cimentaciones compensadas

VALDIVIESO MNDEZ DAVID IRVIN. INGENIERIA CIVIL. INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA.

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CIMENTACIONES COMPENSADAS

1. INTRODUCCIN.

1.1. CIMENTACIONES.

La cimentacin puede definirse en general como el conjunto de elementos de cualquier edificacin cuya misin es transmitir al terreno que la soporta las acciones procedentes de la estructura.

Su diseo depender por tanto no solo de las caractersticas del edificio sino tambin de la naturaleza del terreno.

La importancia del conocimiento de los caracteres propios del suelo se pone de manifiesto desde el momento de la propia ejecucin de la obra por su influencia sobre la seguridad de los trabajadores en la realizacin de excavaciones y movimientos de tierras as como en la de los elementos auxiliares de la construccin: cimbras, encofrados, pozos y zanjas de cimentacin lneas enterradas, etc.

Una cimentacin inadecuada para el tipo de terreno, mal diseada o calculada se traduce en la posibilidad de que tanto el propio edificio como las fincas colindantes sufran asientos diferenciales con el consiguiente deterioro de los mismos pudiendo llegar incluso al colapso.

1.2. CIMENTACIN EN LOSAS. La cimentacin por losa se emplea como un caso extremo de los anteriores cuando la

superficie ocupada por las zapatas o por el emparrillado represente un porcentaje elevado de la superficie total. La losa puede ser maciza, aligerada o disponer de refuerzos especiales para mejorar la resistencia a punzonamiento bajo los soportes individualmente (denominados pedestales si estn sobre la losa y refuerzos si estn bajo ella) o por lneas (nervaduras).

En particular, tambin cabe emplear este tipo de cimentaciones cuando se disean

cimentaciones compensadas. En ellas el diseo de la edificacin incluye la existencia de stanos de forma que el peso de las tierras excavadas equivale aproximadamente al peso total del edificio; la losa distribuye uniformemente las tensiones en toda la superficie y en este caso los asientos que se esperan son reducidos. Si el edificio se distribuye en varias zonas de distinta altura deber preverse la distribucin proporcional de los stanos as como juntas estructurales.

1.3. CIMENTACIN COMPENSADA.

Cuando el edificio vaya a disponer de stanos y se vaya a cimentar por medio de losa, es posible que el peso de las tierras excavadas sea semejante al peso total del edificio. En ese caso, la presin unitaria neta que transmitir la losa al terreno ser del mismo orden de magnitud que la presin efectiva preexistente, y los asientos sern probablemente de pequea entidad. Esta situacin particular se denomina cimentacin compensada.


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2. CIMENTACIONES COMPENSADAS.

2.1. CARACTERSTICAS DE LAS CIMENTACIONES COMPENSADAS.

Con las cimentaciones compensadas se busca reducir el incremento neto de carga aplicado al subsuelo mediante excavaciones del terreno y uso de un cajn desplantado a cierta profundidad. Segn que el incremento neto de carga aplicado al suelo en la base del cajn resulte positivo, nulo o negativo, la cimentacin se denomina parcialmente compensada, compensada o sobrecompensada, respectivamente.

Para el clculo del incremento de carga transmitido por este tipo de cimentacin y la revisin de los estados lmite de servicio, el peso de la estructura a considerar ser: la suma de la carga muerta, incluyendo el peso de la subestructura, ms la carga viva con intensidad media, menos el peso total del suelo excavado. Esta combinacin ser afectada por un factor de carga unitario. El clculo anterior deber realizarse con precisin tomando en cuenta que los asentamientos son muy sensibles a pequeos incrementos de la carga neta. Adems, en esta evaluacin, debern tomarse en cuenta los cambios posibles de materiales de construccin, de solucin arquitectnica o de usos de la construccin susceptibles de modificar significativamente en el futuro dicha carga neta. Cuando la incertidumbre al respecto sea alta, la cimentacin compensada deber considerarse como poco confiable y deber aplicarse un factor de carga mayor que la unidad,


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cuidando al mismo tiempo que no pueda presentarse una sobrecompensacin excesiva, o adoptarse otro sistema de cimentacin.

La porcin de las celdas del cajn de cimentacin que est por debajo del nivel fretico y que no constituya un espacio funcionalmente til, deber considerarse como llena de agua y el peso de esta deber sumarse al de la subestructura, a menos que dicho espacio se rellene con material ligero no saturable que garantice la permanencia del efecto de flotacin.

En resmen, para realizar una cimentacin compensada, se debe:

Disponer de un nmero variable de stanos proporcional al nmero de plantas a construir por encima de la superficie del terreno.

Usar juntas estructurales entre las diferentes zonas del edificio, haciendo que el centro de gravedad de la estructura en cada zona coincida con el centro de gravedad de las losas, de forma que se reduzca cualquier tendencia al giro

Analizar los asientos inducidos sobre las construcciones colindantes

2.1.1. Estados lmite de falla

La estabilidad de las cimentaciones compensadas se verificar como lo seala la seccin 3.3.1. Se comprobar adems que no pueda ocurrir flotacin de la cimentacin durante ni despus de la construccin. De ser necesario, se lastrar la construccin o se instalarn vlvulas de alivio o dispositivos semejantes que garanticen que no se pueda producir la flotacin. En la revisin por flotacin, se considerar una posicin conservadora del nivel fretico.

Se prestar especial atencin a la revisin de la posibilidad de falla local o generalizada del suelo bajo la combinacin de carga que incluya el sismo.

2.1.2. Estados lmite de servicio

Para este tipo de cimentacin se calcularn:

a) Los movimientos instantneos debidos a la carga total transmitida al suelo por la cimentacin, incluyendo los debidos a la recarga del suelo descargado por la excavacin.


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b) Las deformaciones transitorias y permanentes del suelo de cimentacin bajo la segunda combinacin de acciones. Se tomar en cuenta las deformaciones permanentes tienden a ser crticas para cimentaciones con escaso margen de seguridad contra falla local o general y que los suelos arcillosos tienden a presentar deformaciones permanentes significativas cuando bajo la combinacin carga estticacarga ssmica cclica se alcanza un esfuerzo cortante que represente un porcentaje superior al 90 por ciento de su resistencia esttica nodrenada.

c) Los movimientos diferidos debidos al incremento o decremento neto de carga en el contacto cimentacin suelo.

Los movimientos instantneos y los debidos a sismo se calcularn en la forma indicada en la seccin 3.3.2. El clculo de los movimientos diferidos se llevar a cabo en la forma indicada en dicho inciso tomando en cuenta, adems, la interaccin con el hundimiento regional. Se tomar en cuenta que las cimentaciones sobre compensadas en la zona lacustre tienden a presentar una emersin aparente mucho mayor y ms prolongada en el tiempo que la atribuible a las deformaciones elsticas y a los cambios volumtricos inducidos por la descarga. Lo anterior es consecuencia de la interaccin entre la descarga y el hundimiento regional cuya velocidad disminuye localmente al encontrarse el suelo preconsolidado por efecto de la descarga. En la zona III y en presencia de consolidacin regional la sobrecompensacin no ser superior a 10 kPa (1 t/m) a menos que se demuestre que un valor mayor no dar lugar a una emersin inaceptable ni a daos a construcciones vecinas o servicios pblicos.

En el diseo y construccin de estas cimentaciones deber tenerse presente que los resultados obtenidos dependern en gran medida de la tcnica empleada en la realizacin de la excavacin (Captulo 5).

2.1.3. Presiones sobre muros exteriores de la subestructura

En los muros de retencin perimetrales se considerarn empujes horizontales a largo plazo no inferiores a los del agua y del suelo en estado de reposo, adicionando los debidos a sobrecargas en la superficie del terreno y a cimientos vecinos. La presin horizontal efectiva transmitida por el terreno en estado de reposo se considerar por lo menos igual a 50 por ciento de la presin vertical efectiva actuante a la misma profundidad, salvo para rellenos compactados contra muros, caso en el que se considerar por lo menos 70 por ciento de la presin vertical. Las presiones horizontales atribuibles a sobrecargas podrn estimarse por medio de la teora de la elasticidad. En caso de que el diseo considere absorber fuerzas horizontales por contacto lateral entre subestructura y suelo, la resistencia del suelo considerada no deber ser superior al empuje pasivo afectado de un factor de resistencia de 0.35, siempre que el suelo circundante est constituido por materiales naturales o por rellenos bien compactados. Los muros perimetrales y elementos estructurales que transmiten dicho empuje debern disearse expresamente para esa solicitacin.

Se tomarn medidas para que, entre las cimentaciones de estructuras contiguas no se desarrolle friccin que pueda daar a alguna de las dos como consecuencia de posibles movimientos relativos.


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2.2. TIPOS DE COMPENSACIN

Cimentacin compensada al 100 %

o Donde Wsuelo= Westructura

Cimentacin compensada parcialmente.

o Wsuelo excavado < Westructura

Cimentacin sobrecompensada.

o Wsuelo excavado > Westructura

2.3. TIPO DE SUELO

De mediana y alta compresibilidad, y baja capacidad de carga.

En el diseo, el suelo debe considerarse como una fase lquida y slida. Por lo que, la

compensacin se hace teniendo en cuenta dos efectos:

Sustitucin de peso sumergido del slido.

Efecto de flotacin debido al lquido desalojado.

Ambos efectos son utilizados para igualar el peso total del edificio. Se disea como una

losa de cimentacin por lo que los asentamientos son controlados.

3. DISEO DE CIMENTACIONES COMPENSADAS.

3.1. CARGA NETA EN CIMENTACIONES COMPENSADAS


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3.2. ASENTAMIENTO DE UNA LOSA COMPENSADA

El asentamiento de una losa de cimentacin se reduce decreciendo el incremento de

presin neta sobre el suelo, lo que se hace aumentando la profundidad de empotramiento,

Df. Este aumento es particularmente importante para losas sobre arcillas blandas, donde

grandes asentamientos por consolidacin son de esperarse. De la ecuacin (5.16), la presin

aplicada neta promedio sobre el suelo es


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Para no tener incremento de la presin neta del suelo sobre un suelo bajo una cimentacin

compensada, q debe ser cero. Entonces

Esta relacin para Df se denomina usualmente la profundidad de una cimentacin

totalmente compensada.

El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga para cimentaciones parcialmente

compensadas (es decir, Df < Q/A) se expresa como

Para arcillas saturadas, el factor de seguridad contra falla por capacidad de carga se obtiene

sustituyendo la ecuacin (5.10) en la ecuacin (5.22):


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4. EJERCICIOS DE EJEMPLO.

Peso del edifico = 32,000 ton

Carga viva (personas, muebles, etc.) = 5,000 ton

37,000 ton

Peso del terreno excavado = 29,000 ton

Carga neta sobre la arcilla = 8,000 ton

Si se hubiera construido este edificio con su carga total de 37,000 ton sobre la superficie

del terreno, se habra producido un asentamiento de aprox 0.30 m debido a la consolidacin

del terreno blando superior y habra daado la estructura.

La solucin es cimentar el edificio en una excavacin abierta en el terreno. El peso del

terreno excavado fue de 29,000 ton, de forma que la carga neta aplicada por el edificio al

terreno fue de slo 8,000 ton. Por este sistema el asentamiento estimado del edificio fue de

5-8 cm, valor que puede tolerarse.

Este mtodo de reducir la carga neta eliminando parte del terreno se denomina

compensacin de cargas o flotacin. Cuando la carga del edificio se compensa en parte por

el terreno excavado, la tcnica se denomina de flotacin parcial; cuando se compensa

totalmente el peso se habla de flotacin total.


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cimentaciones compensadas

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