cimentaciones

u p e r f i c i a l e s on la base de soportede estructuras y constituyen la interfaz a travs de la cual se transmiten las cargas al suelo.

tres factores

interaccin entre el suelo y la estructura, depende principalmente deLa

Naturaleza del suelo Forma y tamao de la cimentacin criterio de funcionamiento de la estructura

Generalmente la profundidad de cimentacin

(Df)

es menor cimentacin

o igual al ancho (B) de la

nivel de terreno

Df

b

Es importante que la cimentacin se apoye en suelos no sujetos a cambios fuertes de volumen por variaciones de la humedad para no generar asentamientos no previstos.

tipos de cimentaciones superficiales

zapatas aisladas

losa de cimentacin

zapatas corridas

MTODO DE DISEO Determinar la presin de hundimiento del terreno Obtencin de capacidad de carga del terreno con FS adecuado Reajustar dimensiones de la cimentacin Clculo de asientos esperables Modificar las dimensiones si los asientos no son admisibles

BASES de DISEO Poseer resistencia como elemento estructural Transmitir al terreno las cargas con asientos tolerables para la estructura. No afectarse por la agresividad del terreno Estar protegida ante variaciones del entorno No causar dao a estructuras vecinas

tipos de fallaEl hundimiento o falla de la cimentacin supone asientos o giros importantes pudiendo provocar vuelcos. Se puede diferenciar en tres tipos

Corte Local

Rotura general

Punzonamiento

a l

b

u (K g/cm2)

s (cms)

a Presin admisible = u /F.S. produce l Presin queveces =la )falla o corte local (muchas b se aprecia laprimera falta de linealidad en la curva.

l

carga (los asentamientos b Capacidad de muy grandes y difciles de comienzan a ser calcular). general.

u Presin que produce la falla o corte

Rotura por corte generalGeneralmente falla la base de la zapata, y aflora al lado de la misma a cierta distancia. Se produce en arenas compactas (DR > 70%) o (DR > 75%) y arcillas medias bajo cargas rpidas.

B

Df = profundidad de empotramiento

III II

I

III II

Crculo si el suelo es =0 y S=1

Espiral logartmica si el suelo es cy

FALLA POR ROTURA LOCALEs una situacin intermedia , en que el terreno se se plastifica en los bordes y por debajo de la zapata sin que lleguen a formarse fallas en la superficie. Tpico en limos blandos y arenas medias a sueltas (40% < DR < 70%) o (55% < DR < 75%). Si el suelo est poco denso, zonas I y II anteriores se densifican.

zona plastificada

c*=2/3c

tg

*=2/3tg

FALLA POR punzonamientoLa cimentacin se hunde, cortando el terreno en la periferia con desplazamiento vertical afectando al terreno adyacente. Se presenta en materiales compresibles y poco resistentes o blandos.

planos de corte

Clasificacin Geotcnica

Suelo Tipo I

Roca

Suelo Tipo Ii Suelo Tipo Iii Suelo Tipo Iv

Suelo Firme Suelo Semi Compacto Suelo Blando

factor de seguridadRefleja la incertidumbre de las hiptesis asociadas a la determinacin de la capacidad de carga y tiende a limitar los asentamientos.

valores tipicos del fsestructuraMuros de contencin Excav acin tempor al Puentes Ferroviarios Carreteras Edificios Silos

fs 3 >2 4 3.5 2.5

estructuraGalpones Deptos, oficinas Industriales ligeros Pblicos cimentaciones gr ales Losas grales

fs 2.5 3 3.5 3.5 3 3

TERZAGHI EN CONDICIONES DRENADAS El suelo tiene comportamiento rgido-plstico ideal, por lo que no se consideran cambios volumtricos El suelo bajo la cimentacin se considera como un medio semi-infinito, homogneo e istropo La resistencia al corte del suelo se rige por el criterio de Mohr-Coulomb

= c + tg El estado de deformaciones es plano La falla de corte es general, en condiciones drenadas

Modelo de Terzaghi

b

Q ult/b Qs= *df df

IH 45-

II

/2 45+

/2

III II

I

III II

b/2 b

Q ult/b Qs= *df

IH 45-

II

H=b/2tg(45+

/2)=b/2

N

/2 45+ /2III

b/2 b

N

=(1+sen )/(1-sen) )2

H2 =(B/2 N

=B2/4N

Zona I : Cua que se mueve como cuerpo rgido con el cimiento hacia abajo Zona II : Deformacin tangencial radial Zona III : Zona de estado plstico pasivo de Rankine

TEORIAS DE CAPACIDAD DE CARGAQ ult/b q= *df

IT N

P

II

T

N

fuerza mxima en iip=1/2 H2 N p=1/8 B2

+q H N +2cH N N +q b/2 N +8CN s 2 s 3/2

(*)

fuerza mxima en ip=1/2 H2 1/N

+q

s

H 1/N

p=1/8 B2 +Qult/2*1/

-2cH *1/ N -cb

N

(**)

Igualando ( * ) con ( ** ) se obtieneQult/b=2c(N

1/2

+N

3/2

)+1/2 (b/2)(N1/2 3/2

5/2

-N

1/2

)+qsN

2

Si se define

+N ) N = 1/2(N -N ) Nq= N N= (1+sen)/(1-sen)Nc= 2(N5/2 1/2 2

La ltima expresin queda comoQ ult/b= q ult=c Nc+1/2

b N + q Nq

Q ult carga o peso mximo soportado por la zapata (ton) b c ancho de la zapata corrida (m) cohesin del suelo (T/m ) densidad del suelo (T/m 3 )2

q sobrecarga hasta el nivel Df del sello 2 de cimentacin (T/m ) Nq, Nc, N factores de capacidad de carga

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA PARA LA APLICACIN DE LA TEORA DE TERZAGHI.40 valores de

Nq 30 20 10 0 Nc N

60 50 40 30 20

10

0

20 40 60 80

valores de Nc y Nq

5.70 1.OO

valores de N

Factores de capacidad de carga teniendo en cuenta la falla local (Peck, Hansen,Thornburn)

factores de capacidad de carga N y Nq

muy suelta suelta

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

media

0 10 20 30 40 50

N Nc

Nq

60 70 80

28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 angulo de friccin interna,

(grados)

penetracin estandarN (golpes/30cm)

muy compacta compacta

Terzaghi desarroll su teora para zapatas continuas y extendi los resultados a zapatas cuadradas, circulares Y rectangulares

Zapatas RECTANGULARES

Q ult= 1.3cNc +qsNq+0.4bZapatas CIRCULARES

N

Q ult= 1.3cNc +qsNq+0.6D N Zapatas CUADRADAS

Q ult= 1.3cNc +qsNq+0.5D N

qs= (df)

Vesic (1970) propuso a partir de la relacin general de Terzaghi los factores de forma indicados:

FACTOR DE CORRECCINForma de la zapata CORRIDA RECTANGULAR CIRCULAR O CUADRADA

Sc1 1 + (B/L) (Nq/Nc) 1 + (Nq/Nc)

Sq1 1 + (B/L) tg 1 + tg

S1

1 - 0,4 (B/L) 0.6

TERZAGHI EN CONDICIONES NO DRENADAS Caso de carga rpida en suelos finos saturados de baja permeabilidad. La resistencia al corte del suelo queda determinada por la resistencia al corte no drenada qu qu puede ser determinada en muestras inalteradas saturadas a travs de ensayos de compresin no confinada o ensayos triaxiales no drenados

SI

=0 ---> N

=0

Nq = 1

Nc = 4 o 5,71

DE DONDE SE OBTIENE q ult = 2 qu + Df

CONDICIONES DRENADAS Meyerhof - Terzaghi y Peck (1948)

ad= N8SN S ad= 12

,(B4PIES) B+1 B2

( ) ,(B>pies) ad= N12S ;(placas)N ad= 2.5 WKd;(B4) + ad= N (B B 1 ) WKd;(B 62

Kd dependen de kd 1+d/b 2.0

4)

S asiento admisible B ancho cimiento

SKEMPTON (1951)sugiri que Nc es un valor relacionado con Forma de la zapata Profundidad del sello de cimentacin y no independiente del valor B, como lo dedujo Terzaghi Los valores de Nc segn Skempton se obtienen de

Nc=5.4(1+0.2b/l) + (1+ 0.053 Df/B) de donde se obtiene Df / B > 4,0 Para B/L = 0 Para B/L = 1 (zapata corrida) Nc > 7 ,5 Nc > 9,0

(zapata cuadrada o circular)

MODELO DE MEYERHOF (1951) Supone que la masa involucrada en la falla se encuentra en equilibrio plstico La superficie de falla corresponde a una espiral logartmica que compromete al suelo del sello de cimentacin El ngulo de la base de la cua resulta igual a 45 + f /2 Incluye factores de correccin por forma, carga inclinada y excentricidad.

MODELO DE HANSEN (1961) Retuvo la formulacin bsica de Terzaghi Introdujo factores de correccin por forma, profundidad e inclinacin del sello de cimentacin, inclinacin del terreno y de la carga.

Cargas ExcntricasFACTORES DE INCLINACION iq = 1 ic = iq H V+ cB`cotg 1 - iq Nq-1 i =iq2 V B CARGA DIMENSION de ZAPATA

FACTORES DE EMPOTRAMIENTO 0.3 dc = 1+ (B/D)+0.6/1+7tg 7 dc-1 Nq-1

y x ey

dq = dc -

d =1.0

L ex

tomar dq=dc si >25 dq = 1 si

=0

b

MEYERHOF(1953) PROPUSO LA SIGUIENTE EXPRESIN PARA ZAPATAS CORRIDAS, CUANDO LAS CARGAS ESTN INCLINADAS Y/O TIENEN UNA EXCENTRICIDAD RESPECTO AL CENTROIDE DE LA ZAPATA.

2e qult= 1- B

(

)(

a 1- 90

)

2

qs Nq+1/2 bN

(

2e 1- B

)(2

1-

a

)

2

e a

Cargas Excntricas Zapatas cuadradas o Rectangularestres casos 6e/b1 Tensiones de traccin Distribucin triangular mx = Q/BL 4B/(3(B-2e)) e/r 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 k 2.00 2.20 2.43 2.70 3.10 3.55 4.22

Mx=2Q/BL Min=0

mx=Q(1+6 /b)/bl min=Q(1-6 /b)/ble e

M=Q

e

e/r 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.90

k 4.92 5.90 7.20 9.20 13.00 80.00

Cargas Excntricas Zapatas circulares

Mr = radio zapatae

qe

r /4

mx=Q/ r (1+4 /r) mn=Q/ r (1-4 /r) mx=k Q/r2

e

2

k=f (excentricidad)

DF

mn

mx

NAFsi Zw