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METODOLOGA DE DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD

INGENIERA GEOTCNICA

Prof.: Ing. Wilfredo Gutirrez Lazares

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

CENTRO DE EDUCACIN CONTINUA

DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD

CONTENIDO

INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO EN LA CAPACIDAD DE CARGA.

ANLISIS DE CIMENTACIONES EN BASES ESTRATIGRFICAS.

MTODO GRFICO ANALTICO PARA EL CLCULO DE LA

CAPACIDAD DE CARGA.

DISEO POR ESTADOS LMITES. 1 ESTADO LMITE.

DISEO POR FACTOR DE SEGURIDAD GLOBAL. CRITERIO DE

ESTABILIDAD.

DISEO DE TENSIONES ADMISIBLES.




DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD CONTENIDO



MTODO GRFICO ANALTICO PARA EL CLCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA.


DISEO POR FACTOR DE SEGURIDAD GLOBAL. CRITERIO DE ESTABILIDAD.






INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Se analiza hasta 1.5 b

CASO I

El NF debajo del nivel de cimentacin a una profundidad

menor que 1.5b.

CASO II

El NF por encima del nivel de cimentacin.






CASO I

El nivel fretico debajo del nivel de cimentacin a una

profundidad menor que 1.5b.






CASO II

El nivel fretico por encima del nivel de cimentacin.





CONTENIDO



MTODO GRFICO ANALTICO PARA EL CLCULO DE LA CAPACIDAD

DE CARGA.



ESTABILIDAD.








I - Aparece un solo suelo.

II- Existan dos estratos de suelos diferentes.

III- El suelo est muy estratificado.




DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD A N L I S I S D E C I M E N T A C I O N E S E N B A S E S

E S T R A T I G R F I C A S .


CASO I : Aparece un solo suelo

Para el primer caso, la capacidad de carga del suelo se

determina mediante la expresin de capacidad de carga

utilizando las caractersticas fsico-mecnicas de clculo

del suelo que aparece.







CASO II : Existan dos estratos de suelo diferentes

El segundo estrato situado a una profundidad z, sea ms

dbil que el que soporta directamente la cimentacin.

Luego: la capacidad de carga de la base de la

cimentacin se obtendr a partir de las caractersticas

fsico-mecnicas de ese segundo estrato.







Nz* Qbtz*

Qbtz* : Carga bruta de trabajo resistente a la estabilidad de la

base a la profundidad z, determinada por las caractersticas

fsico mecnicas de clculo del segundo estrato.





A N L I S I S D E C I M E N T A C I O N E S E N B A S E S E S T R A T I G R F I C A S .


Nz* : Componente vertical de la resultante de todas las solicitaciones de clculo a l

a profundidad z analizada.

2I* : Peso especfico del primer estrato por debajo del nivel de cimentacin. Si

est por debajo del nivel fretico se toma saturado

HI : Espesor del primer estrato.

(b+HI) (I + HI) : Dimensiones de la cimentacin ficticia a profundidad de

cimentacin (d+ HI ) = z.

Nz* = N* + QCIM. + QRELL + 2I* . H I

. (b+H I) (I + H I)







De no cumplirse la condicin de diseo deben de aumentarse las

dimensiones del cimiento hasta cumplirla.

Si de los dos estratos el ms dbil es el primero, se tomarn las

caractersticas fsico-mecnicas de ste, en caso que su espesor sea

muy pequeo, puede tomarse la solucin de excavar hasta llegar al

segundo estrato y disear para este ltimo.

Si las caractersticas fsico-mecnicas de ambos estratos son

similares y evidencian que sus capacidades de carga tambin lo son,

se tomarn las caractersticas fsico-mecnicas del primero para

realizar el diseo.







CASO III : El suelo est muy estratificado.

Para los casos de bases de cimentaciones muy

estratificadas, en las que a una profundidad de 1.5b

existan ms de dos estratos de suelos diferentes, hay que

utilizar el Mtodo Grfico Analtico para el clculo de la

capacidad de carga de la base de la cimentacin.





CONTENIDO

INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO EN LA CAPACIDAD DE

CARGA.

ANLISIS DE CIMENTACIONES EN BASES

ESTRATIGRFICAS.


CAPACIDAD DE CARGA.


DISEO POR FACTOR DE SEGURIDAD GLOBAL. CRITERIO

DE ESTABILIDAD.







Base de las cimentaciones muy heterogneas con presencia de ms de

dos tipos de suelo en la zona de trabajo de dicha base (1.5b).

Cuando la sobrecarga a nivel de cimentacin a ambos lados de ella, es

mayor del 50% de la capacidad resistente de dicha base.

Cimentacin en taludes, cerca o debajo de ellos.

Posibilidad de un estrato no estable de los suelos de las bases (Excepto

en los casos para los cuales se desarrollan por mtodos analticos de

calculo).






F.S. =

..

..

desestMtos

estabMtos1,2

Donde:

F.S.: Es el coeficiente de seguridad de una superficie de falla circular propuesta,

en la cual todos los anlisis estn hechos para un metro de largo de la

cimentacin.

Mtos. estab., Mtos. desest.: Sumatoria de los momentos estabilizadores y

desestabilizadores con respecto al centro de giro.

Para el clculo del coeficiente de seguridad se puede

utilizar cualquier mtodo que trabaje con una superficie de

falla circular (Fellenius, Bishop simplificado, etc.)





CONTENIDO


CARGA.



CAPACIDAD DE CARGA.



ESTABILIDAD.






Diseo por estados lmites. 1 Estado Lmite.

Capacidad de carga: Debe de cumplirse que la presin actuante sobre

el terreno debido a las cargas impuestas por la estructura sea menor

que la capacidad de carga del suelo donde se desplant la misma.

Vuelco: Se debe chequear que la combinacin sea segura al posible

vuelco garantizando que:

Momentos estabilizantes >1.5 Momentos desestabilizantes.

Deslizamiento: El tercero deber ser capaz de equilibrar la

componente horizontal de la resultante de los esfuerzos transmitidos al

terreno oblicuamente sobre la superficie de contacto del cimiento y el

terreno.





COMBINACIN DE CARGA PARA EL DISEO POR ESTABILIDAD.

LAS COMBINACIONES DE CARGA FUNDAMENTALES

CONSIDERADAS EN EL DISEO GEOTCNICO DE

CIMENTACIONES SUPERFICIALES SON:


1) 1,5D + 1,8L

2) 1,25(D+L+E)

3) 0,9D + 1,25E





DETERMINACIN DE LAS CARACTERSTICAS FSICO-

MECNICAS DE CLCULO DE LOS DIFERENTES ESTRATOS.

LA CAPACIDAD RESISTENTE DE LA BASE DE UNA

CIMENTACIN EST EN FUNCIN DE LAS CARACTERSTICAS

FSICO-MECNICAS DE CLCULO DEL SUELO QUE SE

DETERMINAN PARA UNA PROBABILIDAD DE DISEO DE:

= 95% PARA OBRAS DONDE EL FALLO SE CLASIFIQUEN

COMO: MUY GRAVE, GRAVE O LEVE.

= 99% PARA OBRAS DE CATEGORA ESPECIAL. :


C*=

gc

C *=tg-1

gtg

tg

g






TIPOS DE SUELOS

Suelos C y C- (25)

Coeficientes de variacin de las caractersticas mecnicas del

suelo

Valores degtg mximos a utilizar

Coeficientes de variacin de las caractersticas

mecnicas del suelo

Valores degtg mximos a utilizar

Vtg 0.2 gtg = 1.20 Vtg 0.07 gtg = 1.10

Vc 0.26 gc = 1.40 30

Vtg > 0.07 gtg = 1.15

Vtg > 0.2 gtg = 1.25

Vc > 0.26 gc = 1.45 > 30 Vtg 0.08 gtg = 1.10

Tabla 2.1- Valores mximos de los coeficientes de minoracin de las caractersticas

mecnicas del suelo





SI LOS VALORES NORMATIVOS DE LAS CARACTERSTICAS FSICO-MECNICAS DEL

SUELO SON OBTENIDAS DE TABLAS, O NO ES POSIBLE REALIZAR EL ANLISIS

ESTADSTICO, ENTONCES SE TOMARN PARA UNA PROBABILIDAD DE DISEO DE =

95%, LOS VALORES GY, GC Y GTG QUE APARECEN EN LA TABLA 2.2.


TIPOS DE SUELOS

Coeficiente de minoracin

(g)

Suelos cohesivos (C>0, 25)

Suelos C- ( > 25)

Suelos ( 30)

Suelos ( > 30)

gy 1.05 10.5 1.03 1.03

gc 1.45 1.40 - -

gtg 1.25 1.20 1.15 1.10

Tabla 2.2- Valores de gy, gc y gtg para una probabilidad del 95%.





CHEQUEO DE LA SEGURIDAD DE VUELCO.

DONDE:

MOMENTOS ESTABILIZANTES: SUMATORIA DE LOS MOMENTOS DE TODAS LAS

FUERZAS, CON SUS VALORES NORMATIVOS, QUE SE OPONEN AL VUELCO DE LA

CIMENTACIN CON RESPECTO A LA ESQUINA DEL CIMIENTO.

MOMENTOS DESESTABILIZANTES: SUMATORIA DE TODAS LAS FUERZAS, CON SUS

VALORES NORMATIVOS, QUE TIENDEN A PROVOCAR EL VUELCO DE LAS CIMENTACIONES

CON RESPECTO A LA ESQUINA DEL MISMO.

CON SUS VALORES NORMATIVOS, PUES EL FACTOR DE SEGURIDAD 1.5, YA POSEE LA

SEGURIDAD ADECUADA PARA ESTE CHEQUEO.


F.S.V. =

izantesdesestabilMomentos

ntesestabilizaMomentos 1.05 1.5





CIMIENTO CON PEDESTAL CNTRICO.

PARA LOS CASOS DE CIMIENTOS RECTANGULARES CON PEDESTAL CNTRICO (FIG. 2.1.), BASTA CHEQUEAR QUE LA EXCENTRICIDAD SEA MENOR O IGUAL QUE UN TERCIO DEL ANCHO O LARGO DE LA BASE SEGN EL LADO QUE SE ANALICE, SI

ESTO SE CUMPLE, SE GARANTIZA TAMBIN EL CUMPLIMIENTO DE LA CONDICIN

DE VUELCO.

EL L /3

EB B /3


Fig. 2.1- Cimiento con pedestal cntrico





E N E L C A S O D E N O C U M P L I R S E A L G U N A D E L A S C O N D I C I O N E S P L A N T E A D A S A N T E R I O R M E N T E , D E B E N D E A U M E N T A R S E L A S D I M E N S I O N E S D E L A B A S E , V A R I A R L A F O R M A O E L T I P O D E C I M E N T A C I N


Cimiento con pedestal excntrico.

Para un cimiento con pedestal excntrico (Fig. 2.2), la expresin del F.S.V. queda:

Fig. 2.2- Cimiento con pedestal excntrico.

F.S.V. = dHM

blddN

L

l

.'

..' 2/20

1.5





CHEQUEO DEL DESLIZAMIENTO.

EL CIMIENTO NO TENDR PELIGRO DE DESLIZAMIENTO; SI LAS FUERZAS

HORIZONTALES ACTUANTES SE COMPENSEN CON LAS FUERZAS RESISTENTES

QUE APORTA EL SUELO.

QUE LLEVADO AL CASO ESPECFICO DEL SUELO, SE ESCRIBE COMO:

SIEMPRE QUE NO SE CUMPLA ESTA CONDICIN SE INCREMENTA EL REA DE LA

BASE, HASTA SATISFACER DICHA EXPRESIN.


F* actuantes F* resistentes

H* N* tg* + 0.75 b l C*





C A P A C I D A D D E C A R G A

P A R A S U E L O S C -

P A R A S U E L O S C

D O N D E :


qbr* = 0.52*.B

.N

.S

.i

.d

.g + C*

.Nc

.Scicdcgc + q* NqSqiqdqgq

qbr* = 5.14C*(1+Sc+ dc-ic-gc)+q*

2* : Peso especfico minorado por debajo del nivel de cimentacin.

B : Lado menor entre l y b.

q* : Presin efectiva a nivel de solera alrededor del cimiento.

N, Nc, Nq : Factores de Capacidad de carga.

S, Sc, Sq, i, ic, iq, d, dc, dq, g, gc, gq : Factores de influencia.






Condicin de diseo para el criterio de estabilidad.

La condicin de diseo en este caso queda como:

NC* Qbt*

'

'' q

K

qqbrQbt = b.

Para cimientos rectangulares.

Qbt* = l b

*

**q

qqbr

s

Para cimientos circulares. Cimiento con carga vertical centrada (ec = 0)

Qbt* =

*

**

4

2

0 qqqbrD

s






Condiciones de trabajo de

la base de la cimentacin Tipo de fallo Valores de s

Favorables

Leve 1.10

Grave 1.15

Muy grave 1.20

Normales

Leve 1.15

Grave 1.20

Muy grave 1.25

Desfavorables

Leve 1.20

Grave 1.25

Muy grave 1.30






El cumplimiento de la condicin de diseo debe lograrse

para una tolerancia del 3 5 %, garantizndose as un

diseo econmico.

% tolerancia =

*

**

N

NQbt100 3 5 %




DISEO DE CIMENTACIONES POR

ESTABILIDAD

Algoritmo General de

Diseo

N Qbt

Qbt = b

q

q*q

S

br

qbr.*

FIN

INC( b, )

INC( b, )

SI

SI

NOH 0

H* Ntg*+0.75b C*

Nq, Nc, N, Sq, Sc, S

iq , ic, i , dq, dc, d

gq, gc ,g

SI

e*, e

b,

e*, e

NO

b,

NO

Ni, Mi, Hi, Ci, i, i, hi, d, qsc, S

N*, H*, M*, C*, *, *, q

b,

N=N*+20b d

e*, e

INICIO

e / 3

INC( b, )

SI

b,

NO

Chequeo del Vuelco

Chequeo de

Deslizamiento

Chequeo de

Capacidad de Carga




Aplicaciones Computacionales






CONTENIDO


CARGA.



CAPACIDAD DE CARGA.



ESTABILIDAD.






D I S E O P O R FA C T O R D E S E G U R I D A D G L O B A L .

C R I T E R I O D E E S TA B I L I D A D .

II. Diseo por factor de seguridad global o coeficiente nico.

Criterio de Estabilidad.

Capacidad de carga

Vuelco

Deslizamiento

)( EWLD

Combinaciones de carga para el diseo por estabilidad.

D + L

K donde K tiene que ser 0,75

D + (W E)





D I S E O P O R F A C T O R D E S E G U R I D A D G L O B A L . C R I T E R I O

D E E S T A B I L I D A D .

F.S. vuelco =

izantesdesestabilMomentos

ntesestabilizaMomentos 1.5

Factuantes

esFresistentF.S. Deslizamiento =

Fresistentes =

1.5

. . . .

. .

b c tg N

b c N.tg.

a





Valores del coeficiente de friccin

Muro Suelo

MATERIAL tg

Madera 22 0,4

Concreto Rugoso tg

Concreto Liso 17 0,3

Acero Limpio 11 0,2

Acero Herrumbroso 22 0,4

En general los valores de FSvuelco y FSDESLIZAMIENTO propuesto son los

ms utilizados, aunque en funcin de las caractersticas de la obra se

podran utilizar otros a criterios del proyectista.





D I S E O P O R F A C T O R D E S E G U R I D A D G L O B A L . C R I T E R I O

D E E S T A B I L I D A D .

'

'' q

K

qqbr

-Condicin de diseo para el criterio de estabilidad.

La condicin de diseo en este caso queda como:

N0 Qbt

El valor de la carga bruta resistente a la estabilidad se determina a partir

de:

Cimientos rectangulares

Qbt = b.

.

a) K = 3,0 Para combinaciones donde activen cargas estticas.

b) K = 2,5 Para combinaciones donde este presente el sismo o el viento, la que

sea ms desfavorable.





C O N T E N I D O

I N F L U E N C I A D E L N I V E L F R E T I C O E N L A C A P A C I D A D D E C A R G A .

A N L I S I S D E C I M E N T A C I O N E S E N B A S E S E S T R A T I G R F I C A S .

M T O D O G R F I C O A N A L T I C O P A R A E L C L C U L O D E L A C A P A C I D A D D E C A R G A .

D I S E O P O R E S T A D O S L M I T E S . 1 E S T A D O L M I T E .

D I S E O P O R F A C T O R D E S E G U R I D A D G L O B A L . C R I T E R I O D E E S T A B I L I D A D .

D I S E O D E T E N S I O N E S A D M I S I B L E S .






Chequeo de la presin admisible (Rs)

El chequeo de la presin admisible, que en mucha literatura se conoce como

resistencia de suelo Rs, se realiza segn:

* Para e = 0






* Para 0 < e ? /6 <




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