influencia de la propiedades del suelo
TRANSCRIPT
1
INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO,
EN EL DISEÑO DE CIMENTACIONES
Ing. William Rodríguez Serquén
Se debe considerar el aspecto constructivo en el diseño de cimentaciones. Hay problemas éticos, legales y de calidad profesional del diseñador, cuando ocurre un accidente o falla en la obra. Por ello, es necesario conocer la responsabilidad del diseñador y del constructor, o del diseñador estructural respecto a los demás profesionales (sanitarios, mecánico-eléctricos).
EL PROCESO CONSTRUCTIVO
Construcción por tramos de cimentación de Hotel “Camgo”
2
Se diseña cúpula y arco contínuos,y la construcciónes por tramos.
Concha Acústica de Lambayeque
Construcción de Concha Acústica de Lambayeque
3
Es peligroso excavar sin soportes. A veces la edificación vecina es de ladrillo o adobe, y su nivel de cimentación es más alto que la nueva cimentación. Si falla la edificación vecina, ¿la responsabilidad es del constructor, del diseñador o del que hizo el estudio de suelos?
Falla debido a excavación de 4 m de profundidad, para construcción deIglesia del Movimiento Misionero Mundial
La presencia de manto acuoso en una edificación con sótano, obliga a colocar obras de drenaje.
LA NAPA FREATICA
Construcción del Poder Judicial de Lambayeque
4
Hay que colocar tubos de drenaje debajo de lacimentación,impermeabilizantes en el concreto de platea y muros de contención, water-stop en la unión platea-muro, pintura y tarrajeo con impermeabilizantes, ycementos hidráulicos.Hay que reformular la colocación de lasInstalaciones eléctricas.
DRENAJE
Sede Central de las Fiscalías del Distrito Judicial de Lambayeque
Cimentación de la Sede central de las fiscalías del Distrito judicialde Lambayeque.
5
CAPACIDAD PORTANTE
Equipo de corte directo del Laboratorio de suelos de la UNPRG
Paras determinar la capacidad portante, comúnmente se utiliza la teoría de Terzaghi, que requiere del Ensayo de corte directo. También se usa el equipo de Penetración Estándar (SPT).
Hincado con equipo de SPT en el Malecón Tarapacá en Iquitos.Al fondo el rio Amazonas.
6
El estudio de suelos, determina la capacidad portante a la profundidad Df. A esa profundidad, el suelo soporta cargas producidas por el peso propio del relleno (γ*Df), y la sobrecarga de piso (Sc. piso, suele usarse 500 kg/m2).
EL ESFUERZO NETO
* ._ _neto admisible fq q D Sobrec de pisoγ= − −
EL ASENTAMIENTODEL SUELO
Varias estructuras han tenido problemas de agrietamientos, debido al daño producido por el hundimiento de la cimentación, cuando ésta ha sido construida sobre un suelo blando y compresible.
Falla en edificación de Talara
7
Cuando colocamos apoyos fijos o empotramientos de los pórticos, estamos asumiendo que estos no se van a desplazar, ni hundir. Estas hipótesis no son válidas si es que el suelo y las zapatas se hunden. Se produce fallas en toda la edificación, que se manifiesta por agrietamientos en muchos ambientes de la misma.
Desprendimiento de cerámico de losa aligeradapor asentamiento de obra pública en Lambayeque
Los asentamientos máximos permitidos, limitan los esfuerzos actuantes sobre el suelo.
Con El Método de Schmertmann se determina la Curva de Campo, a partir de la Curva de Consolidación del laboratorio.
Asentamiento del pilar del puenteCascajal, durante el fenómeno de“El Niño”.
8
Hay que realizar el ensayo de consolidación, de donde se determina el Indice de compresión de la Curva de campocompresiblidad (Cc), y la relación de vacíos inicial (e).
Consolidómetro del Laboratorio de suelos de la UNPRG
ENSAYO DE CONSOLIDACION
HISTORIA DEL ASENTAMIENTO
9
Se considera como potencia activa (H), el espesor de suelo por debajo de nivel de solera que al ser comprimido por las presiones que el cimiento transmite, éstas generan deformaciones o desplazamientos apreciables desde el punto de vista práctico en la base de los cimientos. Se toma como potencia activa aquella profundidad donde se cumple que el esfuerzo vertical vale σ = 0.1 q. Para zapatas cuadradas, esta potencia activa vale H =1.5B a 2B, siendo B el ancho de zapata.
POTENCIA ACTIVA
LIMITACIONES DE ASENTAMIENTOSSowers (1962) es el más estricto, y si existe probabilidad de asentamiento no uniforme, recomienda los asentamientos máximos:
10
Carlos Crespo:
M. J. Tomlinson:
COMPRESIBILIDAD DEL SUELO
Falla del puente Motupe por asentamiento de pilar duranteFenómenp de “El Niño”
11
LA EXPANSIBILIDADDEL SUELO
Hay que realizar el ensayo de Expansión libre y el ensayo de Presión de expansión,para determinarLa fuerza expansiva.
Equipo de expansión libre del Laboratorio de suelos de la UNPRG
Fallas en Hospital de Chachapoyas1985.
LA EXPANSIBILIDADDEL SUELO
Los investigadores Holtzy Gibbs en su libro “Propiedades de ingeniería de las arcillas expansivas”, clasifica el Potencial de expansión según el valor del Indice plástico (IP)
12
Holtz y Gibbs:
Fallas en Hospital de Chachapoyas1985.
Kassiff, Liben y Wiseman, han encontrado la relación entre el IP y el probable levantamiento de arcillas Compactadas.
Fallas en interior del Hospital de Chachapoyas1985.
13
Hospital de Chachapoyas
En la ciudad de Iquitos, en el suelo subyacente al Malecón Tarapacáque colinda con el río Amazonas, la fuerza expansivahacia arriba, determinada en laboratorio es de 5.00 kg/cm2.
LA EXPANSIBILIDADDEL SUELO
14
Según la tabla 19A-A-4 del California Building Code(Código de edificaciones de California):
CONTENIDO DE SALES
AGENTES AGRESIVOS
Estos comprenden el contenido de sales totales, cloruros ySulfatos.
Considerar lo siguiente:
Sales totales =Sulfatos
+ Cloruros + otras sales
Muro en el puerto de Pimentel, Lambayeque.
15
Estos fenómenos son los terremotos, lluvias extraordinarias, huracanes, erupciones volcánicas, y sus respectivos efectos secundarios tal como tsunamis, licuación de suelos, asentamientos diferenciales, inundaciones, etc., son eventos naturales de inevitable ocurrencia.Los principales peligros que amenazan a la zona nor-oeste del Perú, están relacionados con la presencia del Fenómeno del Niño, presentándose fuertes precipitaciones pluviales que originan severas inundaciones.
Efecto del fenómeno de “El Niño”,en Mocce, Lambayeque.
CONSIDERAR LOS DESASTRES NATURALES
MOCCE
16
MAPA GEOTECNICO DE LAMBAYEQUE – ZONA DE MOCCE
17
MAPA DE PELIGROS DE LAMBAYEQUE- ZONA NORTE
PELIGRO MUY ALTO
PELIGRO ALTO
PELIGRO ALTO
PELIGRO MUY ALTO
CONSIDERAR EL SISMO
El Perú está ubicado en el cinturón circumpacífico, donde existe la mayor actividad sísmica del mundo (80%) .
18
LA LICUACION
Un suelo arenoso totalmente saturado se licua, cuando la resistencia al esfuerzo cortante entre sus partículas disminuye a tal grado que la mezcla agua-suelo se comporta como un semilíquido o líquido.
Licuación en Niigata, Japón. Tomada del libro“Desastres Naturales”, del Ing. Julio Kuroiwa
19
ZAPATAS CONECTADAS
Se colocan vigas de conexión para evitar los desplazamientos horizontales, soportar los momentos de las columnas (especialmente por sismo), disminuir el efecto de los asentamientos diferenciales y, para soportar los momentos debido a la excentricidad de la carga de la columna y la reacción del suelo que se produce en las zapatas de borde.
Acero en zapata conectada
La colocación de vigas de atado es obligatorio en estructuras construidas en zonas sísmicas, según el Eurocódigo 8: Proyecto de estructurassismorresistentes.Además deben colocarse en ambas direcciones formando una retícula.
Cimentación de edificación con vigas deConexión.
20
MODELO TRIDIMENSIONAL
El modelo estructural tridimensional, es de alta hiperestaticidad. Se muestra el diagrama de esfuerzos máximos, en un plano horizontal que pasa por el lecho superior de la viga de conexión, donde se observa la zona de esfuerzos máximos, cerca y la derecha de la columna izquierda en la zapata excéntrica; a la altura correspondiente al lecho superior de la viga de conexión, considerando una distribución uniforme de reacción del suelo.
Esfuerzos en zapata conectada
Distribución de esfuerzos máximos, que se producen en un plano vertical, que pasa por los ejes de las columnas; donde se observan los esfuerzos en toda la profundidad de las zapatas, considerando una distribución uniforme de reacción del suelo
MODELO TRIDIMENSIONAL
Esfuerzos en zapata conectada
21
EL DISEÑO
Un modelo estructural simple, de zapatas conectadas, se muestra en el esquema siguiente, donde P1y P2 son las cargas actuantes, R1 y R2, son las reacciones del suelo, s1 es el ancho de columna, L es la separación entre cargas, y xes la distancia al punto de momento máximo. El diagrama de Momentos determina la colocaciónde concreto y acero.
LOS REGLAMENTOS
-Building CodeRequirements for StructuralConcrete, que publica el American Concrete Institute(ACI), especialmente la Norma ACI318. Americano.
-California Building Code. (Código de California)
-Eurocódigo 2. España
-British standar, BS8110 97. Inglaterra.
-Chinese 2002.
-Indian IS 456-2000
-Italian DM 14-2-92
-Reglamento Nacional de Edificaciones. Peruano.
22
REGLAMENTOS
23
EDIFICACION MODELO PARA DISEÑO DE CIMENTACIONES
6∅1”30x653.44x3.441.78x4.0766∅3/4”30x602.87x2.871.49x3.3755∅5/8”25x502.30x2.301.19x2.6744∅1/2”25x401.73x1.730.89x1.98336∅3/4”30x552.83x2.831.40x3.2265∅5/8”25x502.36x2.361.21x2.6753∅5/8”25x401.90x1.900.97x2.1242∅1/2”25x351.43x1.430.73x1.57325∅1/2”30x502.02x2.021.03x2.1964∅1/2”25x351.69x1.690.86x1.8252∅1/2”25x301.35x1.350.69x1.4442∅1/2”25x301.02x1.020.51x1.0731
Assuperior
Sección bxh
( cm2)
B2 x T2(m2)
B1x T1(m2)
L(m)
Npisos
q neto = 0.85 kg/cm2
DISEÑOS
24
6∅1”30x753.28x3.281.70x3.846
4∅1”30x602.74x2.741.41x3.185
6∅5/8”25x502.20x2.201.13x2.534
4∅1/2”25x451.65x1.650.85x1.8734
5∅1”30x652.86x2.861.47x3.266
5∅3/4”25x552.39x2.391.22x2.705
4∅5/8”25x501.91x1.910.98x2.144
3∅1/2”25x401.44x1.440.73x1.5833
5∅3/4”30x552.35x2.351.20x2.596
4∅5/8”25x501.96x1.961.00x2.155
4∅1/2”25x351.57x1.570.80x1.714
2∅1/2”25x301.18x1.180.60x1.2632
4∅1/2”30x451.68x1.680.85x1.786
3∅1/2”25x351.40x1.400.71x1.475
2∅1/2”25x301.12x1.120.57x1.174
2∅1/2”25x300.84x0.840.42x0.8731
Assuperio
r
Secciónbxh
(cm2)
B2x T2(m2)
B1x T1(m2)
L(m)
Npisos
q neto = 1.25 kg/cm2
6∅1”30x802.92x2.921.50x3.336
5∅1”30x602.43x2.431.25x2.765
4∅3/4”25x551.95x1.951.00x2.194
3∅5/8”25x401.47x1.470.75x1.6235
5∅1”30x702.62x2.621.34x2.946
6∅3/4”30x602.19x2.191.12x2.445
5∅5/8”25x451.75x1.750.89x1.934
4∅1/2”25x351.32x1.320.67x1.4334
6∅3/4”30x652.28x2.281.16x2.506
5∅5/8”25x551.90x1.900.97x2.005
4∅5/8”25x401.52x1.520.77x1.654
3∅1/2”25x301.15x1.150.58x1.2233
5∅5/8”30x551.87x1.870.95x2.016
4∅5/8”25x401.56x1.560.79x1.665
4∅1/2”25x301.25x1.250.63x1.324
2∅1/2”25x250.94x0.940.47x0.9832
4∅1/2”30x351.33x1.330.67x1.386
2∅1/2”25x301.11x1.110.56x1.155
2∅1/2”25x300.89x0.890.45x0.914
2∅1/2”25x250 .67x0.670.34x0.6731
Assuperior
Secciónbxh
(cm2)
B2 x T2(m2)
B1x T1(m2)
L(m)
Npisos
q neto = 2.00 kg/cm2
25
Son muy comunes los agrietamientos de las casas vecinas, cuando se hace una excavación, que son de ladrillo, adobe o muy antiguas.
DAÑOS DEBIDO A EXCAVACIONES
En suelos cohesivos y granulares, la altura crítica Hc, de una excavación vertical, o sea la profundidad del talud hasta la cual se sostiene por sísolo, sin necesidad de soporte lateral vale:
c = cohesión, ∅ = ángulo de fricción interna γ = peso específico de masa del suelo.Hay que dividir Hc entre un factor de seguridad
F
E
W
00
0
phiN
T
FUERZAS EN EL MURO
Superf. de fallaSuperf. teórica de faH
X
φφ
γ sensencHc
−+
=112
26
Dos obreros murieron por derrumbe de excavación de zanja de desagüe, el 26 de Setiembre del 2006, en Cayalti. El suelo era arenoso y la excavación era de 3m de profundidad. Tomado del diario “La Industria” de Chiclayo.
M.J. Tomlinson en su libro “Cimentaciones. Diseño y Construcción”, recomienda:
“proporcionar algún tipo de soporte, no importando las condiciones del suelo, siempre que la zanja tenga la profundidad suficiente para que su colapso pueda ocasionar muerte o daños a los trabajadores. Esto significa soporte para las zanjas de más de 1.2 m”
LA INSPECCIÓN DE LOS PROYECTOS DISEÑADOS
Es importante inspeccionar la construcción de los proyectos diseñados, aún cuando no estemos contratados para ello, para detectar posibles fallas en la colocación de armaduras, mejorar el proyecto, subsanar alguna omisión en el diseño o en la construcción, o para rectificar algún error de diseño. Platea de cimentación de Iglesia del Movimi
Misionero Mundial. Lambayeque.
27
Todo proyecto es perfectible y el diseñador tiene autoridad, para detener una construcción, o cambiar las secciones y armaduras de los elementos estructurales, hasta antes del vaciado del concreto de la estructura. La función del diseñador estructural y de cimentaciones, no termina con la entrega de planos.
Aceros en cimentación de Iglesia del MovimientoMisionero Mundial.