Requisitos Min Diseño Cimentaciones UNPRG

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Ing. William Rodrguez Serqun REQUISITOS MINIMOS PARA EL DISEO DE CIMENTACIONESV Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

Expreso mi esperanza de que, encuentren til mi pequea contribucin, al monumento del conocimiento. Los grandes proyectos estn en manos de grandes hombres, pero trabajadores ms humildes, trabajando escondidos en la oscuridad de las cimentaciones, quiz podrn ser de ayuda

Charles-Augustin de Coulomb1773

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

OBJETIVO: Conocer los requisitos mnimos y parmetros geotcnicos, que intervienen en el diseo de cimentaciones:

-Los requisitos mnimos que se deben cumplir, para el diseo de cimentaciones-Los parmetros geotcnicos y relaciones que intervienen en el diseo de: -Zapatas aisladas -Zapatas conectadas -Zapatas continuas -Plateas-Los parmetros que intervienen en las fallas debido a excavaciones

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

Requisitos mnimos

Para disear cimentaciones hay que conocer:-La geodinmica interna-La geodinmica externa-Las caractersticas geotcnicas, del lugar donde se va construir la cimentacin.

Las Naciones Unidas, han clasificado en cuatro grupos, los fenmenos naturales, que pueden causar desastres, y que son representados en un Mapa de peligros naturales:A. Generados por procesos dinmicos en el interior de la tierra (Geodinmica interna).-Terremotos, Maremotos o tsunamis, actividad volcnicaB. Generados por procesos dinmicos en la superficie terrestre (Geodinmica externa).-Deslizamientos, derrumbes, aludes, aluviones, deglaciacin.C. Generados por fenmenos metereolgicos, oceanogrficos.-Cambios climticos (como el fenmeno de El Nio), Cambios climticos (sin El Nio), Inundaciones, sequas, temporales, granizo.D. De origen biolgico.-Plagas (langostas), epidemias.

Mapa geotcnico de la ciudad de Mrrope. LambayequeV Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Peligros de la naturaleza:

Se deben conocer los peligros de la naturaleza que van a afectar el diseo:-Peligro geolgico-Peligro geotcnico-Peligro climtico-Peligro por sismo-Peligro por inundaciones-Peligro por tsunamis-Peligros por deslizamientos-Peligro por derrumbes-Peligros por licuaciones-Peligro por expansiones

Mapa de peligro climtico de la ciudad de Mrrope. LambayequeV Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010El Mapa de peligros

Considerar el mapa de peligros, donde est zonificado de diferentes colores, el potencial de peligro de las zonas de una ciudad, debido a los desastres de la naturaleza.

Peligro muy altoPeligro altoPeligro medioPeligro bajoMapa de peligros de la ciudad de Mrrope. LambayequeV Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010El Estudio de Suelos

Ensayo de penetracin estndar (SPT), para construccin de tanque elevado, en la ciudad de Nuevo Mocce. Lambayeque.El Estudio de suelos, nos proporciona un diagnstico detallado de las condiciones del lugar de la construccin. Desde el punto de vista geotcnico, nos proporciona los parmetros de diseo, y las recomendaciones a considerar para evitar los peligros del suelo. Se espera que ste sea completo y prevea todos los posibles accidentes o fallas del futuro, y ofrezca todas las soluciones a los problemas de ingeniera. Esto es difcil. Sin embargo cuando estas ocurren, se juzga con sumo rigor al que realiza el estudio de suelos, porque el profesionalque hace un informe tcnico trata de prever los problemas, en base a pruebas puntuales del lugar, con las cuales induce el comportamiento de toda el rea de estudio. Si usted esta haciendo un estudio de suelos, y sabe de algo peligroso, que puede pasar en la obra, tiene que decirlo, as no corresponda al estudio de suelos que est haciendo. Se le juzgar con rigor, porque se asume que el ingeniero tiene otro nivel de conocimientos. V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Lo mnimo que debe tener un Estudio de Suelos:

Realizar el estudio de suelos, en el que debe constar como mnimo:

-Los ensayos in situ y de laboratorio.

-La interpretacin de los resultados de los ensayos, y la problemtica que va tener la edificacin debido al suelo.

- La solucin de la problemtica encontrada en el suelo.

Elementos de un ensayo de penetracin estndar (SPT). Se cuenta el nmero de golpes N, que se aplican con el martillo, para que la caa partida penetre 30 cm.

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Ensayos de laboratorio

Los ensayos de laboratorio o in situ, nos determinan los parmetros geotcnicos, para el diagnstico, diseo y construccin de las cimentaciones. Por tanto asegurarse que sean realizados en un laboratorio confiable.

Ensayo de corte directo, realizado en el Laboratorio de suelos de la UNPRG. Lambayeque. Per.V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Tabla dada por Holtz y Gibbs en su libro: Propiedades de ingeniera de las arcillas expansivas

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

ReglamentosLos reglamentos, nos indican los mtodos de exploracin y muestreo, para el estudio de suelos, las especificaciones para el diseo y construccin de las cimentaciones, especificaciones de la calidad de los materiales, y los detalles de colocacin de aceros.

Cuando los reglamentos no tratan un tema, se debe recurrir a textos especializados.

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Conocer las teoras de falla de los suelos

Se deben conocer la teora de la ingeniera geotcnica, que explica el origen de las fallas de los suelos, que producen dao a las edificaciones adyacentes a la nueva cimentacin.

Conocer la teora de Mohr-Coulomb.

Conocer la teora de Terzaghi

Falla debido a excavacin de stano.V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Tener cuidado con los derrumbes

Los derrumbes producen dao fsico a los trabajadores.

Como consecuencia hay sancin penal, para el ingeniero residente, y la empresa constructora.

Esto est sucediendo constantemente, por tanto debemos recordar bien la leccin, para que no se repita.

Muerte de dos obreros, por derrumbe de suelo, en obra de saneamiento, en el ao 2009, en distrito de Jos Olaya en Chiclayo. Per. Fiscal pidi 5 aos de prisin, y 10,000 soles de reparacin para ingeniero residente; y 200, 000 soles de reparacin civil a empresa constructora.Tomado del diario El Norteo de Chiclayo.V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Hacer calzaduras

Debemos conocer los parmetros geotcnicos, que intervienen en el fenmeno de los derrumbes.

Luego, recomendar la realizacin de calzaduras, para evitar los mismos.

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Zapatas aisladas

.

Para dimensionar las zapatas aisladas, hay que encontrar la relacin entre el peso de la zapata Pz y el peso de la carga de servicio P:

n = Pz / P,

Pz = n*P

P + Pz = q neto * A * B

Pz = c * A * B * H, V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

Siendo: c = Peso volumtrico del concreto armado.A, B, H = dimensiones en planta y elevacin de la zapata.q neto = esfuerzo neto

:

Se puede tabular y hacer grficas.Se obtiene:V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Dimensionado de zapatas aisladas

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V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Zapata conectada

Se colocan vigas de conexin, para evitar los desplazamientos laterales (horizontales) de las zapatas. Adems para soportar los momentos de las columnas (por cargas muerta, viva y sismo), disminuir el efecto de los asentamientos diferenciales y, para soportar los momentos, debido a la excentricidad de la carga de la columna y la reaccin del suelo, que se produce en las zapatas excntricas. La colocacin de vigas de conexin es obligatorio, en estructuras construidas en zonas ssmicas, segn el cdigo europeo llamado Eurocdigo 8: Proyecto de estructuras sismoresistentes. Adems deben colocarse en ambas direcciones formando una retcula.

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Modelo estructural

-:Un modelo estructural simple, de zapatas conectadas, se muestra en el esquema de la izquierda, donde P1 y P2 son las cargas actuantes, R1 y R2, son las reacciones del suelo, s1 es el ancho de columna, L es la separacin entre cargas, y x es la distancia al punto de momento mximo.

Hallamos x , el punto de cortante cero y de momento mximo:

qu1*x P1u =0 x = P1u / qu1 Mu mx = - Pu1*(x s1/2) + qu* x2 / 2

Determinamos el diagrama de momentos.

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Concreto y acero

Usando el modelo y procedimiento de diseo mencionado, se han calculado las reas de las zapatas excntrica (B1xT1, en m2), interior (B2 = T2, en metros), y las secciones y aceros de las vigas de conexin; para las variables: Nmero de pisos (N), separacin de columnas (L) en metros, y el esfuerzo neto (qneto). La separacin de columnas se consider igual en ambas direcciones. No se incluy el efecto del sismo. Adems fc = 210 kg/cm2, fy = 4200 kg/cm2. Se presenta la seccin (bxh, cm2), y los aceros del lecho superior (As superior.) e inferior (As inferior) de la viga de conexin. Se muestran los resultados, que pueden servir como pre-dimensionado de zapatas conectadas.V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Pre-dimensionado de zapatas conectadas

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Pre-dimensionado de zapatas conectadas

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V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Pre-dimensionado de zapatas conectadas

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V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Zapatas continuas

Un cimiento es rgido, si se verifica la relacin, dada en la Norma ACI 336.2R 88 Suggested Analysis and Design Procedures for combined footings and Mats, reaprobado en el 2002, y que nos remiten a Fritz Kramrisch y Paul Rogers (Simplified Design of Combined footing, 1961), y Kramrisch (Footings, 1984):

En la direccin transversal.-Separacin para luces de volados:

Donde: t = espesor de la zapata.v = longitud del voladob = ancho del cimientoEc = 15000 fc Ec = 2.17 x 10 6 ton/m2, para fc = 210 kg/cm2.K = q / d = Mdulo de balasto .

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

En la direccin transversal.-

Para voladizos, usando la ecuacin:L = v = longitud del voladoEm = Ec/2 = 108 685 kg/cm2 Con h = 1.1 d

La expresin general de volado/canto, resulta:

Zapatas continuas: En la direccin transversal.-

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La relacin Volado vs. Canto vs. k30 en arenas es:

La relacin Volado vs. Canto vs. k30 en arcillas es:Estas expresiones se representan en grficos que se muestran a continuacin.Zapatas continuas: En la direccin transversal.-

Con K = 0.25 *k30

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Relaciones volado / canto en zapatas continuas

En la direccin transversal

Son vlidos tambin para plateasV Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Separacin de columnas adyacentes (L):

En la direccin longitudinal.-En arenas:En arcillas:Se pueden hacer grficos de estas expresiones, tal como se muestra.Zapatas continuas: En la direccin longitudinal

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Son vlidos tambin para plateasRelaciones volado / canto en zapatas continuas

En la direccin longitudinalV Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Plateas

Existen dos modelos clsicos de resolucin. El primero consiste en tratar la platea como viga continua, calculando los esfuerzos que se producen sobre el suelo y resolverlo de acuerdo a la teora elstica. En este caso el parmetro geotcnico importante es la capacidad portante del suelo. El segundo modelo consiste en tratarla como placa flotante sobre apoyos elsticos, en la que el apoyo elstico est constituido por resortes o muelles, a los que hay que asignarle una constante elstica. La constante elstica se obtiene multiplicando el coeficiente de balasto por la seccin de la columna. La placa a su vez se sustituye por un emparrillado, sobre apoyos elsticos equivalente. La parilla est formada por una retcula vigas ficticias, en dos direcciones. V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Platea como viga elstica

Platea como placa flotante sobre apoyos elsticos

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Primero resolveremos una platea de 50 cm de espesor, con separacin de luces de columnas de 6 m, correspondiente a un edificio de 5 niveles, en Lambayeque, Per. La constante elstica determinada para el caso a resolver es de k = 2384 kg/cm = 238.4 t/m.

Segundo, resolvemos otra platea ms rgida de 150 cm de espesor, con las dems caractersticas que la anterior. Comparacin de dos plateas

12V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010Deformaciones

Momentos

Esfuerzos en el suelo

211122V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010COMO SE EXPLICAN LOS DERRUMBES Y DAOS POR EXCAVACIONES?

Los derrumbes y daos por excavaciones, se explican con la teora de Mohr Coulomb.

Esta teora nos indica las fuerzas y parmetros geotcnicos, que intervienen en la rotura del suelo.

Nos determina la profundidad de excavacin, o altura crtica (Hc), con la que falla un suelo.

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010LA TEORIA DE MOHR:

La teora de Mohr, nos dice que los esfuerzos cortantes y normales internos, en un bloque de suelo, dependen de una combinacin de esfuerzos actuantes externos, verticales y horizontales. Por equilibrio de fuerzas se obtiene:V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

LA TEORIA DE MOHR:

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010LA TEORIA DE COULOMB:

Coulomb propuso que la falla de los suelos es por cortante. Determin que, la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, al que se le aplica un esfuerzo normal, sigue una ley lineal, en un diagrama esfuerzo normal vs. esfuerzo cortante:

V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010LA TEORIA DE MOHR-COULOMB:

Combina ambos aportes: del comportamiento de los materiales (Teora de Mohr), y del suelo (Teora de Coulomb). Se aplica la funcin seno, del ngulo de friccin interna, en la grfica: V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010TEORIA DE MOHR-COULOMB:

Se obtiene el esfuerzo horizontal, como funcin del esfuerzo vertical, el ngulo de friccin y la cohesin del sueloDe:Se obtiene:Siendo:V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

El empuje producido por la fuerza horizontal, tiene dos componentes que se oponen.Este empuje, cambia de sentido a una cierta profundidad.En esta profundidad crtica, Hc, las dos componentes de la fuerza horizontal se igualan:

ESFUERZOS QUE PRODUCEN EL DERRUMBE:PROFUNDIDAD CRITICA DE DERRUMBE:V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 2010

ANALOGIA DE FUERZAS PARA EXPLICAR UN DERRUMBEEn el fenmeno del derrumbe hay dos fuerzas horizontales, que actan en sentido contrario: Una de empuje y otra de retencin.

En trminos de esfuerzo,el empuje crece con la profundidad z, mientras que la componente de cohesin que retiene, se mantiene constante.A cierta profundidad, la primera fuerza vence a la segunda.V Congreso Internacional de la Construccin & Expo de la Construccin 201041

Tu crees que, porque te portas aparentemente bien, no cometes delito. Se comete delito tambin por: Negligencia, Omisin, Error, Olvido Dr. Nilo Arturo Ramrez Rodas Docente UNPRGLambayeque. Per.

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