Losas Para Cimentaciones (1)

8/10/2019 Losas Para Cimentaciones (1)

http://slidepdf.com/reader/full/losas-para-cimentaciones-1 1/35

Universidad Alas Peruanas

Carrera Profesional “Ingeniería Civil”

MECANICA DE SUELOS APLICADOS A LA CIMENTACION Y VIAS DE TRANSPORTE

DEDICATORIA

A la juventud estudiosa y trabajadora,que con sus ideas y accionesinnovadoras transforman a diario elmundo.






INTRODUCCION

Cuando las fuertes cargas transmitidas por la estructura, o la reducida presión admisible

recomendada por el informe geotécnico, imponen unas dimensiones excesivas si se utilizan

zapatas individuales, suele ser frecuente acudir a la solución de cimentación por losa ocupando

toda la superficie disponible en el solar. Esta solución de losa de cimentación suele estar

generalmente bien valorada en cualquiera de los ámbitos en los que se esté analizando la

cimentación de una nueva estructura: en el ánimo del especialista geotécnico que redacte las

recomendaciones de cimentación para un terreno no excesivamente resistente, en la sensación

de seguridad que invade a los proyectistas de la cimentación y finalmente en el reconocimiento

de la empresa constructora, dando por sentado que la construcción de la losa puede realizarse

sin grandes complicaciones y con un gran rendimiento. De esta forma llega a veces a crearse

un estado generalizado de opinión en el que se considera la losa de cimentación como la

solución ideal que resuelve cualquier problema planteado por el terreno, a un coste razonable.

Las losas generalmente utilizadas para las cimentaciones se refieren a las de hormigón armado

de canto uniforme. En la literatura técnica aparecen también otros tipos de losas, como las

losas aligeradas con casetones perdidos de material ligero, o las losas con capiteles de

refuerzo, por encima o por debajo de la losa, bajo los pilares, pero a efectos prácticos la posible

ventaja de ahorro de consumo de materiales suele quedar compensada por la mayor sencillez

de construcción de las losas macizas y no suelen ser utilizadas. Unicamente en el caso de la

cimentación de edificios o torres de gran altura, pueden utilizarse en los proyectos losas de

diseño más complejo, muchas de ellas postesadas.






LOSAS PARA CIMENTACIONES

1. PROYECTO DE LAS LOSAS DE CIMENTACION

1.1. CRITERIOS DE DISEÑO

Resulta evidente que salvo en el caso de edificios con estructuras muy

simétricas la distribución de las cargas de la estructura y por lo tanto la de las

presiones transmitidas al terreno, no puede considerarse uniforme en toda la

superficie de la losa. Sin embargo resulta recomendable tratar de conseguir que

la distribución de cargas y por lo tanto la de las presiones, resulte lo más

uniforme posible, para reducir el riesgo de asientos diferenciales y giros que

pudieran afectar al edificio. Con este principio, existen una serie de reglas de

“buena práctica” para el diseño de las losas de cimentación, cuyo cumplimiento

puede resultar más o menos trascendental en función de la deformabilidad del

terreno sobre el que se apoye la losa. Estas reglas, que tienden

fundamentalmente a evitar asientos diferenciales y giros importantes entre

distintas zonas de las losas, pueden resumirse en las siguientes:

Procurar que la resultante de las cargas del edificio, especialmente las

debidas a las cargas permanentes, se sitúe lo más cerca posible del centro de

gravedad de la losa. Para los casos especiales de carga, como por ejemplo

cuando pueden actuar esfuerzos horizontales a gran altura que puedan

generar momentos importantes que desplacen significativamente la posición

de la resultante, sería recomendable que la excentricidad no resulte mayor

que la mitad de la distancia entre el centro de gravedad de la losa y el borde

del núcleo central. En el caso de que por razones funcionales deba permitirse

una gran excentricidad, se deberá realizar un cálculo detallado de asientos,

en base a las características y estratigrafía real del terreno

Resulta recomendable la disposición de losas con planta rectangular,

evitando las que tengan forma de H, L, T, etc. En el caso de que por razones

funcionales sean necesarias estas disposiciones, resulta recomendable






disponer juntas de dilatación, que deberán afectar tanto a las losas como a

las estructuras correspondientes.

Cuando existan estructuras próximas cimentadas sobre losas independientes

hay que estudiar con detalle la influencia de los bulbos de presiones de cada

una de ellas, y la del bulbo conjunto, en la generación de asientos,

habiéndose producido problemas importantes con estructuras pesadas

apoyadas sobre suelos blandos.

En el caso de que existan terrenos deformables con espesor variable debajo

de la losas, resulta fundamental realizar un estudio detallado de asientos, ya

que pueden producirse giros permanentes importantes que invaliden la

funcionalidad del edificio

Cuando existan estructuras con distribuciones de carga muy irregulares,

sobre todo si el apoyo se produce sobre terrenos deformables, resulta

recomendable disponer juntas de dilatación independizando el funcionamiento

de cada zona. En el caso de que no se puedan disponer estas juntas en la

estructura, será preciso también realizar un cálculo detallado de los asientos

en las distintas losas.






Para la realización de los cálculos comentados en los puntos anteriores

resulta conveniente utilizar un programa de elementos finitos con el que se

pueda discretizar el terreno y la losa de cimentación y permita realizar un

estudio de interacción entre los asientos del terreno y las deformaciones de la

losa, y en su caso de la estructura, no siendo recomendable a estos efectos el

método del coeficiente de balasto que se comentará más adelante.

1.2. COMPROBACIONES GEOTÉCNICAS

1.2.1. SEGURIDAD AL HUNDIMIENTO

El coeficiente de seguridad al hundimiento de la losa puede ser

calculado con las mismas expresiones que las utilizadas para las

zapatas, pero existen una serie de consideraciones particulares en

función de las grandes dimensiones del cimiento y de la naturaleza del

terreno.

1* * * *

2n c qq c N q N B y N

Si la losa se apoya sobre un terreno arenoso denso o medianamente

denso la determinación de la carga de hundimiento conduce a valores

de la carga de hundimiento muy elevados, debido entre otros factores a

la gran influencia del término en el que interviene el ancho de la

cimentación B, muy grande en este caso, por lo que la presión admisible

viene fijada por consideración de asientos. Si el terreno es

eminentemente granular y no presenta ningún tipo de cohesión, puede

producirse en el borde de la cimentación una plastificación local si la

losa está apoyada muy superficialmente sobre el terreno, por lo que

siempre resulta recomendable un empotramiento mínimo, suficiente

normalmente en terrenos medianamente densos con el propio canto de

la losa.






En el caso de que la losa se apoye sobre una arena muy suelta,

saturada o semisaturada, se pueden presentar dos problemas que

provoquen graves patologías: la licuefacción o el colapso del terreno.

El fenómeno de la licuefacción se puede presentar en arenas finas

saturadas de muy baja compacidad por densificación brusca del terreno

al actuar cargas cíclicas, debidas por ejemplo a terremotos.

El colapso del suelo se puede presentar en suelos granulares

semisaturados de baja densidad al perder la resistencia aparente

proporcionada por las tensiones capilares cuando aumenta su contenido

de humedad, produciéndose un asiento brusco sin que hayan variado

las cargas aplicadas.

Para prevenir problemas como los comentados debe densificarse el

terreno de forma artificial (compactación dinámica, vibro compactación,

etc.) antes de la construcción de la cimentación.

Si la losa se apoya sobre una arcilla blanda saturada la carga de

hundimiento suele producirse cuando se carga tan rápidamente la

cimentación que no da tiempo a que se disipen las presionesintersticiales generadas en el terreno. Esta forma de trabajo del suelo se

denomina comprobación a corto plazo y corresponde a la expresión de

la carga de hundimiento del suelo particularizada para los siguientes

parámetros resistentes:






0

2

u

uu

qC

Siendo qu e I valor de la resistencia a compresión simple de la

arcilla.

Al ser 0u el término en el que interviene el ancho B de la losa, al

resultar Ny = 0, no aporta ninguna resistencia a la presión de

hundimiento. Por otra parte si se trata de una arcilla normalmente

consolidada, el valor de la cohesión suele ser muy pequeño, resultando

en definitiva un valor reducido de la carga de hundimiento, que puede

conducir al hundimiento de la cimentación, como ha sucedido en

algunos casos notables de estructuras pesadas. La única forma posible

de contar con un margen de seguridad suficiente con relación a la rotura

del suelo, es la de profundizar el cimiento a base de disponer un sótano

de profundidad H, para poder contar con el término de la sobrecarga

* *q

H N , aunque el valor de Nq a corto plazo sea igual a uno, lo que

conduce al concepto de carga neta como comentaremos a continuación.

La expresión de la carga de hundimiento, despreciando la contribución

del posible empotramiento de la zapata, resulta pues: 2h uq C

con lo que para valores muy bajos de la compresión simple por ejemplo

para arcillas muy blandas con2

0.4 /uq kg cm , la carga de hundimiento

puede ser alcanzada con presiones del orden de 1kg/cm2.

Además al no intervenir el término1

2 y B N puede presentarse una

rotura próxima a los bordes de la cimentación en los que el valor de C u

local sea menor el valor medio que intervendría en una rotura

generalizada, denominándose a este tipo de rotura fallo de borde.






Un ejemplo histórico del hundimiento de una losa de cimentación es el

del silo de Transcona, en Canadá, en el año 1913. Al alcanzar una

determinada altura de grano en las celdas del silo, se superó, según se

comprobó a posteriori, la presión de hundimiento de la arcilla blanda

sobre la que se apoyaba, comenzando por plastificar el terreno situado

bajo el borde de la losa y produciéndose un giro gradual de todo el

conjunto, hasta que la profundidad alcanzada por la parte enterrada

estabilizó el hundimiento.

1.2.2. CARGA NETA. CIMENTACIONES COMPENSADAS

En la figura adjunta se puede apreciar la ventaja de una cimentación

tipo losa formando un conjunto monolítico con los muros de los sótanos

con relación a otra de zapatas aisladas, en el mismo edificio. Al calcular

la carga de hundimiento de la losa, en el término relativo a la





1MECANICA DE SUELOS APLICADOS A LA CIMENTACION Y VIAS DE TRANSPORTE

Aplicando este concepto pueden construirse cimentaciones con losa

sobre suelos blandos con una adecuada seguridad frente al

hundimiento del suelo y sin que se produzcan asientos importantes.

Cuando la presión media transmitida por la losa no supera la presión

inicial del terreno, es decir cuando la presión neta es nula o negativa, se

suele denominar cimentación totalmente compensada. Si el edificio

presenta zonas con diferentes alturas, se pueden adoptar profundidades

distintas en los sótanos para conseguir que en cada zona se cumpla

esta condición, con lo que el comportamiento del edificio resultará

previsiblemente correcto.

Cuando la presión neta transmitida en alguna zona llega a ser positiva,

la cimentación se denomina parcialmente compensada.

1.2.3. ESTIMACIÓN DE ASIENTOS

Consideremos primero una losa rígida:

Debido a la no deformabilidad de la cimentación los asientos deben

ser iguales en toda la base de la losa.






Si consideramos un suelo teórico con comportamiento elástico

sabemos que el asiento producido por una ley de presiones uniforme

tiene forma de “artesa” con mayor asiento en el centro que en los

bordes

Luego para que se produzca un asiento uniforme debajo de una

cimentación rígida, la ley de presiones transmitida al terreno no

puede ser uniforme, debiendo desplazarse una parte de las

presiones a los bordes a costa de disminuir en el centro (en el caso

del terreno perfectamente elástico la presión de los bordes resultaría

teóricamente infinita).

En el caso de un suelo real no pueden producirse tensiones infinitas

y la máxima presión que puede alcanzarse es la de plastificación del

suelo. Esta tensión corresponde a la presión unitaria de

hundimiento:

Si se trata de un suelo con cohesión esta tensión alcanza un cierto

valor qh aunque la sobrecarga por fuera de la zapata sea nula.






Pero si el terreno corresponde a un suelo granular sin cohesión y

no hay sobrecarga fuera de la zapata, la carga de hundimiento local

en el borde de la zapata es nula. En este caso además para una ley

de presiones uniforme los asientos podrían resultar mayores en los

bordes que en el centro, al plastificarse el suelo en los bordes.

Todo ello conduce a que para una losa rígida la ley de presiones

transmitida a un terreno con comportamiento elástico sin cohesión

debe ser nula en los bordes y máxima en el centro, con

plastificaciones locales contenidas hacia el borde de la zapata:

Para los sue los rea les , de características intermedias entre las

comentadas, la ley de presiones resultaría intermedia entre la (b) y la

(c).

Si consideramos ahora a la los a com o sem irrígid a, la distribución de

presiones y por lo tanto los asientos dependen del equilibrio entre la

rigidez relativa del terreno y la cimentación, y en su caso la de la

estructura. Las tensiones dependen por lo tanto de la interacción suelo-

estructura y su determinación resultaría extremadamente complicada.

En te rrenos arenoso s medianamente densos la experiencia indica que

cuando la cota inferior de la losa se sitúa a una cierta profundidad, del

orden de 2,50 m, el asiento debajo de la losa resulta razonablemente

uniforme. Los asientos diferenciales reflejan más bien la heterogeneidad

del terreno y resultan suavizados por la rigidez conjunta de la






cimentación y de la estructura, de tal forma que suelen ser del orden de

la mitad de los que corresponderían a una cimentación con zapatas.

Debido a esto es práctica común la de suponer que para las losas

resultan admisibles as ientos to ta les dobles que los considerados

para las zapatas, es decir de unos 5 cm, suponiéndose que a pesar de

ello se seguiría respetando el as iento d i ferenc ia l admis ib le de 3 A”, es

decir de unos 2 cm, admitido por Terzaghi para las zapatas.

Debido a las grandes dimensiones de las losas, que conduce a valores

muy elevados de la carga de hundimiento, suele limitarse las presiones

admisibles transmitidas por las losas por consideraciones de asientos.

En los suelos granulares uniformes, en los que pueda suponerse un

coeficiente de elasticidad creciente con la profundidad, la influencia del

ancho de la cimentación tiene un límite superior con respecto al

crecimiento de los asientos del orden de cuatro veces el

correspondiente al de una zapata pequeña de 30 cm de lado,

correspondiente a las placas de carga de menor dimensión, por lo que,

independientemente de las posibles estimaciones de asientos con

modelos elásticos que suelen realizarse en los informes geotécnicos, la

presión admisible suele ajustarse en base a la densidad relativa de la

arena, por ejemplo con tablas similares a la que se adjunta, en funcióndel número de golpes del ensayo de penetración normal S.P.T.

Tabla 3.1 : Tensiones admisibles aconsejadas para losas en arenas.

Densidad

relativa de laSuelta

Medianament

eDensa Muy densa

N Menor de 10 10-30 30-50 Más de 50

Qa Requierecom-

0,7 - 2,5 2,5 - 4,5 Más de 4,5

N = Número de golpes del S. P. T.

qa= Tensión admisible aconsejada en kg/cm2






En te rrenos arc i l losos no rmalm ente conso l idados el asiento crece

rápidamente con la dimensión de la cimentación, no siendo por otra

parte aplicable el modelo de suelo elástico de Boussinesq. Para una

primera estimación del asiento máximo en el centro de la losa puede

suponerse que, debido a sus grandes dimensiones, puede aplicarse el

método endométrico. Para una mayor precisión puede acudirse a

programas basados en el cálculo por elementos finitos, como el Plaxis,

que permiten determinar los asientos a corto plazo y diferidos en las

distintas zonas de la losa.

Cuando el edificio tiene sótanos, resulta fundamental la consideración

del concepto de carga neta. En la primera fase de excavación se

producirá en general un pequeño entumecimiento cuya magnitud

dependerá del tiempo que se mantenga el terreno excavado y de la

situación del nivel freático. Durante la etapa de carga, el asiento de

consolidación se desarrollará por una rama de recarga de pendiente

similar a la de entumencimiento mientras no se alcancen presiones

netas positivas y el asiento final resultante puede suponerse

despreciable. A partir de este momento los asientos discurrirán ya por la

rama noval determinada en los ensayos edométricos de laboratorio. Si

el edificio presenta una altura y profundidad de sótano uniformes la

solución de cimentación más conveniente será la de ajustar laprofundidad de la excavación para que la presión neta no resulte

positiva, en cuyo caso puede suponerse que, a pesar de tratarse de un

terreno blando, la seguridad al hundimiento queda garantizada y los

asientos no serán importantes.

Si el edifico presenta distintas alturas, deben estudiarse los asientos

para las distintas situaciones posibles. Si el conjunto de cimentación y

estructura resulta muy rígido los asientos pueden resultar muyuniformes, pero los esfuerzos estructurales que se generarán en la

cimentación pueden llegar a ser muy elevados. Será necesario, pues,

alcanzar un equilibrio entre las distintas zonas de la losa, con presiones

netas positivas y negativas, hasta conseguir que los asientos






diferenciales resulten admisibles, o bien disponer losas independientes

y las correspondientes juntas en la estructura.

1.3. DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS ESTRUCTURALES

1.3.1. CONSIDERACIONES SOBRE EL REPARTO DE PRESIONES

DEBAJO DE LA LOSA

Según hemos visto anteriormente la distribución de presiones debajo

de la losa depende del equilibrio entre la rigidez relativa del terreno y

la de la cimentación. Las tensiones dependen por lo tanto de la

interacción suelo-estructura, con lo que los esfuerzos, y por lo tanto

el diseño estructural de los cimientos, dependen de la distribución

real de tensiones, por lo que puede deducirse que difícilmente

resulta viable estudiar estructuralmente los cimientos teniendo en

cuenta la previsible distribución real de presiones.

A efectos prácticos, sin embargo, esto no resulta necesario, ya que

pueden estimarse fácilmente estos esfuerzos adoptando ciertas

simplificaciones y aplicando un modelo de suelo basado en la teoría

del módulo de reacción del terreno o coeficiente de balasto, debida a

Westergaard, como comentamos a continuación.






1.3.2. APLICACIÓN DEL MÉTODO DEL COEFICIENTE DE BALASTO

En lugar de suponer un medio homogéneo e isótropo con “E” y V,

como el del semiespacio elástico de Boussinesq, se supone un

modelo, llamado espacio de Winkler, en el que los asientos son

proporcionales a la presión aplicada en cada punto. Es decir se

supone que la respuesta del suelo es equivalente a un sistema de

muelles independientes con constante de muelle “k”, de tal forma que: p

= k.y (Gibson ha demostrado que el modelo de Winkler se corresponde

con un modelo elástico heterogéneo incompresible, es decir con v = 0,5,

con variación lineal del módulo de Young y valor nulo en superficie. Ver

Geotecnia y Cimientos III, apartado 3.1.1.1).

El coeficiente de balasto ó módulo de reacción del suelo, tiene

dimensiones de densidad y es como si la cimentación “flotase” en un

medio de densidad “k”. En realidad en los asientos no solo influye la

presión directamente aplicada en ese punto sino también las de los

adyacentes, ya que el suelo tiene rigidez transversal, y además en el

valor de “k”, y por tanto en la relación entre “p” e “y”, influyen las

dimensiones del cimiento. Para aplicar pues este método conviene tener

en cuenta las siguientes consideraciones:

Las presiones que se “manejan” no se corresponden con las que

previsiblemente se transmiten realmente al terreno, sino que son

unas presiones ficticias, llamadas " r eacc iones del terreno ”, que






deben ser consideradas como una herramienta útil para hallar los

esfuerzos que se producen en los cimientos. En realidad, tampoco

resulta imprescindible para definir las armaduras llegar a conocer con

detalle la distribución de asientos y presiones a lo largo de la

cimentación, ya que la diferencia de los esfuerzos generados es poco

significativa. Tan solo se debe pretender, a nuestro juicio, acertar en

la e lecc ión de un va lor representa t ivo de l coef ic iente de

balas to , con el que se obtengan valores de los as ientos medios

bajo cada una de las cargas, lo más similares posibles a los que se

obtendrían por consideraciones “geotécnicas”. El estudio de

interacción terreno-cimiento, con la teoría del coeficiente de balasto,

permitirá suavizar la distribución de presiones, y por lo tanto la de los

asientos, resultando valores más altos bajo las cargas y menores en

los centros de vano. En los apartados siguientes se comentan

algunos criterios para tratar de “acertar” en la elección del coeficiente

de balasto representativo del problema.

Por la misma razón, el método debe ser aplicado a terrenos con

com por tamient o lo más parecid o po sibl e al mo delo elástic o,

por ejemplo a terrenos granulares y arcillas preconsolidadas con

solicitaciones alejadas de la carga de hundimiento, es decirrespetando los coeficientes de seguridad usuales. Para las arcillas

normalmente consolidadas no resulta en principio recomendable el

método del módulo de reacción, ya que el coeficiente de balasto que

produjera los asientos medios esperables para la cimentación sería

tan pequeño que desvirtuaría el estudio de interacción entre el suelo

y el cimiento. De forma aproximada, se podría aplicar el método

estimando un módulo edométrico medio Em para el intervalo de

presiones que solicitarán previsiblemente a la cimentación,deduciendo a partir de él un módulo de elasticidad equivalente E y el

correspondiente coeficiente de balasto. Al estimar el valor de “k” para

suelos arcillosos, debería considerarse si se trata de una situación a

corto o a largo p lazo, es decir si la respuesta del terreno es la

correspondiente a solicitación instantánea, sin posibilidades de






drenaje, o esperando el tiempo necesario para que se desarrollen las

presiones efectivas.

Dado que en valor de los asientos finales influyen las dimensiones

del cimiento, deben ser tenidas en cuenta éstas para estimar el valor

de “k” a utilizar en los cálculos.

Según se deduce de los ensayos de placa de carga que

comentaremos más adelante, el valor de “k” resulta variable en

función de la presión aplicada, por lo que en se debe determinar “k”

para el nivel de tensiones que transmitirá previsiblemente la

cimentación.

En cualquier caso, hay que considerar que el valor de “k” interviene

con la raíz cuarta en las expresiones que definen los esfuerzos, por

lo que un pequeño error en su estimación no influye de forma

importante en el valor de los esfuerzos generados en el cimiento,

aunque si influyen proporcionalmente en el valor de los asientos

estimados, por lo que deben ser considerados como asientos

virtuales, no representativos por tanto de los movimientos reales del

terreno. La estimación de estos asientos debe ser realizada con

procedimientos geotécnicos. A efectos prácticos se suele fijar un

valor de “k” para las dimensiones reales del cimiento y se corrige la

posible falta de precisión del método tanteando diversos valores

entre los límites más probables entre los que se considere que pueda

estar comprendido el valor de k.

El método más práctico de estimar el valor del coeficiente de balasto

consiste en realizar un ensayo presiones-asientos, utilizando placas

metálicas rígidas, circulares o cuadradas, transmitiendo la cargamediante un gato apoyado contra el chasis de un camión. A falta de

estos ensayos se pueden utilizar los valores de los coeficientes de

balasto recomendados para placas cuadradas de 30 cm de lado, que

aparecen en la literatura técnica, como la tabla de la figura 2.1.1 del

libro Geotecnia y Cimientos III adjunta o los indicados en el CTE.






H= Profundidad del pozo de cimentación en «cm»

= Los terrenos granulares si están sumergidos se tomarán con una E0

o igual a los de la tabla multiplicados por 0,60.

=Los valores considerados corresponden a cargas de corta duración.

Si se consideran cargas permanentes que produzcan Q y M y ha

de tener lugar la consolidación, se multiplicarán los valores E0 yKs^ de la tabla por 0,25.

Las placas son diferentes según los ensayos de cada país, siendo las

más utilizadas en España para las cimentaciones de los edificios las

cuadradas de 30 x 30 cm y las circulares de 30 cm de diámetro.

ENSAYOS DE PLACAS CIRCULARES RÍGIDAS DE 30 CM DE

DIÁMETRO.

Para el diseño de terraplenes y pavimentos en carreteras están

normalizados en España los ensayos con placas circulares rígidas de

30 cm, de 60 cm y los de 76 cm (30”), regulados por la norma NLT -

357/98. Estos mismos ensayos, además de los de placas cuadradas de






30 cm, se utilizan para la estimación del coeficiente de balasto a utilizar

en los proyectos de cimentaciones de edificios.

El ensayo consiste en ir determinando de forma escalonada los asientos

producidos en un proceso de carga, uno de descarga y finalmente un

segundo ciclo de carga.

Para cada uno de los ciclos de carga se deduce el módulo de

deformación

0 21

E E

v

ó el coeficiente de elasticidad del suelo “E”, si

se conoce el coeficiente de Poisson “v", siempre en la hipótesis de

suponer que la placa circular es rígida y produce por tanto un

incremento de asiento uniforme (la media de los tres comparadores) y

que el terreno debajo de la placa corresponde a un semiespacio de

Boussinesq con “E” y “v" constantes.

El módulo de deformación “E0” se deduce a partir de la inclinación de la

secante entre los puntosmax

0.3 ymax

0.7

Dado que el asiento debajo de la placa es uniforme se puede trabajarindistintamente con la carga total “AP” que actúa en la placa o con la

presión media equivalente2

" " P

pa

Para una placa circular de diámetro “2a” se tiene:






Luego para un suelo dado con E y v constantes el coeficiente de balasto

k2a es inversamente proporcional al radio de la zapata “a”.

Ara la placa de 2a=30cm

El Pliego de construcción de Carreteras PG3 exige un valor mínimo del

módulo de deformación vertical en el segundo ciclo de carga en función

del tipo de material y de la situación dentro del terraplén y una relación

entre el módulo de deformación del segundo ciclo y el del primero no

superior a 2,2.

El valor del coeficiente de balasto K30 se deduce del ensayo como la

tangente del ángulo “a” en el tramo de presiones-asientos considerado

en el primer ciclo de carga y como puede apreciarse depende del

intervalo de presiones, por lo que no resulta fácil establecer un criterio

común para definirlo.






Algunos autores lo determinan estableciendo el intervalo de presiones

de forma que comprenda la máxima presión que se estima va a producir

la cimentación sobre el terreno y en el primer ciclo de carga, lo que se

queda del lado de la seguridad. Por otra parte al utilizar placas de

pequeño diámetro pueden producirse plastificaciones en los bordes de

la misma si los suelos no tienen cohesión, lo que también proporciona

otro margen seguridad y los coeficientes k30 determinados resultan, en

general, conservadores. Si el ensayo se realiza con placas cuadradas

de 30 x 30, puede determinarse el valor del K30 equivalente al de la

placa circular, considerando una placa circular de igual área que la

placa cuadrada, ya que según se deduce de la expresión del asiento,

para un suelo elástico, estos son directamente proporcionales al

diámetro de la placa y, por lo tanto, los coeficientes de balasto

inversamente proporcionales:

ESTIMACIÓN DEL COEFICIENTE DE BALASTO DE LAS

CIMENTACIONES REALES CON ÁREAS MODERADAS A PARTIR

DE LOS ENSAYOS DE PLACA DE CARPA

En cimentaciones con dimensiones moderadas y suficiente rigidez para

poder suponer que los asientos debajo del cimiento son

aproximadamente uniformes, es posible estimar valores corregidos del

coeficiente de balasto en función de los ensayos de placas de carga que

permitan estudiar la relación presiones-asientos bajo los cimientos con

la teoría del coeficiente de balasto, de tal forma que los asientos medios

finales se aproximen a los realmente esperables.






Dado que las cimentaciones son normalmente rectangulares suele ser

más frecuente utilizar como referencia los ensayos de placas cuadradas

de 30 x 30, ó bien transformar los de la placa circular de 30 cm de

diámetro en los equivalentes de placa cuadrada, como se ha comentado

anteriormente.

Por otra parte es necesario tener en cuenta también el tipo de suelo de

que se trate, por ejemplo según los criterios siguientes, debidos a

Terzaghi:

SUELOS ARCILLOSOS Y ARENAS SUELTAS DE PROFUNDIDAD

INDEFINIDA, EN LOS QUE PUEDAN CONSIDERASE “E” Y “V”

CONSTANTES (MODELO DE SUELO 1)

Si se suponen constantes con la profundidad los valores de “E” y “v” del

terreno, se puede considerar que sigue siendo válida la relación de

proporcionalidad entre coeficientes de balasto y dimensiones del

cimiento, supuesto cuadrado de lado B.

Si la cimentación es rectangular de dimensiones L y B, se transforma en

una cuadrada equivalente mediante un coeficiente de forma 2 1

3

,

siendo






SUELOS ARENOSOS DE COMPACIDAD UNIFORME EN LOS QUEPUEDA CONSIDERARSE EL VALOR DE UE” CRECIENTE CON LA

PROFUNDIDAD (MODELO DE SUELO 2)

En los suelos arenosos compactos el valor de “E“ puede suponerse

linealmente creciente, debido al aumento de presiones efectivas y el

efecto del confinamiento con la profundidad, por lo que la mayor

dimensión de la zapata con relación a la de la placa hace que

intervengan en la deformación del terreno zonas más rígidas que lasafectadas por el ensayo de placa de carga, con lo que el valor del

coeficiente de balasto no va decreciendo linealmente con la

dimensión de la zapata, sino mucho más suavemente, con un límite

máximo para las zapatas cuadradas de grandes dimensiones, según

Terzaghi, de un cuarto del valor determinado para el ensayo de

placa de 30 x 30 cm.

Para aproximarse más a los valores de los asientos obtenidos en

pruebas de carga con zapatas reales, algunos autores aconsejan

adoptar en el denominador 2,5 B; 3 B ó incluso 5 B.

Para zapatas rectangulares, lo más aconsejable es transformarlas en

zapatas cuadradas de área equivalente y aplicar la expresión anterior.

SUELOS DE CARACTERÍSTICAS INTERMEDIAS






La mayor parte de los suelos presentan características intermedias

entre los dos modelos anteriores estudiados por Terzaghi. Además lo

normal es que, lejos de ser uniformes, existan varios estratos que, en

función de las dimensiones de las cimentaciones, pueden verse

afectados por los bulbos de presiones generados por las mismas.

También es frecuente que se encuentren limitados en profundidad por

estratos mucho más rígidos, que pueden considerarse indeformables a

efectos prácticos.

La adopción de un coeficiente de balasto en los casos reales debe ser,

pues, analizada en función de consideraciones geotécnicas y de la

experiencia que pueda tenerse del comportamiento de las

cimentaciones de cada zona.

ESTIMACIÓN DE “K” PARA EL ESTUDIO DE UNA LOSA FLOTANTE

CON CARGAS CONCENTRADAS

Cuando se trata de proyectar una losa que cimenta numerosos pilaresde un edificio, debe considerarse en primer lugar que los ensayos de

placa de carga realizados en la superficie no resultan en principio

representativos de la totalidad del terreno afectado por el bulbo de

grandes dimensiones generados por la losa. Si a pesar de todo, se

tratase de un terreno homogéneo de gran espesor, para el que pueda

suponerse un módulo de elasticidad constante con la profundidad,

pueden resultar valores muy reducidos del coeficiente de balasto si se

pretenden corregir los resultados obtenidos con los ensayos para lasdimensiones totales de la losa, aplicando las expresiones indicadas

para el modelo de suelo 1. Ello conduciría a resultados incorrectos, no

solo porque los asientos no serían representativos de la realidad, sino

porque además se podrían trasladar indebidamente parte de las cargas

de las zonas de pilares más cargados a otras adyacentes, resultando






esfuerzos que penalizarían en exceso el armado de la losa. A efectos

de corregir los valores de los coeficientes de balasto obtenidos con los

ensayos de placas de carga, se debería establecer un límite virtual para

las dimensiones del cimiento, que se podría establecer de forma que no

se sobrepasaran los valores de las dimensiones geométricas de la

crujía más representativa de la estructura.

Consideramos que a efectos prácticos puede ser suficientemente

aproximado para realizar el cálculo de las losas, apoyadas en un

sistema de muelles representados por el coeficiente de balasto,

determinar un valor de “k” uniforme para toda la losa, para el modelo de

terreno de que se trate, corregido para las dimensiones de un área de

zapata cuadrada virtual, obtenida dividiendo la carga de un pilar

representativo de la estructura, entre la presión admisible recomendada

por el informe geotécnico, que lógicamente presentará como límite el

área geométrica de la cuadrícula de dicha crujía tipo, para el caso de

que coincida la presión media transmitida por la losa con la presión

admisible del informe geotécnico.

Por otra parte, hay que considerar que el asiento calculado en el centro

de la losa, con modelos más rigurosos, como por ejemplo con un

programa de elementos finitos, que tiene en cuenta las dimensionesreales de las placas y la rigidez relativa suelo - cimiento, resultará

generalmente mayor que el determinado con la teoría del coeficiente de

balasto, pero con este último método se pueden estimar de forma

razonable los esfuerzos que solicitan a la placa. Si supusiéramos el

caso ideal de una losa con una distribución de cargas simétricas y

regulares, con distancias entre pilares inferiores a nl2 veces la longitud

elástica, se podría suponer una distribución uniforme de presiones que

produciría una ley de asientos uniforme en el caso del suelo winklerianoy en forma de artesa en un suelo elástico. Para tratar de conseguir una

cierta concordancia entre las presiones y los asientos obtenidos con el

método del coeficiente de balasto con respecto a los del método

elástico, se podría suponer una ley de coeficientes de balasto variable,

con valores menores en el centro de la losa y mayores en los bordes, lo






que produciría una redistribución de presiones, trasladando cargas

hacia las zonas extremas de la losa, y modificaría las presiones y las

leyes de esfuerzos, por lo que habría que proceder a un reajuste

sucesivo muy laborioso. A nuestro juicio resulta recomendable a efectos

prácticos, asumir el carácter aproximado de este método utilizando un

“k” uniforme y limitarse a determinar los esfuerzos en la losa que nos

permitan calcular sus armaduras, obteniendo unos resultados que

quedan suficientemente avalados por la experiencia del buen

comportamiento de las cimentaciones así diseñadas, teniendo en

cuenta que los asientos obtenidos con este método debajo de las

distintas zonas de la losa diferirán de los asientos deducidos

geotecnicamente con un cálculo elástico.

2. CONSTRUCCION DE LOSAS EN EDIFICIOS CON SOTANOS

Podemos considerar los siguientes tipos de procesos constructivos:






3. SOTANOS BAJO EL NIVEL FREATICO

La presencia del nivel freático por encima de la cota de máxima excavación de los

sótanos plantea diversos problemas que afectan al diseño y la construcción de los

recintos constituidos por los muros y losas de cimentación, que se pueden resumir en

los siguientes:

Necesidad de deprimir provisionalmente el nivel freático dentro del recinto de

excavación para poder ejecutar los trabajos.

Creación de un recinto estanco asegurando el buen funcionamiento de las juntas

de unión entre los distintos elementos.

Absorción de los esfuerzos de sub presión generados por debajo de la losa con

los distintos tipos de soluciones existentes: losa de gravedad, losa anclada,

solución descendente ó eliminación de la sub presión mediante la disposición de

un drenaje inferior.






En los esquemas siguientes se analizan los procesos constructivos de los

distintos tipos de soluciones para la realización de recintos estancos de sótanos

situados bajo el nivel freático.






TIPOS DE LOZAS DE CIMENTACIONES

LOSA DE CIMENTACION CON ESPESOR

UNIFORME: se caracterisa solo por

tener los refuerso s de acero y el

espesor de terminado por los calculos

sin nuingun tipo de alteracion.

LOSAS DE CIMENTACION ALIGERADA:

este tipo de losas se caracteriza pordisminuir el volumen de concreto a

utilizar, debido a que solo se emplea

el espesor determinado en las

secciones criticas determinadas en el

diseño; el resto se disminuirá hasta

donde se permita el esfuerzo cortante

en el diseño.

LOSA DE CIMENTACION NERVADA: a

diferencia de las losas aligeradas aquí

solo se emplean vigas, las cuales solo

corren sobre los ejes X e Y generando

así cajones entre columnas. Con esta

forma se disminuye mucho más el

volumen del concreto a utilizar como

se ve en la figura

Losas Para Cimentaciones (1)

Documents

Transcript of Losas Para Cimentaciones (1)