CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el...

20
Tomada de internet CIMENTACIONES CIMENTACIONES SUPERFICIALES. SUPERFICIALES. PRESIÓN DE PRESIÓN DE HUNDIMIENTO HUNDIMIENTO Luis Ortuño Modificada del ASCE CIMENTACIONES SUPERFICIALES CIMENTACIONES SUPERFICIALES El t l d l t t E 1.- INTRODUCCIÓN El terreno es una prolongacn de la estructura. Es un material más (salvo para el que se vaya a dedicar a las plataformas flotantes o las estaciones aeroespaciales). Lo malo (y lo bueno y divertido) es que, en comparación con el resto de los materiales, el suelo suele ser, con diferencia, el menos resistente y el más deformable. deformable. Por ello resulta preciso dotar a la estructura de elementos de apoyos o cimentacionesque repartan elementos de apoyos o cimentaciones que repartan y transmitan al terreno presiones que sean compatibles con su resistencia y su deformabilidad. Luis Ortuño

Transcript of CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el...

Page 1: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

Tomada de internet

CIMENTACIONES CIMENTACIONES SUPERFICIALES. SUPERFICIALES.

ÓÓPRESIÓN DE PRESIÓN DE HUNDIMIENTOHUNDIMIENTO

Luis OrtuñoModificada del ASCE

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

El t l ió d l t t E

1.- INTRODUCCIÓN

El terreno es una prolongación de la estructura. Es un material más (salvo para el que se vaya a dedicar a las plataformas flotantes o las estaciones aeroespaciales).

Lo malo (y lo bueno y divertido) es que, en (y y ) qcomparación con el resto de los materiales, el suelo suele ser, con diferencia, el menos resistente y el más deformable.deformable.

Por ello resulta preciso dotar a la estructura de elementos de apoyos o “cimentaciones” que repartanelementos de apoyos o cimentaciones que repartan y transmitan al terreno presiones que sean compatibles con su resistencia y su deformabilidad.

Luis Ortuño

Page 2: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Para el buen diseño de una cimentación es preciso:

1.- CRITERIOS DE DISEÑO

1. Que no se hunda, o que el coeficiente de seguridad disponible con relación a la carga que produciría el p g q pagotamiento de la resistencia del terreno, y el hundimiento de la cimentación, sea adecuado.

2. Que no se dañe, o que los movimientos (asientos, desplazamientos horizontales, giros) causados por la deformación del terreno sometido a las tensiones transmitidas por la cimentación, sean tolerables por la estructura.

3. Que no dañe a otros, en el sentido de que los efectos originados en el terreno por una cimentación se hacen notar más allá de los límites estrictos de la estructura

Luis Ortuño

hacen notar más allá de los límites estrictos de la estructura a construir. Por lo tanto, hay que asegurar que no afecta negativamente a construcciones vecinas.

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

La forma y las dimensiones de las cimentaciones son función de la estructura, de las cargas y de la g ynaturaleza del terreno.

Cuando el terreno lo permite se suele acudir aCuando el terreno lo permite se suele acudir a cimentaciones directas o superficiales, que reparten las cargas de estructura en un plano de apoyo horizontal Habitualmente pero no siempre este tipohorizontal. Habitualmente, pero no siempre, este tipo de cimentación se construye a poca profundidad bajo la superficie, por lo que también son llamadas cimentaciones superficialescimentaciones superficiales.

En otras ocasiones el suelo no tiene la competencia fsuficiente, la resistencia o rigidez adecuadas para

permitir el apoyo directo, y es necesario acudir a cimentaciones profundas, que transmiten las cargas de

Luis Ortuño

estructura fundamentalmente en vertical, ya sea de forma repartida o concentrada

Tomadas de Macaulay, D. (1975)

Page 3: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

No hay una No hay una repuesta únicarepuesta única..

Luis OrtuñoTomadas de Macaulay, D. (1975)

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

TIPOS DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Luis OrtuñoTomadas de Calavera, J. (1987) Tomadas de G&C III

Page 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

- qb (o con “p”!!) : Presión total bruta: Es la presión vertical total que actúa en la base del cimiento Incluye todas las

DEFINICIONES BÁSICAS (CTE)

total que actúa en la base del cimiento. Incluye todas las componentes verticales: sobrecargas, peso de la estructura, peso del propio cimiento, etc).

- qneta (o con “p”!!) : Presión total neta: Es la diferencia entre qb y la presión vertical total que actúa en el terreno en la base del cimiento:del cimiento:(qneta = qb - q0). Es por tanto el incremento de presión total vertical en el suelo al nivel de la cimentación.

-q'b (o con “p”!!) : Presión efectiva bruta: Es la diferencia entre la presión vertical total bruta y la presión intersticial (u) al nivel de la cimentación:nivel de la cimentación: (q'b = qb - u).

- q'neta (o con “p”!!) : Presión efectiva neta: Es la diferencia

Luis Ortuño

q neta (o con p !!) : Presión efectiva neta: Es la diferencia entre q'b y la presión efectiva vertical q'0 al nivel de la cimentación: q'neta = q'b - p'0 Obsérvese que qneta = q'neta

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

- q (q' ) (o con “p”!!) : Presión de hundimiento Es la

DEFINICIONES BÁSICAS (CTE)

- qh (q h) (o con p !!) : Presión de hundimiento. Es la presión vertical para la cual el terreno agota su resistencia al corte y se produce el hundimiento. Puede expresarse en términos de tensiones totales o efectivas, brutas o netas.

- qad (q'ad) (o con “p”!!) : Presión admisible: Presión vertical de cimentación para la cual existe un coeficiente de seguridad adecuado frente al hundimiento. Puede expresarse en términos de tensiones totales o efectivas, brutas o netas. (Obsérvese que esta tensión no tiene por qué ser la admisible para la estructura, ya que aunque no se alcance el hundimiento, podrían producirse asientos excesivos que obligaran a reducir más la tensión de trabajo)producirse asientos excesivos que obligaran a reducir más la tensión de trabajo).

- qs. (q‘s) (o con “p”!!) : Presión de servicio. Es la presión vertical admisible de una qs (q s) ( p ) pcimentación teniendo en cuenta no sólo la seguridad frente al hundimiento sino también su tolerancia a los asientos. Obviamente no puede ser mayor que qad. Puede expresarse en tensiones totales o efectivas, brutas o netas.

Luis Ortuño

Page 5: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO

Luis OrtuñoTomado del CTE

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Terzaghi & Peck (1948) definen 3 zonas de

EL HUNDIMIENTO

equilibrio plástico cuando una cimentación en faja alcanza el hundimiento. Una cuña triangular (I), una zona de corte radial (II) y

ñ i (III)una cuña pasiva (III).

En principio la forma de rotura es simétrica, pero puede perderse con cualquierpero puede perderse con cualquier heterogeneidad.

Tomada de FHWA-SA-02-054 (2002)

Luis Ortuño

Tomada de G&C, II

Page 6: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

- Modos de rotura (arenas)

EL HUNDIMIENTO

- Modos de rotura (arenas).

Generalizado :

Local

Punzonamiento

Luis OrtuñoTomadas de FHWA-SA-02-054 (2002)

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. ENSAYOS EN EL LABORATORIO DE LA ESCUELA.

Luis Ortuño

Page 7: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. ENSAYOS EN EL LABORATORIO DE LA ESCUELA.

Luis Ortuño

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. HIPÓTESIS HABITUALES DE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO ANALÍTICO.

El terreno se supone rígido-perfectamente plástico

En general se supone que el terreno es isótropo, es decir, que su g p q p qresistencia es la misma en cualquier dirección.

Se suele suponer que el terreno es homogéneo, esto es:

En cálculos sin drenaje (corto plazo en suelos cohesivos), la resistencia al corte sin drenaje Su se supone constante

En cálculos con drenaje (suelos cohesivos a largo plazo o suelos granulares a corto y largo), los parámetros de resistencia efectiva c' y φ'

t tse suponen constantes.

La mayoría de las teorías suponen que el suelo bajo la cimentación no pesa (densidad nula) Para incluir el efecto de la densidad del suelo en los cálculos se

Luis Ortuño

(densidad nula). Para incluir el efecto de la densidad del suelo en los cálculos se recurre a métodos semiempíricos bien comprobados.

Page 8: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FORMULACIÓN BÁSICA

La presión de hundimiento de una cimentación directa en faja (indefinida en la dirección perpendicular al ancho B de la carga) se suele evaluar mediante la formulación trinómica propuesta por Terzaghi:trinómica propuesta por Terzaghi:

γγ NBNpNcbrutap qch ···2

1··)( 0 ++= γq 2

• Nc, Nq, Nγ se denominan factores de capacidad de carga y dependen exclusivamented l á l d i t i t f ti d l ldel ángulo de rozamiento interno efectivo del suelo

• c es la cohesión del terreno• p0 es la presión vertical debida a la sobrecarga de tierras al nivel de la cimentación

'1 φ+

• B es el ancho del cimiento• γ es el peso específico representativo del suelo por debajo de la cimentación.

'·tan·'1

'1 φπ

φφ

esen

senNq −

+= ')·1( φctgNN qc −= ')·tan1)·(25,1( φγ −= qNaN

Luis Ortuño

14,50 =⇒= cNφ10 =⇒= qNφ 00 =⇒= γφ N

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FORMULACIÓN BÁSICA

Tomadas de G&C, II. Páginas 814 y 815

Luis Ortuño

Page 9: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FORMULACIÓN BÁSICA

La ecuación básica anterior no tiene en cuenta una serie de efectos que pueden resultar de cierta relevancia en el cómputo de la tensión de hundimiento de una cimentación determinada. Así, la zapata no tiene por qué ser indefinida en una dirección la resultante de cargas puede no serzapata no tiene por qué ser indefinida en una dirección, la resultante de cargas puede no ser exclusivamente vertical, la base de la cimentación puede encontrarse inclinada , etc. Para tener en cuenta estos aspectos, se aplican determinados coeficientes o factores de influencia a cada uno de los términos de la ecuación básica, que dan lugar a la formulación generalizada propuesta por q g g p p pBrinch Hansen, J. (1970). La fórmula general con “algunos” de estos factores sería la siguiente:

ξγξξ tidsNBtidsNptidsNcbrutaph ·····*··1

············)( 0 ++= γγγγγγ ξγξξ tidsNBtidsNptidsNcbrutap qqqqqqcccccch 2)( 0 ++

• sc, sq, sγ: factores de influencia para tener en cuenta la forma en planta de la zapata

• dc, dq, dγ : factores de influencia para tener en cuenta la profundidad del plano de apoyo de la zapataq γ• ic, iq, iγ : factores de influencia para inclinación de la carga

• ξc, ξq, ξγ : factores de influencia para tener en cuenta la eventual existencia de una capa rígida próxima

• tc, tq, tγ : factores de influencia para considerar el efecto de la proximidad del un talud

• Por otra parte:

• B*: es el “ancho equivalente” del cimiento en el caso de excentricidad de la carga (para cimentaciónrectangular de longitud en planta L, L* sería la longitud equivalente). Ver siguiente diapositiva.

Luis OrtuñoTomadas de la GCOC

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

CASO DE CARGA EXCÉNTRICA

Para aquellos casos en que exista excentricidad de la resultante de las accionesrespecto al centro geométrico del cimiento, la comprobación del estado último dehundimiento se lleva a cabo adoptando una “cimentación equivalente” de las siguienteshundimiento se lleva a cabo adoptando una cimentación equivalente de las siguientesdimensiones:

Ancho equivalente: B* = B 2eAncho equivalente: B = B – 2eB

Largo equivalente: L* = L - 2eL

donde eB y eL son las excentricidades según las dos direcciones ortogonales de lazapata, supuesta de sección rectangular en planta.

Tomadas de la GCOCTomadas de la GCOC

Luis Ortuño

Page 10: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

CASO DE CARGA EXCÉNTRICA

A efectos prácticos, para zapatas aisladas y corridas de dimensiones habituales, es común suponer unadistribución de presiones lineal

En la figura 4.11.a se representa el caso de una zapata sometida a una carga vertical centrada V y un momentoen base de pilar MB. Este conjunto equivale a la carga V, vertical, situada a una cierta distancia del eje del pilar e,en base de pilar MB. Este conjunto equivale a la carga V, vertical, situada a una cierta distancia del eje del pilar e,que es la excentricidad (e = M/V).Cuando la excentricidad es menor que la sexta parte del ancho de la zapata, las expresiones para las tensionesmáxima y mínima son las siguientes:

6

)··6

1·(·max B

eV

B

e

LB

V

≤⎪⎬

⎫+=σ

Luis Ortuño

6)··6

1·(·min

e

B

e

LB

V≤

⎪⎭

⎬−=σ

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

CASO DE CARGA EXCÉNTRICA

Si la excentricidad es superior a la sexta parte del ancho de la zapata, entonces la distribución de presiones no estrapezoidal, sino triangular, y el valor de la tensión máxima y del ancho de la zapata que está sometido a presiónvienen dados por las expresiones siguientes :

);··(3;·4

max

Bee

Bb

V>−==σ

Luis Ortuño

6);

2(;

)··2(3max LeB −

Page 11: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

CASO DE CARGA EXCÉNTRICA

Luis OrtuñoTomado de la GCOC

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

COEFICIENTES DE SEGURIDAD. PRESIÓN ADMISIBLE

Luis OrtuñoTomadas de la GCOC

Page 12: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIÓN.

La tensión de hundimiento de una zapata circular o cuadrada puede ser mayor que la

Factores de forma (sc, sq, sγ)

de una zapata corrida. Este hecho es bastante intuitivo, ya que cuando una zapata en faja (indefinida en una dirección) alcanza el hundimiento, la superficie de rotura es marcadamente bidimensional. Sin embargo, en una zapata cuadrada del mismo ancho B l fi i d t lt d t t idi i l (l “ ñ ” d tB, la superficie de rotura resulta marcadamente tridimensional (la “cuña” de rotura se expande más allá de los límites geométricos de la zapata). En otras palabras, las zapatas corridas movilizan la resistencia de un volumen menor de suelo por unidad de área del cimiento Este efecto de aumento de resistencia en función de la forma se tieneárea del cimiento. Este efecto de aumento de resistencia en función de la forma se tiene en cuenta mediante unos factores de corrección (s). Llamando B* y L* a las dimensiones en planta equivalentes de una zapata rectangular:

'tan*

*1 φ

L

Bsq += *

201B+

*2010

1· BsN qq −φ

*Lq

**

1

*2,01

LB

Ls+

+=γ

Luis Ortuño

*2,010;

1 Ls

Ns c

q

qqc +≈→

−= φ *L

Tomados de G&C, II

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIÓN.

La ecuación trinómica de Terzaghi no considera

Factores de profundidad (dc, dq, dγ)

que el terreno situado sobre la base de la zapatatenga resistencia. Su acción estabilizadora (p0 =γD)proviene tan sólo del efecto de sobrecarga. Sin

b id t d i lembargo, es evidente que para producir elhundimiento del cimiento, la superficie de roturateórica deberá no sólo “levantar” el terreno situadojunto a la zapata sino también atravesarlojunto a la zapata, sino también atravesarlomovilizando su resistencia al corte. Para tener encuenta este efecto, que obviamente aumenta latensión de hundimiento disponible se empleantensión de hundimiento disponible, se empleanusualmente unos factores de corrección “porprofundidad” (d):

1=γd

2 D

*/·)1(21 2 BDsentgdq φ−+=Para D/B≤1: *)1(

2 2

D

B

Dsen

Ndd

cqc −+= φ

Luis OrtuñoTomados de apuntes del catedrático

Para D/B>1: */·)1(21 2 BtgDarcsentgdq φ−+= *4,010

B

Ddc +=→=φ

Page 13: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIÓN

Factores de profundidad y término de sobrecarga (qNq). Observaciones prácticas.

En ocasiones puede ser prudente no considerar el factor de profundidad. Este seríael caso, por ejemplo, de zapatas poco profundas en un terreno arcilloso de plasticidadelevada, ya que en épocas secas podrían desarrollarse grietas por retracción queelevada, ya que en épocas secas podrían desarrollarse grietas por retracción quealcanzaran la profundidad del cimiento. En estas circunstancias la superficie dedeslizamiento teórica habría de levantar las tierras, pero no movilizar su resistencia alcorte, ya que existirían discontinuidades abiertas y sin resistencia. Evidentemente en un, y q yterreno granular o simplemente no susceptible de agrietamiento por desecación, nohabrá inconveniente en aplicar la corrección.

Un segundo aspecto de interés, ligado en cierta medida con el anterior pero másgeneral, radica en el empleo del término de sobrecarga de tierras en su conjunto. Bastacon observar la expresión de la presión de hundimiento para comprobar que éstaaumenta de forma directa con la profundidad D del cimiento. Pues bien, sobre todocuando se trata de cimentaciones someras, será necesario asegurarse de que lashipótesis realizadas se mantendrán durante la vida útil de la estructura. Será necesario

id i l f d á li i l j

Luis Ortuño

por tanto considerar si en el futuro se podrán realizar excavaciones para alojarservicios, saneamientos, etc, junto a las cimentaciones, ya que darían lugar a unareducción, incluso anulación, de la sobrecarga de tierras.

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIÓN.

Influencia de una capa rígida somera (factores ξc, ξq y ξγ)

Tomadas de G&C, II (págs 824-827)

Ejemplo de ábaco para ξc (G&C, II, pág 825)(En caso de excentricidad se emplearía B*)

Luis Ortuño

Page 14: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIÓN.

Factores de inclinación (ic, iq, iγ)

La expresiónH 1

=La expresión dFVtgSc

=+ φ

Inversa del coeficiente de seguridad al deslizamiento

G&C, II (Pág. 836): La figura muestra las líneas características para terreno sin peso nicohesión.

g

φαφπ

φφαφ tg

q esen

senseni

)22

1

)2(·1 −+−

+−+

= 1

−−

= qqc N

iNi

Luis Ortuño

φsen1+ 1qN

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIÓN.

Factores de inclinación (ic, iq, iγ)

Corregido de G&C, II

Errata en libroErrata en libro

φφ

VtgcS

Htg

+→

·

A modo de ejemplo, si se supone cohesión nula, el eje de abscisas de la figura pasa a ser tgβ. Si se suponeahora una inclinación de la resultante de 20º para un terreno de rozamiento 30º, resulta que el coeficiente iq sesitúa en torno a 0 45 Es decir la contribución a la presión de hundimiento del término de sobrecarga de tierras se

Luis Ortuño

sitúa en torno a 0,45. Es decir, la contribución a la presión de hundimiento del término de sobrecarga de tierras sereduciría a menos de la mitad (OJO CON LOS MUROS, LOS ESTRIBOS DE PUENTE, etc. !!!).

Page 15: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

EL HUNDIMIENTO. FACTORES DE CORRECCIÓN.

Factores de inclinación (ic, iq, iγ)

Luis Ortuño

Tomadas de G&C, II (págs 837, 838)

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Este es el caso teórico más simple, aplicable a suelos cohesivos (saturados) en los que

EL HUNDIMIENTO . CONDICIONES SIN DRENAJE

p , p ( ) qlas condiciones más desfavorables se suelen producir inmediatamente tras la carga, esdecir, antes de que los excesos de presión intersticial generados hayan podido disiparse

El cálculo sin drenaje se efectúa en tensiones totales, adoptando (φ = 0, c = Su). Paraun ángulo de rozamiento nulo, los factores de capacidad de carga adoptan lossiguientes valores:

� Nq (φ =0) = 1� Nc (φ =0) = 5,14

N (φ 0) 0� Nγ (φ =0) = 0

En consecuencia, la tensión de hundimiento total bruta para una carga en faja resulta:

DSpNSbrutap ucuh ··14,5·)( 0 γ+=+=

Luis Ortuño

• γ es la densidad aparente del terreno situado por encima de la base de la cimentación• D es la profundidad de la base del cimiento.

Page 16: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Ejemplo a resolver por los alumnos

Se pretende construir un edificio sobre un potente estrato arcilloso. El nivel freático seencuentra prácticamente en superficie. El reconocimiento geotécnico realizado muestraque la densidad aparente del suelo es γ = 20 kN/m3 y que se trata de una arcilla firmeque la densidad aparente del suelo es γap = 20 kN/m y que se trata de una arcilla firmecon una resistencia a la compresión simple qu = 150 kN/m2.

Suponiendo que las zapatas del edificio serán cuadradas de 2 m de lado y que seSuponiendo que las zapatas del edificio serán cuadradas de 2 m de lado y que secimentará a 2 m bajo la superficie del terreno, estimar la presión de hundimiento

Solución:

Luis Ortuño

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Ejemplo histórico

(Tomado De Uriel, A. (1982). La figura muestra el hundimiento parcial del silo de Transcona (Canadá). Estácimentado con una losa de 23 m de ancho y 59 m de largo situada a 3,6 m de profundidad. Soporta cinco filas de13 celdas circulares, de 27 m de altura y 4,20 m de diámetro. Cuando se comenzó a llenar, al alcanzar las 30000toneladas se produjo un asiento uniforme de 30 cm seguido de un giro de hasta 27º Entonces se calló la cúpulatoneladas se produjo un asiento uniforme de 30 cm , seguido de un giro de hasta 27º. Entonces se calló la cúpulacon la cintra transportadora y se paró. En el momento del asiento y giro se calcula a que la presión transmitida alterreno era de 306 kPa. El terreno estaba constituido por una arcilla saturada de Su media 46 kPa. ¿Cómo decerca estuvo el hundimiento?

Luis Ortuño

Page 17: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Cuando la permeabilidad del suelo es suficientemente elevada como para que el

EL HUNDIMIENTO . CONDICIONES CON DRENAJE

exceso de presión intersticial generado por la aplicación de las cargas de la cimentaciónse disipe de forma casi simultánea con la construcción – caso de los sueloseminentemente granulares – el cálculo de la presión de hundimiento se realiza ent i f ti Ob i t t ál l t bié li bl l l d b jtensiones efectivas. Obviamente este cálculo también es aplicable a los suelos de bajapermeabilidad (arcillas) cuando se desee determinar la capacidad de carga una vez sehaya alcanzado el equilibrio de presión intersticial y hayan concluido los procesos deconsolidación La expresión básica de la tensión de hundimiento efectiva bruta para unaconsolidación. La expresión básica de la tensión de hundimiento efectiva bruta para unacarga en faja (zapata corrida indefinida), resulta:

NBNNb ''*1

'')('

Los factores de capacidad de carga tienen el mismo significado que en los apartados

γγ NBNpNcbrutap qch '·'*··2

1·''·)(' 0 ++=

Los factores de capacidad de carga tienen el mismo significado que en los apartadosanteriores, y los parámetros de resistencia al corte (c’, φ’) vienen expresados entensiones efectivas. La densidad γ’’ es aquélla necesaria para calcular las tensionesefectivas por debajo del cimiento ´(ver a continuación)

Luis Ortuño

efectivas por debajo del cimiento (ver a continuación).

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

El peso específico γ’’ a introducir en la formulación analítica de la presión de

INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO

El peso específico γ a introducir en la formulación analítica de la presión dehundimiento en tensiones efectivas será el que represente el estado de tensionesefectivas por debajo del cimiento:

El peso específico aparente γ si el nivel freático se encuentra a unaEl peso específico aparente, γap, si el nivel freático se encuentra a unaprofundidad (d) suficiente bajo el plano de cimentación (ver más adelante)

El peso específico sumergido, γ', si el nivel freático está situado en o porencima del plano de cimentación

Un peso específico intermedio, γ’’=γ’+f(γap-γ’) (figura adjunta) si el nivelfreático está comprendido entre los indicados anteriormente

Si existiera un flujo de agua ascendente, de gradiente i, que afectara al plano

de cimentación, el peso específico de cálculo será γ’’=γ’-iγw Esta, p p γ γ γw.

expresión sería válida para gradientes menores de 2/3. Para gradientes

mayores, puede darse erosión interna local por flujo de agua.

Luis Ortuño

Page 18: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Para niveles freáticos por debajo de la cimentación , γ’’=γ’+f(γap-γ’)

INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO

p j , γ γ (γap γ )En el caso f=0, el nivel se encuentra en el plano de la cimentación.En el caso f=1, el nivel se encuentra a una profundidad suficiente como para no intervenir en la presión de

hundimiento.

Luis OrtuñoTomadas de G&C, II

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Ejemplo a resolver por los alumnos

En un aluvial de arenas y gravas se pretende cimentar las pilas de un viaducto. De acuerdo con los sondeos realizados el nivel freático se encuentra profundo, por debajo de la zona de influencia de la cimentación. La densidad aparente del terreno es γap=20 kN/m3, y el ángulo de rozamiento interno efectivo, deducido de las penetraciones dinámicas realizadas ha resultado ser φ’ = 35° Se desea determinar la tensión efectiva depenetraciones dinámicas realizadas, ha resultado ser φ = 35°. Se desea determinar la tensión efectiva de hundimiento para las zapatas del viaducto, de 4 m de ancho (B) y 8 de longitud (L) en planta, si se empotran 2 m bajo la superficie. Se puede suponer que la carga es exclusivamente vertical

SOLUCION:

Luis Ortuño

Page 19: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Ejemplo a resolver por los alumnos

(a) Determinar la presión efectiva de hundimiento neta en el caso del ejemplo anterior. (b) Si en el caso del ejemplo anterior se comprueba que el nivel freático se encuentra a 2 m de profundidad, coincidiendo con la base de la cimentación, determinar a cuánto se habrá reducido la presión efectiva de hundimiento bruta (suponer quede la cimentación, determinar a cuánto se habrá reducido la presión efectiva de hundimiento bruta (suponer que con la saturación no cambia la densidad aparente del suelo). (c) Idem si el nivel freático se sitúa en la superficie del terreno. Comentar los resultados.

SOLUCION:

Luis Ortuño

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

Ejemplo a resolver por los alumnos

Una de las pilas de un puente se encuentra situada en el cauce de un río. El terreno está formado por una arena arcillosa cuyo peso específico Aparente es de 18 kN/m3 por encima del nivel freático, y de 20 kN/m3 bajo el mismo (suelo saturado). Su cohesión efectiva es c’= 20 kPa y su ángulo de rozamiento interno efectivo es φ’=32°. Se piensa ejecutar la cimentación de la pila del puente mediante una zapata de dimensiones B= 6 m, L= 6 m, empotrada 2 m bajo el lecho del írío.

Para construir la cimentación se ha previsto ejecutar un recinto estanco mediante tablestacas (cofferdam), de manera que se pueda agotar por el interior de dicho recinto mediante un bombeo, manteniendo el nivel de agua a la cota del lecho del río mientras se construyen zapata y pila. El estudio de la red de filtración correspondiente para el rebajamiento previsto indica que con el bombeo se originará un flujo ascendente de agua en el terreno situado alrededor del emplazamiento de la zapata, de forma que la altura piezométrica de cualquier punto situado a 2 m bajo su base será de 6 5 m A efectos prácticos se puede suponer que el gradiente hidráulico originado será constantebase será de 6,5 m. A efectos prácticos se puede suponer que el gradiente hidráulico originado será constante.

Se pide calcular las presiones de hundimiento para carga vertical centrada en las siguientes situaciones:1.- En la situación provisional de construcción, con la excavación realizada y el agotamiento en funcionamiento.2.- En la situación más común de servicio, con el puente construido y con la lámina de agua del río situada a 5 m sobre el lecho del cauce.3.- Suponiendo que se realiza un trasvase aguas arriba del río y que, en una época de sequía, la lámina de agua desciende por debajo del l h h t l i l f áti i id l b d l t

Luis Ortuño

lecho hasta que el nivel freático coincide con la base de la zapata.4.- Suponiendo que la sequía se prolonga y el nivel freático profundiza 6 m por debajo de la base de la zapata.5.- Explicar las diferencias obtenidas.

Page 20: CIMENTACIONES SUPERFICIALES. PRESIÓN DE · PDF fileCIMENTACIONES SUPERFICIALES Para el buen diseño de una cimentación es preciso: 1.- CRITERIOS DE DISEÑO 1. Que no se hunda, o

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

Burland, J.B., Broms, B. & De Mello, V.F.B.(1977): “Behaviour of Foundations and Structures”. State.of-the-art-report. Session 2. Proc. 9th ICSMFE. Tokyo. Vol. 2, pp 495-546.State.of the art report. Session 2. Proc. 9th ICSMFE. Tokyo. Vol. 2, pp 495 546.

Brinch Hansen, J. (1970): “A Revised and Extended Formula for Bearing Capacity”. Danish Geotechnical Institute, Bulletin No 28.

Calavera, J. (1987): Cálculo de Estructuras de Cimentación”. 2º edición. INTEMAC.Calavera, J. (1987): Cálculo de Estructuras de Cimentación . 2 edición. INTEMAC.

Código Técnico de la Edificación (CTE). Documento Básico SE-C (Seguridad Estructural. Cimientos). Marzo, 2006

FHWA-SA-02-054 (2002): “Geotechnical Engineering Circular No. 6. Shallow Foundations”.( ) g g

González de Vallejo, L., Ferrer, M., Ortuño, L. & Oteo, C. (2002): “Ingeniería Geológica”. Prentice Hall. Madrid.

Guía de Cimentaciones en Obras de Carreteras (2002). Dirección General de Carreteras del ( )Ministerio de Fomento. Series monográficas.

Jiménez Salas, J.A. et al. (1976-1980): Geotecnia y Cimientos I, II y III. Editorial Rueda. Madrid.

Macaulay, D. (1975): “Nacimiento de una ciudad moderna. El subsuelo”. Ed. Timun Mas.y, ( )

Simons, N. & Menzies, . (2000): “A short course in Foundation Engineering”. Thomas Telford, London.

Uriel, A. (1982): Patología de las Cimentaciones. Fallos Intrínsecos. Cimentaciones en la

Luis Ortuño

, ( ) gedificación. Escuela de la Edificación. Madrid