7 CIMENTACIONES SUPERFICIALES
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PROGRAMA DE CAPACITACIN PROFESIONAL
CIMENTACIONES SUPERFICIALES CAPACIDAD DE CARGA Y ASENTAMIENTOSZenn Aguilar Bardales, Dr. [email protected]
TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA CORTANTE EN SUELOSSuperficie de Falla GeneralB Carga/rea unitaria, q
qu
Suelo Granular Compacto o Arcilla Firme
Asentamiento
TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA CORTANTE EN SUELOSSuperficie de Falla LocalB Carga/rea unitaria, q
qu (1) qu
Suelo Granular Suelto o Arcilla Blando
Asentamiento
TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA CORTANTE EN SUELOSSuperficie de Falla por PunzonamientoB Carga/rea unitaria, q
qu (1) qu qu
Suelo Granular muy Suelto o Arcilla muy Blanda
Zapata superficial
Asentamiento
MODOS DE FALLA EN CIMENTACIONES SOBRE ARENA
Compacidad relativa, Cr 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
B !1Falla de cortante Falla de por punzonamiento cortante local Falla de cortante general
2 BL BL
Df/B*
2
Donde B = ancho de la cimentacin L = longitud de la cimentacin
3
Para cimentaciones cuadradas: B = L;Df B
4
Para cimentaciones circulares: B = L = dimetro
5
TEORA DE LA CAPACIDAD DE CARGA LTIMAB JB
I qu 45 -J/2 45 -J/2 F D AEE
q =KDf G 45 -J/2
G
B
45 -J/2
E Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentacin rgida continua rugosa
1 qu ! cN C qN q KBN K 2c = Cohesin del suelo K = Peso especfico del suelo q = K Df
(Cimentacin en franja)
Nc, Nq, NK = Factores de capacidad de carga adimensionales que son nicamente funciones del ngulo de friccin del suelo, J.
TEORA DE LA CAPACIDAD DE CARGA LTIMAFactores de Capacidad de CargaJ Nq ! tan 2 45 eT tan N 2
N c ! q 1cot J NNK ! 2 q 1tan J N
Ecuacin General de la Capacidad de Carga
1 qu ! cN c Fcs Fcd Fci qN q Fqs Fqd Fqi KBN K FKs FKd FKi 2
TEORA DE LA CAPACIDAD DE CARGA LTIMAFactor Forma* Relacin Fuente De Beer (1970)
Fcs ! 1 Fqs ! 1
B Nq L Nc B tan J L B L
FKs ! 1 0.4
Donde L = longitud de la cimentacin (L>B) * Estos factores de forma son relaciones empricas basadas en amplias pruebas de laboratorio.
TEORA DE LA CAPACIDAD DE CARGA LTIMAFactor Profundidad Relacin Condicin (a): Df / B1Fcd ! 1 0.4 Df B2
Fuente
1 Fqd ! 1 2 tan J senJ
Df BHansen (1970)
FKd ! 1Condicin (b): Df / B>1D Fcd ! 1 0.4tan 1 f B 2
Fqd ! 1 2 tan J senJ tan 1 1
Df B
FKd ! 1 El factor tan-1 (df/B) esta en radianes.
TEORA DE LA CAPACIDAD DE CARGA LTIMAFactor Relacin Fuente
Inclinacin
Fr Fci ! Fqi ! 1 90r F FKi ! 1 J 2
2
Meyerhof (1963); Hanna Y Meyerhof (1981)
Donde F = inclinacin de la carga sobre la cimentacin con respecto a la vertical
CORRECCIN POR FALLA LOCALParmetros de Resistencia Cortante Corregidos
2 c ! c 3*
2 J ! arctg tan J 3 *
Ecuacin General de la Capacidad de Carga
1 qu ! c N c Fcs Fcd Fci qN q Fqs Fqd Fqi K 2 BN K FKs FKd FKi 2*
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO EN LA CAPACIDAD DE CARGACaso INivel del agua fretica
D1
DfD2
B
K= peso especfico sumergido
1 d qu ! cN C q * N q K 2 BN K 2 d q * ! K 1m D1 K 1 D2
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO EN LA CAPACIDAD DE CARGACaso IIDf B d Nivel del agua fretica B K= peso especfico sumergido
1 qu ! cN C qN q K * BN K 2 2 K * ! K m2 d d d K 2 1 B B
CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE
Df
qadm
qadmqadm Qu FS
qu ! FS
= Capacidad de Carga Admisible = Capacidad de Carga ltima = Factor de Seguridad = 3
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTEQ M
qmax !
Q 6M 2 BL B L
B BXL Para e B/6 qmax Para e > B/6 qmax
qmin !
Q 6M 2 BL B L
Donde Q = carga vertical total M = momento sobre la cimentacin
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE1. La distancia e es la excentridad de la carga aplicadae
e!
M QQ 6e 1 BL B Q 6e 1 BL B 4Q 3LB 2e
B
qmax !y e
qmin !
L 2e
qmax !
B
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
2. Determinar las dimensiones efectivas de la cimentacin como B = ancho efectivo = B 2e L = longitud efectiva = L 3. Usar la ecuacin para la capacidad de carga ltima como
1 q 'u ! cN c Fcs Fcd Fci qN q Fqs Fqd Fqi KB' N K FKs FKd FKi 2
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
4. La carga ltima total que la cimentacin soporta es A
Qlt ! q 'u ( B ' )( L' )donde A = rea efectiva 5. El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga es
FS !
Qlt Q
TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE CIMENTACIONES Asentamiento Inmediato o elstico
Perfil del asentamiento
Asentamiento Por Consolidacin Primaria Asentamiento Por Consolidacin Secundaria
ASENTAMIENTO ELSTICO DE CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RGIDAS
Cimentacin BXL
D1
Asentamiento de cimentacin rgida
Asentamiento de cimentacin flexible
Qs = relacin de Poisson Es = mdulo de elasticidad Suelo Roca
ASENTAMIENTO ELSTICO DE CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RGIDASBqo 2 E Q S 2 1 Se ! Es Bqo Se ! Q S2 1 E EsSe ! Bqo 1 Q s2 E av Es
(esquina de la cimentacin flexible)
(centro de la cimentacin flexible)
(promedio para una cimentacin flexible)
Donde
1 m 2 1 1 1 m2 m m1n E ! 1n 2 2 1 m 1 T 1 m m m = L/B B = ancho de la cimentacin L = longitud de la cimentacin
ASENTAMIENTO ELSTICO DE CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RGIDAS3.0
2.5
E Er
Eprom
E, Eprom Er
2.0
1.5Para cimentacin circular
1.0
E=1 Eprom = 0.85 Er = 0.88
0.5 1 2 3 4 5 L/B 6 7 8 9 10
ESTIMACIN DEL MDULO DE ELASTICIDAD DE LOS MATERIALES Usar mtodos geofsicos Ensayos de laboratorio Correlaciones empricas:
Es (kN / m2) = 766Nf
Nf = nmero de penetracin estndar
Mdulo de Elasticidad de Arcillas Normalmente Consolidadas
Es = 250c a 500cMdulo de Elasticidad de Arcillas Preconsolidadas
Es = 750c a 1000cDonde c = cohesin no drenada de la arcilla
ASENTAMIENTO ADMISIBLE EN CIMENTACIONES DE EDIFICACIONES
SEGN TERZAGHI:El asentamiento promedio admisible de las cimentaciones de una edificacin convencional ser:
Sadm = 25 mm SEGN LA NORMA E - 050:El Asentamiento Diferencial no debe ocasionar una distorsin angular mayor que la indicada en la Tabla 8. En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede estimar como el 75% del asentamiento total.
ASENTAMIENTO ADMISIBLE EN CIMENTACIONES DE EDIFICACIONES
DISTORSIN ANGULAR LMITE RECOMENDADA POR LA NORMA E-050 ETABLA 8 (NRMA E-050) DISTORSIN ANGULAR = E E = H/L 1/150 1/250 1/300 1/300 1/500 1/500 1/650 1/750 DESCRIPCIN Lmite en el que se debe esperar dao estructural en edificios convencionales. Lmite en que la prdida de verticalidad de edificios altos y rgidos puede ser visible. Lmite en que se debe esperar dificultades con puentes gras. Lmite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes. Lmite seguro para edificios en los que no se permiten grietas. Lmite para cimentaciones rgidas circulares o para anillos de cimentacin de estructuras rgidas, altas y esbeltas. Lmite para edificios rgidos de concreto cimentados sobre un solado con espesor aproximado de 1,20 m. Lmite donde se esperan dificultades en maquinaria sensible a asentamientos.
