Cimentaciones superficiales
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CIMENTACIONES SUPERFICIALES CIMENTACIONES SUPERFICIALES CAPACIDAD DE CARGA Y ASENTAMIENTOSCAPACIDAD DE CARGA Y ASENTAMIENTOSCAPACIDAD DE CARGA Y ASENTAMIENTOSCAPACIDAD DE CARGA Y ASENTAMIENTOS
![Page 2: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/2.jpg)
(a)
B
Superficie de falla En suelo
qu
Carga/área unitaria, q
Asentamiento
B
(b)
B
Superficie de falla
qu (1)
Carga/área unitaria, q
Asentamiento
qu
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(c)
B
Superficie de falla
qu (1)
Carga/área unitaria, q
Asentamiento
ququ
Zapatasuperficial
Naturaleza de las fallas por capacidad de carga en suelos: (a) falla de cortante general;Naturaleza de las fallas por capacidad de carga en suelos: (a) falla de cortante general;(b) Falla de cortante local; (c) falla de cortante por punzonamiento.
LB
BLB
+=∗ 2
Donde B = ancho de la cimentaciónL = longitud de la cimentación
(Nota: L es siempre mayor que B.)
Para cimentaciones cuadradas, B = L; para cimentaciones circulares; B = L = diámetro
Entonces B* = B
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0
1
2
0.6 0.8 1.00.2 0.4
f/B
*
Compacidad relativa, Cr
Falla de cortante por punzonamiento
Falla decortante local
Falla de cortante general
3
4
5
Modos de falla en cimentaciones sobre arena
Df/B
*
B
Df
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TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA
DF E
G GA B
B
45 - φ/2 45 - φ/245 - φ/2 45 - φ/2
J I
qu q = γDf
α α
B
E
Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida continua rugosa
γγB�q�c�q qCu2
1++= (Cimentación en franja)
Dondec = Cohesión del suelo γ = Peso especifico del suelo q = γDf
�c, �q, �γ = Factores de capacidad de carga adimensionales que son unicamente funciones del ángulo de fricción del suelo, φ.
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ϕπφ tan2
245tan e�q
+=
Se expresan como:
( ) φcot1+= qc ��
( ) φγ tan12 += q��
idsqiqdqsqcicdcscu FFFB�FFFq�FFFc�q γγγγγ2
1++=
Capacidad de carga ultima neta
qneta(u) = qu – q
Donde qneta(u) = capacidad de carga ultima neta
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Modificación de las Ecuaciones para la capacidad de carga por la posición del nivel de agua
Factores de forma, profundidad e inclinación recomendados para usarse
Factor Relación Fuente
Forma*
c
q
es�
�
L
BF +=1
φtan1L
BFqs +=
De Beer (1970)
φtan1L
Fqs +=
L
BF s 4.01−=γ
Donde L = longitud de la cimentación (L>B)
Profundidad † Condición (a): Df / B≤1
( )B
DsenF
f
qd
21tan21 φφ −+=
1=dFγ
Hansen (1970)
B
DF
f
cd 4.01+=
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Condición (b): Df / B>1
( )
+= −
B
DF
f
cd
1tan4.01
( )B
DsenF
f
qd
12tan1tan21 −−+= φφ
1=dFγ
Inclinación2
901
°°−== β
qici FF
Meyerhof (1963); HannaY Meyerhof (1981)
90 °qici
2
1
−=φβ
γiF
Donde β = inclinación de la carga sobre la cimentación con respecto a la vertical
* Estos factores de forma son relaciones empíricas basadas en amplias pruebas de laboratorio.
† El factor tan-1 (df/B) esta en radianes.
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B
Nivel del aguafreática
B
Caso IDf
dNivel del aguafreática
γ = peso especifico
Caso II
D1
Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de agua.
γsat = peso especificosaturado
El factor de SeguridadEl factor de Seguridad
FS
qq u
adm =
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Sin embargo, algunos ingenieros en la práctica prefieren usar un factor de seguridad de
Incremento del esfuerzo neto sobre el suelo = Capacidad de carga ultima netaFS
La capacidad de carga última neta se definió en la ecuación como
qqq uuneta −=)(
Sustituyendo esta ecuación en la se obtiene
Incremento del esfuerzo neto sobre el suelo
= carga por la superestructura por área unitaria de la cimentación
FS
qqq u
admneta
−=)(
El factor de seguridad definido por la ecuación debe ser por lo menos 3 en todos los casos.
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Cimentaciones Cargadas Excéntricamente
LB
M
BL
2max
6+=
LB
M
BL
2min
6−= Donde Q = carga vertical totalM = momento sobre la cimentación
QM
e
B
B X L
B
Para e < B/6
qmax
qmax
Para e < B/6
(a)
L’
2e B’
(b)
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1. La distancia e es la excentridad, o
Q
Me =
+=B
e
BL
61max
y
−=B
e
BL
61min
BBL
( )eBL
23
4max −
=
2. Determine las dimensiones efectivas de la cimentación como
B’ = ancho efectivo = B – 2e
L’ = longitud efectiva = L
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3. Use la ecuación para la capacidad de carga última como
idsqiqdqsqcicdcscu FFF�BFFFq�FFFc�q γγγγγ '2
1' ++=
4. La carga última total que la cimentación soporta es
)')('(' LBqQ =
A’
)')('(' LBqQ uúlt =
5. El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga es
donde A = área efectiva
Q
QFS últ=
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Cimentaciones con Excentricidad en dos Direcciones
últ
y
BQ
Me =
Qúlt
M(a)
B B X L
B
L
B
(b) (c) (d)
y
M
Qúlt Qúlt
Mx
My
eL
eB
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últ
xL
Q
Me =
Si se requiere Qúlt se obtiene como sigue
'' AqQ uult =
Donde la ecuación
idsqiqdqsqcicdcscu FFF�BFFFq�FFFc�q γγγγγ '2
1++=
y
A’ = área efectiva = B’L’
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B
B1
L1
L
Área efectiva
Qúlt
eB
eL
B
Área efectiva para el caso
61
61 // ≥≥ ByeLe BL
Caso I:61
61 // ≥≥ ByeLe BL El área efectiva para esta condición
se muestra
112
1' LBA =
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−=B
eBB B3
5.11donde
−=L
eLL L3
5.11
La longitud efectiva L’ es la mayor de la dos dimensiones, es decir, B1, o L1. El ancho efectivo es entonces
'
''
L
AB =
e / < 0.5 y 0< e <1/6. El área efectiva para este caso se muestraCaso II: eL / L < 0.5 y 0< eB <1/6. El área efectiva para este caso se muestra
( )BLLA 212
1' +=
Las magnitudes de L1 y L2 . El ancho efectivo es
B’ =A’
L1 o L2 (la que sea mayor)
La longitud efectiva es
L’ = L1 o L2 (la que sea mayor)
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B
L1
L
Área efectiva
Qúlt
eB
eL
(a)
L2
0.5
0.4
0.3
eB/B=
0.04
0.060.08
0.1
0.167
/L
0.2
0.1
00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.04
eB/B= Para
obtener
L2/L
Para
obtener
L1/L
e L/L
L1/L, L2/L
(b)
Área efectiva para el caso eL/ L < 0.5 y 0 < eB / B< 1/6 (según Highter y Anders,1985)
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Caso III : eL / L < 1/6 y 0 <eB / B < 0.5. El área efectiva se muestra
( )LBBA 212
1' +=
El ancho efectivo es
L
AB
''=
0.5
0.4
eL/L=
0.167
B1
L
Área efectiva
Qúlt
eB
eL
(a)
B2
B
0.3
0.2
0.1
00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.040.06
0.08
0.1
0.167
eL/L= Para
obtener
B2/B
Para
obtener
B1/B
e B/B
B1/B, B2/B
0.02
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TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE CIMENTACIONES
Asentamiento InmediatoAsentamiento Inmediato
Perfil delasentamiento(a)
Perfil delasentamiento(b)
Perfil de un asentamiento inmediato y presión de contacto en arcilla
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CimentaciónB X L
Asentamientode cimentaciónrígida
Asentamiento de cimentación flexible
D1
flexible
Suelo
µs = relación de Poisson Es = modulo de elasticidad
Roca
Asentamiento elástico de cimentaciones flexible y rígida.
![Page 22: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/22.jpg)
( )2
1 2 αµS
s
oe
E
BqS −= (esquina de la cimentación flexible)
( )αµ 21 S
s
oe
E
BqS −= (centro de la cimentación flexible)
Donde
−++++
−+++=
11
111
1
11
12
2
2
2
m
mnm
mm
mmn
πα
m = L/B
B = ancho de la cimentación L = longitud de la cimentaciòn
El asentamiento inmediato promedio para una cimentaciòn flexible también se expresa como
( ) avs
s
oe
E
BqS αµ 21−= (promedio para una cimentaciòn flexible)
![Page 23: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/23.jpg)
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
Para cimentación circular
α
αr
α = 1
αprom = 0.85
αr = 0.88
α,α p
rom
α r
0.51 2 3 4 5 6 7 8 9 10
αr = 0.88
El asentamiento inmediato será diferente y se expresa como
( ) rs
S
oe
E
BqS αµ 21−=
![Page 24: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/24.jpg)
Asentamientos inmediato de cimentaciones sobre arcillas saturadasAsentamientos inmediato de cimentaciones sobre arcillas saturadas
Df
H Modulo de elasticidad = Es
qo
Arcillasaturada
B X L
H Modulo de elasticidad = Es
‘
Cimentación sobre arcilla saturada
Para la notación usada en la figura esta ecuación es
s
oe
E
BqAAS 21=
![Page 25: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/25.jpg)
Rango de los parámetros del material para calcular el asentamiento inmediatoRango de los parámetros del material para calcular el asentamiento inmediato
Donde �f = nùmero de penetracion estandar. Similarmente
El modulo de elasticidad de arcillas normalmente consolidadas se estima como
Es = 2qc
Es = (k� / m2) = 766�f
Es = 250c a 500c
Es = 750c a 1000c
Y para arcillas preconsolidadas como
Donde c = cohesión no drenada del suelo de arcilla
![Page 26: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/26.jpg)
Presión admisible de carga en arena basada en consideraciones Presión admisible de carga en arena basada en consideraciones de asentamientode asentamiento
La presión admisible neta se define como
fadmnetaadm Dqq γ−=)(
De acuerdo con la teoría de Meyerhof, para 25mm de asentamiento máximo estimado
( ) �mk�q 98.11/ 2 == ( ) cornetaadm �mk�q 98.11/ 2
)( ==
( )2
2
)(28.3
128.3799/
+==B
B�mk�q cornetaadm
Donde �cor = número de penetración estándar corregida
![Page 27: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/27.jpg)
Prueba de Placa en CampoPrueba de Placa en Campo
Gatomecánico
Diámetro de la placa de prueba
Pilote deanclaje
Viga dereacción
‘
‘
placa de prueba= B
anclaje
Micrómetro
‘Por lo menos
4B
(a)
Asentamiento
Carga/area unitaria
(b)
![Page 28: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/28.jpg)
Asentamientos Tolerable en Edificios
ρi = Desplazamiento vertical total en el punto
δij = Asentamiento diferencial entre los puntos i y j
∆ = Deflexión relativa
ωδ
η −=ij
ij
jil
= Distorsión angular
L
∆= Razón de reflexión
![Page 29: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/29.jpg)
L
∆
A B C D ElAB
ρmax
δAB
Perfil del
Asentamiento
(a) Asentamiento sin inclinación
βab
L
∆
A B C D ElAB
δAB
Perfil del
Asentamiento
(b) Asentamiento sin inclinación
ηAB
ω
Parámetros para la definición de asentamiento tolerable
![Page 30: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/33.jpg)
Zapatas Combinadas Y Cimentación con Losas
Zapata Rectangular Combinada
1
3
2
Lindero de propiedad
Lindero de propiedad
4
1 Zapata rectangular combinada2 Zapata Trapezoidal combinada 3 Zapata en Voladizo4 Losa de Cimentación
(a)
![Page 34: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/34.jpg)
L2 X
L3
L1
Q1+Q2
Q1 Q2
Seccion
B . q(admneta) / longitud unitaria
Lindero dePropiedad
Planta
(b)
L
B
(a) Zapatas combinadas (b) zapata rectangular combinada; (c) zapatatrapezoidal combinada; (d) zapata en voladizo
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L2 X
L3
L1
Q1+Q2
Q1 Q2
B1 . q(admneta) / longitud unitaria
B2 . q(admneta) / longitud unitaria
SecciónSección
L
B2
Lindero de
Propiedad
Planta
(c)
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Sección
Lindero depropiedad
Planta
(d)
Zapata Trapezoidal Combinada
Es a veces usada como una cimentación aislada para una columna que soporta una gran carga y donde el espacio es escaso.
![Page 37: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/37.jpg)
)(
21
netaadmq
QQA
+=
LBB
A2
21 +=
2 21 LBBLX
+=+
Si se conoce la presión admisible neta del suelo, determine el área de la cimentación
De la propiedad de un trapezoide tenemos
321
212
BBLX
+
=+
Zapata en Voladizo
Este tipo de construcción de zapata combinada usa una contratrabe para conectar unacimentación de columna cargada excéntricamente a la cimentación de una columna inferior
Cimentación con Losa
Este tipo de cimentación es una zapata combinada que cubre toda el área bajo una estructura que soporta varias columnas y muros
![Page 38: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/38.jpg)
Tipos Comunes de Cimentaciones con Losas
1. Losa plana. La losa es de espesor uniforme.2. Losa plana con mayor espesor bajo columnas
Sección
en A - A
Sección
en A - A
A A
Planta
(a)
A A
Planta
(b)
Tipos de Losas de cimentación: (a) losa plana; (b) losa reforzada bajo columnas; (c) vigas losa; (d) losa con muros de sótano
![Page 39: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/39.jpg)
Sección
en A - A
Sección
en A - A
A A A AA A
Planta
(c)
3. Vigas y losa. Las vigas corren en ambas direcciones, y las columnas se localizanen las intersección de las vigas
4. Losa con muros de sótano como parte de losa. Los muros actúan como rigidizadores de la losa.
A A
Planta
(d)
![Page 40: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/40.jpg)
idsqiqdqsqcicdcscu FFFB�FFFq�FFFc�q γγγγγ2
1++=
Capacidad de Carga de Cimentaciones con Losas
La capacidad de Carga ultima total de una losa de cimentación se determina con la misma ecuación usada para cimentaciones superficiales, o
La Capacidad de carga ultima neta es
qqq −= qqq uuneta −=)(
Para arcillas saturadas con φ = 0 y condición de carga vertical, la ecuación da
qFF�Cq cdcscuu +=
L
B
L
B
�
�
L
BF
c
q
cs
195.01
14.5
111 +=
+=
+=
Donde Cu = cohesión no drenada. (Nota: �c = 5.14, �q = 1 y � γ = 0.) para φ = 0
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y
+=
B
DF
f
cd 4.01
La sustitución de la forma precedente y factores de profundidad en la ecuación da
qB
D
L
Bcq
f
uu +
+
+= 4.01195.0
114.5
Por consiguiente, la capacidad de carga ultima neta esPor consiguiente, la capacidad de carga ultima neta es
+
+=−=B
D
L
Bcqqq
f
uuuneta 4.01195.0
114.5)(
Para FS = 3, la capacidad de carga admisible neta del suelo es entonces
+
+==B
D
L
Bc
FS
f
u
uneta
netaadm 4.01195.0
1713.1)(
)(
![Page 42: Cimentaciones superficiales](https://reader033.fdocuments.ec/reader033/viewer/2022051518/563db998550346aa9a9ecef5/html5/thumbnails/42.jpg)
Para cimentaciones superficiales, tenemos
( )
+=2528.3
128.398.11/
2
2
)(e
dcornetaadm
SF
B
B�mk�q
Donde �cor = resistencia a la penetración estándar corregida
B = ancho (m)Fd = 1+0.33 (Df/B ) ≤ 1.33Se = asentamiento (mm)
Cuando el ancho B es grande, la ecuación anterior es aproximada (suponiendo 3.28B +Cuando el ancho B es grande, la ecuación anterior es aproximada (suponiendo 3.28B +1=3.28B) como
( )
=25
98.11/ 2
)(e
dcornetaadm
SF�mk�q
( )
+= mmS
B
D� ef
cor 33.0198.11
( )
≤25
93.15mmS
� ecor
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Usando esta lógica y suponiendo en forma conservadora que Fd es igual a 1 ,aproximamosla ecuación como
( ) cor�mk�q netaadm 96.23/ 2
)( ==
La presión neta aplicada sobre una cimentación se expresa como
fDA
Qq γ−=
Donde Q = peso muerto de la estructura y carga vivaA = área de la losa
Por consiguiente, en todos los casos q debe ser menor que o igual a qadm(neta)