sismo Kv = coeficiente de aceleración vertical por sismo
El valor de se usa para modificar el angulo de inclinación de un talud al sumárselo (β*=β+).
Capacidad Portante En Cimientos Superficiales En Condiciones Sísmicas
Bocanegra Julián, Ruiz Diego, Sáenz Nelson, Torres David. Universidad Nacional de Colombia
U
Geotecnia 2014-02 2
Para cargas estáticas la falla por capacidad de carga puede provocar un movimiento repentino considerable hacia debajo de la cimentacion[3].
Coeficientes de aceleración sísimica (Guatemala)
Ilustración 1
Ilustración 3, Factores de Capacidad de Carga
modificados por Sismo
Con el fin de resaltar los mecanismos que gobiernan la respuesta dinámica de un sistema de cimentación- superestructura, el evento sísmico puede ser dividido en distintas fases, no necesariamente posteriores.[2]
Ilustración 4, Esquema de la interacción sísmica, suelo-
superestructura
La primera fase representada en la primera flecha de la ilustración 4 es el movimiento proveniente de la base rocosa, el cual se propaga a través del estrato del suelo, la
propagación está influenciada principalmente por el perfil estratigráfico y la topografía local, algunas veces cuando las ondas de sismo atraviesan el estrato y llegan a areniscas se
Por Aproximamiento Pseudo Estático
Para este método se asume un suelo homogéneo, isotrópico c=ø, el suelo se asume rígido, perfectamente plástico, satisfaciendo el criterio de falla de mohr-coulomb, también se plantea que el efecto de un sismo no afecta los
parámetros del suelo, tales como la cohesión, el ángulo de fricción ø, y el peso unitario del suelo, las aceleraciones sísmicas se tomaran como aceleración vertical (Kv) y aceleración Horizontal (Kh).
Considerando una cimentación superficial, de base AD, empotrada de forma horizontal, Df es la profundidad de empotramiento y B es el ancho de la base de la cimentación con una relación Df/B≤ 1 , L es la longitud de la cimentación y L>>B, α1 y α2 son los ángulos de la cuña elástica ADE, en el caso estático α1= α2= α, pero para el caso sísmico α1> α2, de acuerdo con la dirección horizontal de la aceleración sísmica como se muestra en la siguiente figura, el ángulo central de la cuña ADE se denota con , en la figura las fuerzas que actúan en la cimentación son denotadas como KhqudB y (1-K v)W1, en donde qud es la capacidad portante ultima sísmica de la cimentación, por debajo del suelo las fuerzas actuando dentro de la zona de falla son K hW1 y (1-K v) para la zona I, KhW2 and (1- Kv)W2 para la zona II y KhW3 and (1-Kv)W3 para la zona III, donde W1, W2 y W3 son los pesos de las zonas I, II and III, respectivamente[4]. Las sobrecargas actuando en el nivel de la cimentación son KhcDf y (1-Kv)Df. En la figura 2ª, O es el foco de la espiral OEF. el ángulo
central de la cuña está dado por:
En donde es el ángulo central de la espiral OEF
Ilustración 5
(
)
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Geotecnia 2014-02 4
Caso 1: c ≠ 0, =q=0 Caso 2: q ≠ 0, =c=0 Caso 3: ≠ 0, c=q=0
Considerando el equilibrio de fuerzas horizontales figura 2 (b) se tiene que:
a partir del equilibrio de fuerzas verticales se tiene que:
II. CONCLUSIONES
El estudio de las fuerzas sísmicas tiene que realizarse en conjunto tanto como con el diseño de la superestructura como con el diseño de la cimentación.
Para el cálculo de la capacidad portante sísmica es necesario tener los valores de las aceleraciones verticales y horizontales de la zona en donde se realiza el estudio.
Si se tiene en cuenta en la capacidad portante los factores de corrección por sismo, se debe tener una mejor respuesta de la estructura ante las solicitaciones normales como para las solicitaciones por sismo
La capacidad portante sísmica debe ser evaluada experimentalmente para que su empleo sea más confiable
REFERENCIAS
[1] U. of A. Pender, Michael(Department of Civil & Environmental Engineering, “SEISMIC DESIGN AND PERFORMANCE OF SURFACE FOUNDATIONS,” Geotech. ,Geological Earthq.
Eng., vol. 6, p. 27, 2007.
[2] C. di Prisco and F. Pisanò, “Seismic response of rigid shallow footings,” Eur. J. Environ. Civ. Eng., vol. 15, no. sup1, pp. 185 – 221, Jan. 2011.
[3] J. Nij Patzán, “GUÍA PRACTICA PARA EL CALCULO DE CAPACIDAD DE CARGA EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES, LOSAS DE CIMENTACIÓN, PILOTES Y PILAS PERFORADAS,” Universidad de Sán Carlos de Guatemala, 2009.
[4] D. Choudhury and K. S. Subba Rao, “Seismic bearing capacity of shallow strip footings,” Geotech. Geol. Eng., vol. 23, no. 4,
pp. 403 – 418, Aug. 2005.
[5] Das M. Braja. “Principios de Ingeniería de Cimentaciones.” México: Thompson Editores, 1999 Capitulo 3
[6] “Determinación de la fórmula de capacidad portante de Terzaghi” (http://es.scribd.com/doc/53379763/DETERMINACION-DE-LA -FORMULA-DE-CAPACIDAD-PORTANTE-DE-TERZAGHI)