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7/24/2019 VI cimentaciones.pdf

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INGENIERA DE CIMENTACIONES

ESFUERZOS INDUCIDOS-ASENTAMIENTOS

lvaro Orlando Pedroza RojasI.C UFPS, Esp. ESING, MSc SDSMT, CDI-G UNAL

[email protected]

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE

PAULA SANTANDER


2/53

DETERMINACIN DE LA DISTRIBUCIN DE ESFUERZOS EN SUELOSPROVOCADOS POR CARGAS


3/53

r

NE

NT

NEIN

Eje del nuevo cimiento


4/53

Pendiente 2:1o 1:1

Mtodo emprico_Talud 2:1

))(())(( zBzL

qLB

zBzL

Qz

x x

B

B

B=B+2X

2:1 = Z:X

X = Z/2

2

1

Z


5/53

z

NE

NEIN

qc

NT

=[0.05-0.10]qc

Zona activa H

H

H

H

H

H

H

cn

no

qH

H

1322

o

1

2

n

n-1


6/53

3

52

3

R

zPz

y

z

Z

Y

X

P

R

Z

r

222 yxr

222 zrR

SOLUCIN DE BOUSSINESQ PARA CARGA PUNTUAL APLICADA EN UN SEMIESPACIO ELSTICOMedios ideales _CHILE

25

25

2002z

22

3

5

3

2

2

1

1

2

3Pcon

)(2

3

2

3cos

2

3

zr

z

Pz

P

zr

zP

R

zP

z

P


7/53

4

32

R

zP

Esfuerzos debidos a una carga lineal Esfuerzos debidos a una carga enfaja indefinida

222 CosSenP


8/53

2222

22

2222

2222

1

12cos

1

122

4

1

nmnm

nmmnenoar

nmnm

nmnmmnI

Z

Bn

z

Lm

Esfuerzos verticales bajo la esquinade un rea rectangular cargadauniformemente

q

mz

nz

z

z


9/53

23

2

1

11

z

rqz

Tensiones verticales bajo el centro de un reacircular uniformemente cargada

Para puntos distintos del centro, utilizar baco con los siguientesdatos de entrada: [z/R, x/R]

x/R

z/R

0.9

0.7

0.8

0.6

1

0 2

2


10/53

Solucin de Fadum, 1941

Carga distribuida Carga lineal


11/53

q

mz

nz

z

z=Iq

B1

B2

L2L1

1 2

3 4

A

A=4+ 3+2+1


12/53

z

Banarradianes

z

B

anarz

BB

anarradianes

Hq

B

B

B

BBq

o

o

12

1211

2

2

121

2

21

cot][

cotcot

Esfuerzos inducidos por un terrapln


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Los perfiles de arcilla alternados con lentes delgados de sedimento granular

fino [arena o limo] exhiben restriccin a la deformacin horizontal. Casagrandeasocia este comportamiento de los materiales compresibles a la presencia delas lminas de arena o limo, las cuales actan como refuerzos del complejo.

SOLUCIN ELSTICA LINEAL DE WESTERGAARDMedios estratificados

blandaarcillalaparaPoissonderelacin:

)1(2

21

siendo

)(2 232222

K

zKyx

zK

Pz


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Soluciones para otras geometras de cimentaciones [Terzaghi (1943),Gray (1948)]

Cimiento continuoCimiento cuadradoCimiento circular

Proponen bacos basados en curvas isobricas Diagrama debulbo de presiones

La tensin se reduce para profundidades de 2 a 3 veces B.

Se aplica el principio de superposicin.


15/53


16/53


17/53

Solucin de Osterberg, 1957Carga trapecial infinita


18/53

Solucin de Newmark.1942

Escala: Se escala dicho

segmento con la profundidada la cual se desea conocer latensin vertical

Permite utilizar cualquiergeometra de rea cargada

S l i d B i t 1943 1945


19/53

Solucin de Burmister, 1943-1945


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Asentamientoinmediato

+ Asentamientoporconsolidacin

= Asentamientototal

Derivados del proceso de disipacinde presiones intersticiales originadospor accin de cargas relativamenteextensas.

Generados instantneamenteinmediatamente despus deconstruida y cargada la estructura[carga rpida y no infinitamenteextensa sobre el terreno]

ASENTAMIENTOS

Todos lossuelos, con

predominio ensuelos

granulares

Predominio ensuelos

cohesivos


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22/53

En suelos altamente permeables [gravas y arenas] y en los suelos parcialmentesaturados, el asentamiento dependiente de las cargas se genera casisimultneamente a la aplicacin de sta, siendo difcil de diferenciar elasentamiento inmediato de aquel debido a consolidacin.

Asentamiento en arcillas saturadas

Las condiciones de carga aplicadas a una cimentacin inducen deformacionesmultidireccionales [el concepto de consolidacin unidimensional es unasimplificacin del problema, sugerido por varios autores, tales como Burland et al(1977), a los cuales se aplican algunas correcciones.

1. Obtener el asentamiento por consolidacin unidimensional, HCo2. Para arcillas NC [normalmente consolidadas (ocr 1] : Hct=Hco Hi=0.5Hct

Hct= 1.1Hc

Se colige que para arcillas sobre consolidadas , el asentamiento total es aproximadamente igual alobtenido como asentamiento por consolidacin. El 50% de este valor se produce instantneamente

y el 50% es tiempo dependiente como resultado de la consolidacin primaria

P


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1. Hacer un esquema del problema [perfil litolgico-bosquejo del cimiento con larepresentacin de la carga actuante y de los niveles bsicos [NT, NE, NF, NEIN]

3. Calcular la presin efectiva inicial [esfuerzos geostticos], , en el centro de cadasubcapa. Tomar en cuenta que estos esfuerzos se determinan desde el NT.

4. Obtener los incrementos de esfuerzos verticales inducidos por cargas, , en elcentro de cada subcapa. Tomar en consideracin que estos esfuerzos de calculan desde elNE

PROCESO

PARA

ESTI

MAR

ASENT

AMIENTOS

5. Estimar el asentamiento edomtrico o de consolidacin de cada subcapa una vez se disipenlos excesos de presin de poros [y todo el incremento de esfuerzo total inducido] se hayatransformado en incremento de presin efectiva].

2. Identificar el estrato compresible [suelo arcilloso, principal generador de asentamientos porconsolidacinpueden existir varias capas]. No todas pueden potencialmente afectar la

cimentacin. Considerar aqullas que queden embebidas dentro de la zona activa [arriba delNEIN]. Dividir la capa compresible en subcapas de espesor H

ti

vo

i

v

6. Aplicar correcciones =F(grado de consolidacin de la arcilla). Determinar los asentamientosinstantneos y de consolidacin primaria de cada capa

7. Integrar [sumar] los asentamientos de cada subcapa

CONSOLIDACIN BASE DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES


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CONSOLIDACIN BASE DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES

HEstrato

compresible[arcilla]

Suelo permeable

Suelo permeable

Carga

Consolidacin unidimensional

rea cargada

NT

NE qc

Distribucin de la presininducida por carga con laprofundidad

1

2

3

4

5

Eje medio del estratocompresible

z

2

Esfuerzos geostticos efectivos

ASENTAMIENTOS EN TERRENOS GRANULARES


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ASENTAMIENTOS EN TERRENOS GRANULARES[Mtodos empricos]

1. Mtodo de Burland y Burbridge (1985)

El asentamiento probable de una cimentacin apoyada en arena se relaciona con la

resistencia del geomaterial a la penetracin dinmica, mediante la ecuacin:

csli IBqffH7.0'

25.0

25.1

B

LB

L

fs

l

s

l

s

lZ

H

Z

Hf 2

4.1

7.1

SPTmed

cN

I

NSPTmedes la media aritmtica del Nmero de golpes del SPT medidos en la profundidad de influencia


26/53

c

l

s

i

I

B

q

f

f

H

'

Asentamiento promedio al final de la construccin, mm

Factor de correccin por geometra dela zapata

Factor de correccin para considerar la existencia de una capa rgida por debajo del nivel de

emplazamiento, embebida en la zona activa [arriba del NEIN]Tensin efectiva bruta aplicada en la base de cimentacin, en KN/m2

Ancho del cimiento [zapata o placa], en m.

ndice de compresibilidad, definido en funcin del valor medio del ensayo SPT en una zona determinadade influencia bajo el cimiento,

Para suelos sobreconsolidados

'''

''''

3

3

2

qq

qq

vo

vovo


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Para perfiles litolgicos que incluyan arenas finas y arenas limosas bajo el nivelfretico, debe corregirse N del SPT mediante la expresin de Terzaghi

]15[5.015 SPTmedidodoSPTcorregi NN

Para medios gravosos o arenosos gruesos, emplear

SPTdoSPTcorregi NN 25.1

Burland y Burbridge, 1985, plantean la existencia en suelos granulares deasentamientos diferidos en el tiempo, para lo cual sugieren utilizar la

expresin:itt HfH

Donde ft =1.5 para carga esttica y para un periodo de 30 aos

ft=2.5 para cargas cclicas, en un perodo de 30 aos.


28/53

Consolidacin

Teora de Consolidacin Unidimensional de Terzaghi

HIPTESIS Consolidacin en una sola direccin [vertical]

Condicin de saturacin total de lamuestra durante toda laejecucin del ensayo.

Flujo unidimensional - suelo com permeabilidad constante

La variacin del volumen tiene su origen en la relajacin de lapresin de poros

El coeficiente de consolidacin permence constante todo el tiempo

La sobrepresin intersticial inicial es uniforme con la profundidad

La muestra drena por las dos caras durante el ensayo


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Definiciones Una arcilla es Normalmente Consolidada [NC] si la mxima presin a la

cual ha estado sometida es la actual presin efectiva de sobrecarga. Esdecir, es aquella arcilla que no ha tenido una fatiga de consolidacinmayor a la existente en el momento actual.

Una arcilla es sobre consolidada [OC] si estuvo sometida en el pasado auna presin de preconsolidacin mayor que la actual presin efectiva desobrecarga; es decir, es aquella arcilla que ha tenido una fatiga deconsolidacin mayor a la actual [por erosin, descenso del nivel fretico,desecacin, etc ].

Presin de preconsolidacin [Fatiga Mxima de Consolidacin] es elmayor valor de presin de consolidacin que ha actuado alguna vez en elsuelo.

Relacin o Razn de sobreconsolidacin ( OCR) = c/ vo)

OCR < 0 [ suelos subconsolidado]

OCR = 0 [Suelo normalmente consolidado]

OCR > 0 [Suelo sobreconsolidado]


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Ensayo de Edmetro Prueba de consolidacin unidimensionalde Terzaghi

Datos de entrada - Antes de la prueba

Naturaleza del suelo-Clasificacin

Dimensiones de la probeta

Contenido de humedad inicialcorrespondiente a saturacin total

Gravedad especfica del material

Relacin de vacoscondicin inicial

Dimensiones finales de la probeta

Contenido de humedad final

Relacin de vacoscondicin final

Datos tomados durante el ensayo

Tiempo

Carga

Deformacin

Datos obtenidos despus del ensayo

Deformacin de vacos vs Log tiempoDeformacin vs Raz cuadrada del tiempoCurva Relacin de vacos vs EsfuerzoCurva Relacin de vacos vs Logaritmo deEsfuerzoPresin de preconsolidacin

Coeficiente de compresibilidadMdulo de compresibilidad volumtricandice de compresinndice de recarga o de hinchamientoCoeficiente de consolidacinPermeabilidad


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eo , HO

ef,,Hf

H, eoef

H = HO- Hf

e = eO- ef

H = HO- Hf

oo e

e

H

H

1

Condicin inicial, to=0V = Vv+ VsS = 100%

V = Vw

+ Vs

0

hu w


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t

u

z

uC e

2e

2

v

T

u

Z

u e2

e2

Condicin inicial para t = 0para

oe uu 2Z0

Condicin de contorno en t > 0

ue= 0 para Z = 0 y Z = 2

La solucin de la ecuacin diferencial es:

...3,2,1my1m2

2

M

:Donde

eMZsenM

u2

u

TMm

0m

o

e

2


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Grado de Consolidacin (Uz) a una profundidad z dada y enun tiempo t dado

Relacin entre la consolidacin alcanzada a una profundidaddada y la consolidacin total que ha de producirse

Considerando la solucin de la ecuacin diferencial

o

ez

u

u1%U

m

0m

TMz

2eMZsen

M

21%U

G d d C lid i F i d l P f did d


34/53

Grado de Consolidacin en Funcin de la Profundidad

y el Factor de Tiempo


35/53

Grado de Consolidacin medio (U) del estrato

Interesa conocer el asentamiento total del estrato en cadafase del proceso de consolidacin

Grado de Consolidacin medio del estrato: Suma de losasentamientos verticales a diferentes profundidades.Valor medio de Uzen un t dado.

U puede interpretarse como un rea del diagrama Uz-Z ypuede obtenerse como:

S

S%U t

m

0m

TM

2

2

0 z

2e

M

21U

dZUU Stes slo funcin del Factor tiempo (T) Stpuede determinarse conociendo

asentamiento final y T


36/53

Grado de Consolidacin medio en funcin del Factor de Tiempo

085,0U1log9332,0T%60U

U4

T%60U

10

2

Parbola

logartmica


37/53

Determinacin decv Mtodo logartmico o de Casagrande

50

2

50

2

50Vt

H196,0

t

HTc


38/53

Determinacin decv Mtodo de la Raz Cuadrada o de Taylor

90

2

90

290

Vt

H848,0

t

HTc


39/53

Clculo de asentamientos a t

Sc = CcH log (vo+ vo)1+eo vo

H = espesor inicial del estrato compresible

vo= tensin vertical efectiva inicial

vo= variacin de la tensin efectiva inicial por sobrecarga


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tmeses T U Sc

- Se puede estimar as el asentamiento en los tmesesde obra- Se pueden definir distintas etapas constructivas y estimar el

asentamiento en cada una de ellas.

Clculo de asentamientos a tiempo t = tmeses

H= H/2 pues la base es permeable

luego se toma U correspondiente y Sc= U x Sc

T(t) = Cv t

H2


41/53

Curva de Compresibilidad

Tramo casi horizontal al principio y de

curvatura creciente

Tramo recto

Seccin de recargacasi horizontal al

principio y de

curvatura creciente

Seccin de

descarga rectoSeccin recta-Parte

virgen de la curva


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Caractersticas de la Curva de Compresibilidad

Seccin de curvatura creciente: Se presenta cuando aplicada < histricamente sufridas Seccin de Recarga

Seccin recta: Se presenta cuando aplicada > histricamente sufridas enel Tramo Virgen d e la curva

Seccin de descarga: Lineal porque recuperacin es elstica

Pendientede la Seccin de Recarga Pendiente de Seccin de descarga


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Coeficiente de Compresibilidad (av): Pendiente de la recta

tangente a la Curva de Compresibilidad

o

Pendiente del Tramo virgen: ndice de Compresin (Cc) Pendiente del Tramo descarga: ndice de Entumecimiento (Ce)

'vd

dea

've

a

'inicial

'final

finalinicialc

log

eeC

'final

'inicial

inicialfinale

log

eeC


44/53

Definiciones

Suelo Normalmente Consol idado:Aqul que nunca estuvo sometido atensiones efectivas mayores que las existentes en el terreno

Suelo Precon sol idado:Aqul que alguna vez ha sufrido tensiones efectivasmayores que las existentes en el terreno

Tensin de Precon sol idacin (p):Mxima tensin a la que ha estadosometido el suelo en su historia


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Causas de preconsolidacin

Procesos de erosin de suelos

Zonas que han sufrido avance y retroceso de glaciaciones

Procesos de desecacin y humedecimiento

Razn de Precon so l idacin (OCR)'o

'p

OCR

OCR = 1 Suelo Normalmente consolidado

OCR < 1 Suelo Subconsolidado

OCR > 1 Suelo Normalmente consolidado

Estimacin de la Tensin de Preconsolidacin


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Estimacin de la Tensin de Preconsolidacin

Mtodo de Casagrande

Si p = o: suelonormalmente consolidado

Si p > o: suelopreconsolidado

Tangente al tramo virgen

Punto de mxima pendiente

Tangente por

Correccin de las Curvas de Compresin


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Correccin de las Curvas de Compresin Schmertmann y otros proponen realizar correcciones a las curvas de compresin

de laboratorio

Para Laboratorio< oen terreno no deberan producirse deformaciones (tramo delaboratorio horizontal)

Comparando curvas de muestras inalteradas yremoldeadas:

Como eoremold< eoinalt: Curvaremoldeada por debajo de curvainalterada

Como muestra inalterada tiene

remoldeo: curva real debe estar porencima de curva de laboratorio

Curvas convergen a punto: e = 0,42eo

eo=

nGs [S = 100%]

C i ill l t lid d


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Correccin para arcilla normalmente consolidada

Correccin para arcilla preconsolidada


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Correccin para arcilla preconsolidada

Hi t i d t b j


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Hiptesis de trabajo

es constante a lo largo del tiempo

Presin de poros inicial uniforme con la profundidad

Se permite el drenaje del estrato sometido a consolidacin por cada una de las doscaras

t

u

z

uC e

2e

2

v

T

u

Z

u e2

e2

Condicin inicial para t = 0

para


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Replanteo de la cimentacin Excavacin de cajn de la zapata SoladoColocacin de armadura

Vaciado del concreto Guas dealineacin de la armadura de espera

Adecuacin del predio [Limpieza y nivelacin]Chequeo de medidas - niveles.Replanteo del movimiento de tierras.Excavacin hasta la cota superior del cimiento.

Excavacin de cajones para zapatas y riostras.Encofrado de las zapatas y riostras si procede.Colocacin de armadura inferior con separadores.Colocacin de armadura de espera de pilares.Colocacin de la armadura de riostras.Hormigonado, vibrado y curado.

PROCEDIMIENTOCONSTRUCTIVO DECIMIENTO AISLADO


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Software libre

http://www.geostru.com/get/es/news.aspx?gclid=COad2cqS7p0CFYJx5QodSHnTKg


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