CAPITULO 4ASENTAMIENTO DE CIMENTACIONES. PRINCIPIOS GENERALES.

INTRODUCCION:

Es fundamental comprender que las condiciones del suelo son susceptibles de cambiar antes, durante y posteriormente a la construccin. La prediccin de estos cambios es la tarea ms difcil con la que se enfrentara el ingeniero. La mayora de los daos en las edificaciones, vinculadas a movimientos de la cimentacin se presentan cuando surgen condiciones imprevistas.

Es necesario predecir el asentamiento de la cimentacin bajo carga pudiendoa) calcular la magnitud de los asentamientos totales y diferenciales; b) Anticipar la velocidad de ocurrencia de estos.

CAUSAS DE ASENTAMIENTOS DE LAS CIMENTACIONES:

CARGAS ESTATICA Permanentes. Transitorias. DINAMICAS Vibracin Choque impacto. CAMBIOS EN LAS CARACTERISTICAS DEL SUELO DE CIMENTACION ACCION DEL FRIO INTENSO ACCION DEL CALOR CAMBIOS DE HUMEDAD DEL SUELO DESCENSO DEL NIVEL FREATICO (EQUIVALENTE A UN INCREMENTO DE CARGAS, GENERADO POR AUMENTO VOLUMETRICO DEL SUELO.) CAUSAS ACCIDENTALES VARIAS COLAPSO O DEFORMACION DE MINAS, CAVERNAS Y CONDUCTOS SUBTERRANEAO ESOSIONSUBTERRANEA PRODUCIDA POR EL AGUA DERRUMBES Y DESLIZAMIENTOS PLASTICOS (EROSION GELOGICA DE LA MASA).

La respuesta del suelo como asentamiento, a la accin de las cargas, depende de la naturaleza, intensidad y duracin de la aplicacin de las cargas, as mismo, depende de las caractersticas del suelo tales como su cohesin, friccin interna y grado de compacidad.

ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES: El asentamiento diferencial o relativo entre distintas partes de la estructura es de mayor trascendencia para la estabilidad de esta que la magnitud del asentamiento total. Si la totalidad del rea de cimentacin de una estructura se asienta en una misma magnitud, no presenta efectos nocivos para la estructura. Pero si ocurren movimientos relativos entre diferentes partes de la fundacin, se originan sobre esfuerzos en la estructura. Si los movimientos diferenciales son excesivos, se pueden presentar severos agrietamientos y aun el colapso de la estructura.

Causas de los asentamientos diferenciales:

En la siguiente tabla se resumen varias causas de estos asentamientos diferenciales.

Ejemplos de causas de asentamientos diferenciales:

En las siguientes grficas, se muestran esquemas de algunas condiciones y se indican la posible configuracin del asentamiento y el efecto sobre la estructura.

Caso a) Se puede esperar que los asentamientos varen en dependiendo del espesor de la arcilla bajo la cimentacin. El edificio deber cimentarse en su totalidad sobre el manto firme, o disponer de una junta vertical completa, aliviadora de esfuerzos

Esquema (b) y (c) Ac el suelo compresible producir una depresin acentuada hacia el centro, acompaada de una posible grieta. En este tipo de disposicin no es aconsejable realizar edificaciones grandes, ser lo ms aconsejable sea soportada sobre el manto firma.

Esquema (d): El asentamiento de la CB de la estructura hace deseable disponer de una junta en DC o soportar la seccin CB desde el manto firme.

Esquema (e): la seccin G producir un menor asentamiento debido a la interaccin de la arena gruesa en E. En el extremo CB se producir un asentamiento mayor generando una grieta en D. Si se descarta una cimentacin profunda, se puede optar por: (1) Mover la estructura a la izquierda para que la seccin E proporcione mayor solidez. (2) Se hace necesario crear las zapatas ms grandes para aumentar el rea de soporte sobre las arcillas (3). Dividir la estructura en varias secciones mediante juntas en sitios determinados, se les debe disear para que no presente desplazamientos verticales.

Esquema f, g, h: Estas condiciones son favorables a la ocurrencia de ladeamientos de la estructura. En (f) La cimentacin deber llevarse hasta el manto firme. En (g) ser aconsejable usar pilotes lo suficientemente profundos para minimizar o eliminar el efecto que produce el espesor variable de material compresible. En (h) se debern usar pilotes que atraviesen el manto arcilloso, que sus bases queden en la capa inferior de grava o arena, o desplazar el edificio para que resulte cimentado sobre arcilla de espesor uniforme.

Esquemas j, k y l: En estos esquemas se ilustran casos en los que las presiones de cimentacin bajo las torres son mayores que debajo del resto. Esto no es recomendable cuando el edificio se cimiento sobre suelo plstico, ser necesario cambiar el diseo o cimentar en estratos ms firmes.

MECANISMOS GENERADORES DE ASENTAMINETOS.

La seleccin y diseo de las cimentaciones requiere identificar las causas y precisar los mecanismos o procesos generadores de asentamientos.

DESCRIPCION DE LOS MECANISMOS GENERADORES.

a) Cambio de forma o distorsin del suelo, que ocurre como respuesta casi inmediata a los cambios de esfuerzo introducidos por la cimentacin bajo carga, se denominan asentamientos inmediatos o de contacto.b) Disminucin del volumen, asociado a una reduccin del espacio de poros en la microestructura del suelo. Conocido tambin como asentamiento de consolidacin.c) Colapso o grandes desplazamientos del suelo, cuando se inician fallas por corte.d) Erosin o desplazamiento geolgico, se relaciona principalmente con la estabilidad geolgica natural del rea o del sitio.e) Deterioro del material de cimentacin, se manifiestan cuando agentes corrosivos contenidos en el suelo, deterioran la estructura de la cimentacin, puede llegar a provocar fallas completas de los elementos.f) Deterioro y degradacin, provocados por causas accidentales varias, que daan la microestructura del suelo como: perdida de componentes del suelo por arrastre, socavaciones, densificaciones producidas por vibracin.

CRITERIOS RELATIVOS AL CONTROL Y A LA PREDICCION DE ASENTAMIENTOS.

En los asentamientos vinculados los mecanismos erosivos o deteriorantes (d), (e), (f), pueden adquirir magnitudes catastrficas, y se consideran inadmisibles, su magnitud, distribucin y velocidad de ocurrencia son impredecibles. Estos asentamientos no guardan relacin con las cargas y presiones de cimentacin.

En asentamientos vinculados al tipo (c), tomando en cuenta la capacidad portante del suelo, se suelen evitar optando por valores ms altos de seguridad. En los asentamientos asociados a derrumbes geolgicos caso (d), se hace necesario a veces acudir a soluciones como estabilizacin de drenajes, elementos de contencin, amares, pernos de roca, etc.

En mantos arcillo-limosos blandos, principalmente asociados a depsitos aluviales, se utiliza la teora de la consolidacin, para predecir la magnitud del asentamiento, se pueden hacer pruebas de laboratorio para verificar su compresibilidad.

En mantos granulares gravo-arenosos homogneos de escasa cohesin. Para controlar el valor del asentamiento se necesita reducir la presin de cimentacin.

ASENTAMIENTOS DE FUNDACIONES DE PLACA CORRIDA Y DE LAS COMPENSADA.

La remocin de cierto espesor del terreno, necesaria para llegar a la profundidad de cimentacin, modifica el rgimen inicial de esfuerzos en el suelo y como consecuencia genera levantamiento del fondo de la excavacin. Se han identificado tres posibles mecanismos de levantamiento:a) Movimiento elstico debido a la remocin del suelo superyacente.b) Expansin del suelo en funcin del tiempo acompaado de un incremento del contenido de agua.c) Generacin de zonas plsticas en el suelo aledao con tendencia a generar movimientos hacia la excavacin.

Algunos mtodos usados para controlar el levantamiento del fondo son:

Excavacin y construccin controladas Depresin del nivel fretico Uso de pilotes de friccin Estabilizacin del suelo de cimentacin Rapidez de la construccin.

TRATAMIENTO DEL PROBLEMA.

Los asentamientos dependen de la distribucin de esfuerzos en el suelo producidos por la cimentacin, determinada por el tipo de suelo, la geometra del rea cargada, la rigidez relativa fundacin-suelo.

En suelos compactos o firmes la distribucin es esfuerzos, presenta contracciones pero suavidadas.

En suelos blandos la distribucin de esfuerzos puede considerarse plana.

Elementos encontrados en el suelo, pueden incidir en la distribucin de los asentamientos y condiciones de trabajo de la cimentacin. Bsicamente, el asentamiento diferencial de la superficie cubierta por la placa depende de las variaciones de compresibilidad del suelo.

En el presente caso, bastante complejo ya las reas son muy diferentes ya que cuenta con torres elevadas y alas bastante ms bajas. Aunque al cimentar sobre arcillas compresibles se compense la totalidad de la carga del edificio con peso de suelo removido por excavacin el problema persiste. Las anternativas para manejar este problema son las siguientes:

a) Estructura de cimentacin relativamente rgida (a). Se genera un efecto puente que suaviza las presiones acentuadas debajo de las zonas ms cargadas. Esta distribucin de esfuerzos, conjuntamente con las concentraciones de cargas, somete la estructura a momentos flectores muy grandes y por ende antieconmica.b) Estructura flexible de cimentacin (b). En este tipo, la reaccin del suelo sobre la placa es aproximadamente igual a la carga que se aplica a las mismas, los momentos flectores son relativamente pequeos. Se producirn asentamientos diferenciales de mayor magnitud en las reas menos cargadas, la utilizacin de juntas de construccin entre la torre y las alas mejorara ligeramente el problema. Sera necesario realizar un estudio de asentamientos para verificar si su valor ser permisible. Las posibles soluciones sern la colocacin de pilotes o generar stanos de diferentes profundidades entre la torre y las alas ms bajas.c) Proyectar stanos de diferentes alturas (c). Aunque es una solucin teorica buena, existen varios factores negativos: La incidencia negativa en el levantamiento del fondo y las subsiguientes re compresiones bajo carga. Excentricidad de la excavacin y otros efectos complejos de la interaccin suelo-estructura, de difcil prediccin.

ASPECTOS DE DISEO

Aunque el esfuerzo neto sea nulo debido a la utilizacin de compensacin total ser necesario determinar un valor promedio que se obtendr de dividir las cargas totales (peso total del edificio, sus cargas y el peso de la cimentacin) entre el valor del rea en planta de la cimentacin, esto bajo la hiptesis de la distribucin uniforme de esfuerzos de contacto.

Un principio fundamental debe ser que el punto de aplicacin de la resultante de las cargas coincide con el centro de gravedad del rea de contacto de la cimentacin. La evolucin del problema se ve representado en la figura siguiente:

Cuando se requiera dar formas complejas a las placas de cimentacin y usar juntas de construccin, los anlisis de suelos y estructura debern ser muy rigurosos.

Precisar los parmetros del suelo, en laboratorio e in situ Usar mtodos refinados de anlisis. Programar, instalar y operar sistemas confiables del comportamiento en la obra. Evitar acciones constructivas que alteren y modifique las condiciones iniciales del suelo.

Se seguirn estos criterios cuando se trate de cimentar partes diferentemente cargadas, si se necesitan juntas de construccin deber hacerse un estudio detallado de los efectos, con el objeto de comprobar asentamientos, giros.

ASENTAMIENTOS TOLERABLES DE LAS CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS.

Entendiendo el valor de asentamiento tolerable como el valor tolerable para la estructura, visualizar estos efectos, producidor por la distorsin angular. En una ponencia presentada por Burlan, Broms y de Mello (1977) detallan la necesidad de observar los siguientes criterios al considerar los lmites para el movimiento de una estructura. APARIENCIA. Podra ser visible si se presentan: desviaciones verticales mayor a 1/250 Rotacin de miembros horizontales mayor a 1/100 Deflexiones relativas mayores a 1/250 Agrietamiento en muros mayores a 5 mm

DESEMPEO O FUNCION. El agrietamiento de estructuras podr generar: Perdida de impermeabilidad Resistencia al fuego Capacidad de aislamiento trmico o sonoro Corrosin del acero de refuerzo. ESTABILIDAD: Las deflexiones y rotaciones relativas pueden llegar a ser crticas para la estabilidad cuando generan esfuerzos cortantes o momentos flectores excesivos para la capacidad estructural de los miembros una inclinacin excesiva puede llevar incluso al colapso total de la estructura.

CALCULO DE ASENTAMIENTO TOLERABLE:

En la figura se indica el significado de los parmetros usados para definir el asentamiento tolerable. Se destaca la diferencia entre el caso de una estructura que sufre asentamientos sin inclinacin y una que si los tiene. La distorsin angular se puede expresar como sigue.

En donde: es rotacin relativa es el asentamiento diferencia entre i y j es la distancia horizontal es la inclinacin

La tabla relaciona la categora de dao potencial con la distorsin angular.