Cimentaciones Tema 1
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Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 1
Cimentaciones. Tema 1.
Introducción.
Condiciones previas de diseño.
Análisis de la tensión admisible.
UNIVERSIDAD DE CANTABRIADpto. de Ciencia e Ingeniería del Terreno y de los Materiales
Master Ingeniero de Caminos, C. y P.
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 2
*Cimentaciones Superficiales: zapatas aisladas,zapatas combinadas, zapatas corridas, losas
Se denomina cimentación a todo elemento cuyo fin es soportar la estructura y las cargas que actúen sobre ella, transmitiéndolas al terreno
TIPOS DE CIMENTACIONES
Tipología de cimentaciones
DB
D/B = 1,50-2,0 (Criterio arbitrario)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 3
*Cimentaciones semi-profundas: pozos de cimentación
*Cimentaciones profundas: pilotes, micropilotes, cajones
Tipología de cimentaciones
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 44
Dentro de las cimentaciones superficiales, en cuanto a su rigidez:Rígidas o flexibles (interacción suelo estructura)
Tipología de cimentaciones superficiales
• Módulo elástico del material de la cimentación (hormigón)• Dimensiones de la cimentación• Momento de inercia• Módulo elástico (o coeficiente de balasto) del terreno• Coeficientes de Poisson (del terreno y del material de cimentación)• Luz de vano entre dos pilares (en zapata combinada, corrida o losa)
Depende de las características deformacionales de la cimentación y del terreno
Para zapata aislada, en primera aproximación:
EHE, CTE
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 5
Proyecto de una cimentación
1. Situación y profundidad mínima
2. Evaluación de la carga a transmitir
3. Tanteo previo de las dimensiones y profundidades
4. Comprobación de hundimiento y asientos. Dimensiones
5. Cálculo estructural
FASES DEL PROYECTO
Condiciones que debe cumplir una cimentación:• Estar situada de forma que no se vea afectada por agentes externos.
Tampoco debe afectar a, o ser afectada por, otras cimentaciones cercanas.
• Ser estable frente al hundimiento
• No tener asientos excesivos
• Mantener la integridad estructural
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 6
Fase 1: Situación y profundidad mínima
a) Profundidad de la helada
b) Cambios estacionales de volumen (suelos expansivos)
c) Estructuras próximas, límites de propiedad, excavaciones, etc.
d) Erosión y socavación por agua
e) Nivel freático
f) Defectos subterráneos
g) Suelos colapsables (metaestables)
h) Terrenos muy deformables
Condiciones a tener en cuenta en el diseño:
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 7
a) Efecto de la helada
Fenómeno de poca incidencia en EspañaCongelación natural de un suelo
Depende de:
• Temperatura• Tipo de suelo• Granulometría del suelo
(porcentaje y forma de los huecos)
• Grado de saturación
En la congelación hay levantamiento del terreno superior al que cabría esperar por la transformación de agua en hielo (9%), por efecto de la migración de agua.
En el deshielo hay ablandamiento del suelo y pérdida de capacidad portante
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 8
a) Efecto de la helada
• Suelos gruesos (gravas y arenas gruesas) (escasa importancia)
• Suelos medios (limos y limos arenosos) (muy problemáticos, lentejones)
• Suelos finos (arcillas) (menos problemáticos, permeabilidad muy baja)
Suelos susceptibles a la helada (Terzagui y Peck, 1967)
• Suelos perfectamente uniformes: Φ grano < 0,01 mm
• Suelos uniformes: un 10% menor de 0,02 mm
• Suelos graduados: un 3% menor de 0,02 mm
PERMAFROST Suelo permanentemente helado
Según tipo de suelo
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 9
a) Efecto de la helada
Permafrost: en regiones con temperatura media anual inferior a 0º
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 10
a) Efecto de la helada
La cimentación debe situarse a una profundidad:
• En suelos normales, a 3/4 de la máxima penetración de la helada
• En limos saturados, la profundidad total de penetración
• En arenas gruesas o gravas, menos de 3/4
En zonas con permafrost
• Cimentar sobre el permafrost, aislando de forma que el calor del edificio no afecte a esta profundidad
• Salvo en suelos estables frente al deshielo (gravas y arenas gruesas)
Acciones de levantamiento lateral
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 11
Congelación del terreno inducida
• Depósitos criogénicos
(GNL, -160ºC)
• Industria alimentación
(-20ºC)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 12
Congelación del terreno inducida
Patología: Levantamiento de
la solera en un almacén de
congelados
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 13
Congelación del terreno inducidaSistema de aislamiento y ventilación.
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 14
b) Cambios de volumen (Suelos expansivos)
Carácter expansivo asociado con:• Suelos naturales: determinados minerales arcillosos (p.e. montmorillonita),
presencia de yesos u otros sales con riesgo de hidratación
• Suelos no naturales (p.e. escorias siderúrgicas): componentes químicos hidratables (CaO, MgO)
Es necesario que haya cambios en la humedad
Determinación de la expansividad: Mediante ensayos de laboratorio: Índice y Presión de hinchamiento, Lambe
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 15
Causas que generan cambios de humedad
• Cambios estacionales (problema en climas áridos o semiáridos)
• Alteraciones del equilibrio de filtración-evaporación por la propia estructura
• Fugas en las conducciones
• Desecación en climas húmedos:
Raíces de grandes árboles Fuentes de calor: Calderas, hornos, etc.
b) Cambios de volumen (Suelos expansivos)
Profundidad de la zona activa. Depende de• Clima
• Del tipo de terreno (permeabilidad, grietas, etc.)
• En general, en España no suele superar los 3 a 4 m. En Sudáfrica se han
medido profundidades de hasta 15 m.
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 16
b) Cambios de volumen (Suelos expansivos)
Soluciones constructivas• Independizar la cimentación de la zona activa, apoyando bajo ella. Cimentación tipo
palafito
Pozos Columnas de grava, jet grouting.
Pilotes
• Cimentar en la zona activa
Mediante zapatas a la presión de hinchamiento Estructuras rígidas (que uniformicen el levantamiento).
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 17
b) Cambios de volumen (Suelos expansivos)
Soluciones constructivas
• Cimentar en la zona activa (cont.)
Estructuras flexibles (naves de almacenamiento isostáticas)
Permitir la expansión controlando su dirección
• Aislamiento de la zona activa
Superficial: Pavimentación, aceras.
Profunda: drenajes
• Sustitución
Material granular inactivo.
Misma arcilla compactada, con o sin adición de cal
• Estabilización mediante inyecciones
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 18
c) Cimentaciones próximas
• Deformaciones del terreno de apoyo
• Posibles inestabilidades
Las cimentaciones pueden influirse entre sí, con independencia de si son de la
misma construcción o son cimentaciones de distintas construcciones. Esto incide en:
Concepto de bulbo de tensiones:
Zona del terreno bajo la cimentación que sufre un incremento de tensiones igual o superior al 10% de la tensión media en base de zapata.
Incremento del bulbo de tensiones por efecto de la proximidad (según C.T.E.). Implica mayor asiento
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 19
c) Cimentaciones próximas
La construcción de una nueva cimentación puede producir daños en las existentes:
• Incrementos tensionales asientos adicionales
• Si hay que excavar por debajo de la cimentación existente:
Reducción de la seguridad a hundimiento de la existente
Posible inestabilidad global de la existente si la nueva es más profunda (descalce)
Asiento por rebajamiento de la capa freática
Daños por las maniobras de excavación
Lo anterior es tanto más acusado cuanto más profunda sea la nueva cimentación y más cercana se encuentre
Nueva
ExistenteBN
BE
ze
m
• Recomendaciones empíricas:
Cota base nueva ≥ Cota base existente
m ≥ ze
m ≥ max. (BN , BE)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 20
c) Cimentaciones próximas
• Recomendaciones empíricas (cont.): Cota base nueva < Cota base existente
m ≥ ze en rocas* y suelos duros
m ≥ 2 · ze en suelos flojos a mediosC.T.E.
* Comprobar plano de discontinuidad
• Soluciones constructivas (si es necesaria excavación)
Excavación contenida
A veces es posible una cimentación profunda en lugar de excavar
Pilotes
Zapata micropilotada
Existente
NuevaExistente Nueva
• La influencia de la excavación se mantiene aunque la cimentación existente sea profunda
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 21
d) Erosión y socavación por agua
• Meandros. Socavación de márgenes.
• Avenidas. Socavación general del fondo. Depende del calado, pendiente media, ancho del cauce y
tamaño medio de partícula de suelo.
Del orden del incremento del nivel de aguas respecto al
calado normal del río. A veces puede ser muy superior
(hasta 3 veces mayor).
Cimentar a profundidad 4 veces superior del incremento.
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 22
d) Erosión y socavación por agua
• Socavación de pilas y estribos
Depende del calado, y del ancho, forma y orientación de
la pila.
Es del orden de 0,4 a 1 vez la altura de calado, siendo
mayor cuando menor sea éste.
Debe sumarse a la socavación general
pila
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 23
d) Erosión y socavación por agua
Escollera de protección (puede sustituirse por gaviones)
Soluciones constructivas
• Defensas antierosión
e = excavación local
Losa de hormigón en el lecho del río (protegidos los bordes con escollera)
• Cimentaciones profundas
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 24
Bajo N.F. hay más dificultades constructivas Menor resistencia Problemas asociados a la variación del nivel freático
• Descenso de N.F. incremento de tensión efectiva asientos en terrenos blandos.
• Elevación del N.F.:Incremento subpresión ¿flotación de la estructura?: (p.e. depósitos subterráneos con poca carga)
Reducción del peso del terreno reducción de la presión de hundimiento de la cimentación.
e) Nivel freático
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 25
• Fallas
• Carstificación
f) Defectos subterráneos
• Minas, galerías, conducciones
• Cavidades y rocas volcánicas
Calizas
Yesos
• Obliga a un reconocimiento
exhaustivo en los apoyos (p.e.
zanja perimetral y/o más de un
sondeo en cada zapata)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 26
f) Defectos subterráneos
Problemática de los terrenos yesíferos
Superficial (cavidades)
Profundo (expansión)
Faraco (1972)
Re-depositado (colapso)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales
f) Defectos subterráneos
Soluciones constructivas• Excavación de picos y relleno con hormigón
• Relleno de huecos superficiales
Plano de cimentación previsto
Hormigón ciclópeo o pobre
Planta: Separación 0,90 mSeparación 1,80 mX
• Inyecciones
Bajo zapata o losaBajo punta de pilote
24
• Micropilotes bajo zapata o losa
• Excavación del terreno y sustitución por material compactado (el mismo suelo o de aportación) en carst yesífero.
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales
g) Suelos colapsables
24
Reducción brusca de volumen asociado con:• Eliminación de presiones intersticiales de succión por efecto de inundación. En
terrenos semisaturados con muy baja compactación (p.e. vertederos de excavación, residuos de construcción, echadizos)
• Disolución de enlaces cementados entre partículas (cemento calcáreo o yesífero) por efecto del agua: p.e. loess, limos yesíferos.
• Rotura por concentración de tensiones en contactos puntuales: escolleras de roca blanda, rellenos con material volcánico.
Soluciones constructivas• Remover el material y recompactarlo
• Compactación desde la superficie (mejor en material granular)
• Columnas de grava
• Inyecciones del terreno
• Cimentación profunda
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 24
• Depósitos recientes de arcillas y limos saturados, generalmente con materia orgánica, turba, y nivel freático muy elevado: llanuras aluviales y marismas.
• Depósitos de fangos procedentes de industria y minería.
• Vertederos de residuos sólidos urbanos.
Soluciones constructivas
• Eliminación del material (si la profundidad es escasa)
• Columnas de grava
• Precarga
• Precarga acelerada con drenes verticales
• Cimentaciones superficiales muy flexibles y de escasa presión transmitida al terreno
• Cimentación profunda
h) Terrenos muy deformables
Materiales
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 30
Análisis de la tensión admisible
Estado límite en servicio: Las deformaciones del terreno producidas por las
cargas de servicio deben ser admisibles, evitando:
• Daños estructurales
• Afección a la estética o funcionalidad de una obra
Estados límite en la Geotecnia.
Estado límite último: La estructura debe tener un suficiente margen de
seguridad frente a la rotura frente
• Hundimiento
• Deslizamiento
• Vuelco
• Estabilidad global
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 31
Análisis de la tensión admisible
Ps
Pu
ss
s
P
S (servicio)
U (rotura)
Asiento, s
Car
ga, P
Estado límite en servicio:
Estado límite último:
Análisis basado en soluciones elásticas*
Análisis basado en soluciones de la plasticidad
Análisis basado en el coeficiente de balasto
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 32
Análisis de la tensión admisible
Teoría de la elasticidad: 15 ecuaciones, 15 incógnitas (6σ, 6ε, 3δ)
Suma de fuerzas en un cubo elemental =0
Ley de Hooke generalizada
Compatibilidad:
no huecos
no solape
(3 ecuaciones)
(6 ecuaciones)
dxdy
dz
0
0
0
interno Equilibrio 1)
zzyzxz
yyzyxy
xxzxyx
zyx
zyx
zyx
yzz
zxy
yxx
zyyz
zz
xzxz
yy
xyxy
xx
entosdesplazamiy nesdeformacioentrerelación 3)
yzyzyz
xzxzxz
xyxyxy
yxzz
zxyy
zyxx
GE
GE
GE
E
E
E
1)1(2
1)1(2
1)1(2
1
1
1
nesdeformacioy tensionesentreRelación 2)
(6 ecuaciones)
En 2 dimensiones: 8 ecuaciones, 8 incógnitas (3σ, 3ε, 2δ)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 33
Análisis de la tensión admisible
Teoría de la plasticidad: 16 ecuaciones, 16 incógnitas (6σ, 6ε, λ, 3δ)
Suma de fuerzas en un cubo elemental =0
Compatibilidad:
no huecos
no solape
(3 ecuaciones)
(6 ecuaciones)
dxdy
dz
(6 ecuaciones)
yzz
zxy
yxx
zyyz
zz
xzxz
yy
xyxy
xx
entosdesplazamiy nesdeformacio entrerelación 4)
0cossen22
:Coulomb-Mohr
rotura)de(criterio dplasticida deCondición 2)
22
czxxz
zx
ij
g
ij : nesdeformacioy tensionesentreRelación 3)
(1 ecuación)
En 2 dimensiones: 9 ecuaciones, 9 incógnitas (3σ, 3ε, λ, 2δ)
0
0
0
interno Equilibrio 1)
zzyzxz
yyzyxy
xxzxyx
zyx
zyx
zyx
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 34
Análisis de la tensión admisible
Teoría de la plasticidad (2 D):
(2 ecuaciones)
(3 ecuaciones)
(3 ecuaciones)
0cossen22
:Coulomb-Mohr
rotura) de (criterio dplasticida deCondición 2)
22
czx
xzzx
ij
g
ij : nesdeformacioy tensionesentreRelación 3)
(1 ecuación)
0
0
interno Equilibrio 1)
zzxz
xxzx
zx
zx
dx
dz
z
zx
x
zz
xzxz
xx
entosdesplazamiy nesdeformacio entreRelación 4)
3 ecuaciones,
3 incógnitas (σx, σz, xz)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 35
Análisis de la tensión admisible
Soluciones del análisis elástico o plástico:
Se convierte en un problema matemático definido por una serie de ecuaciones diferenciales
con incógnitas (tensiones, deformaciones y desplazamientos). Su solución puede ser:
• Analítica, integrando hasta obtener expresiones algebraicas de las incógnitas
• Numérica, por medio de métodos numéricos
Sólo puede obtenerse una solución analítica en casos sencillos: geometría y cargas
sencillas, relación entre tensiones y deformaciones simples (elasticidad). Se dispone de
soluciones analíticas en:
• Determinados casos elásticos en 2 D, e incluso en 3 D
• Sólo determinados casos plásticos en 2 D. No existen en 3 D.
SOLUCIÓN EXACTASOLUCIÓN APROXIMADA
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 36
Análisis de la tensión admisible
Parámetros resistentes y deformacionales:
• Parámetros resistentes Los correspondientes al criterio de rotura:
Modelo de Mohr - Coulomb
Otros modelos: Hardening-Soil, Cam-Clay, etc.
• Parámetros deformacionales
Modelo Elástico
A largo plazo c,
A corto plazo cu, = 0
Lineal E,
No lineal E(), ()
Lineal variable en el espacio E(x,y,z), (x,y,z)
Modelo edométrico Cc , Cs , (Cv ) E, E edom.
Modelo de Winkler Coeficiente de balasto
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 37
Análisis de la tensión admisible
Obtención de parámetros
• Mediante ensayos de laboratorio
• Mediante ensayos de campo
Interpretándolos según el modelo de
comportamiento correspondiente
Requiere la ejecución de varias pruebas por
ensayo
Interpretándolos según el modelo de
comportamiento correspondiente
Si el modelo tiene dos o más párametros, sólo
se obtiene una relación entre ellos
• Mediante pruebas penetrométricas(penetrómetros dinámicos)
Obteniendo los parámetros según correlaciones
estadísticas
Obteniendo directamente la presión de
hundimiento y asientos mediante correlaciones
estadísticas
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 38
Análisis de la tensión admisible
Valores mínimos para el coeficiente de seguridad
Situación Acción permanente Acción extraordinaria
Hundimiento 3 2
Vuelco 2 1,5(1,33 CTE)
Deslizamiento 1,5 1,1
Estabilidad general 1,5 (1,8 CTE) 1,2
Estado límite último: Estudio en rotura (análisis plástico) Obtención de la carga de
rotura Aplicación del coeficiente de seguridad Carga admisible. (Usualmente
más limitativo a C.P.)
Estado límite en servicio: Estudio de movimientos (asientos) Mediante modelo elástico o
edométrico u otros No deben superar ciertos valores. (Usualmente más limitativo a L.P.)
• Asiento máximo admisible 2,5 cm en arenas y 5 cm en suelos arcillosos.
• Asiento máximo en losas de cimentación de 5 cm• Distorsión angular máxima de 1/300 para estructuras
isóstáticas, y de 1/500 para estructuras hiperestáticas (reticuladas)
• Distorsión angular máxima de 1/700 para estructuras de paneles pefabricados, y de 1/2000 para muros de carga sin armar.
δ, descontando el movimiento de sólido rígido
L angular, Distorsión
L
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 39
Carga de hundimiento
Dos situaciones de cálculo:
• A largo plazo:
MUY IMPORTANTE
• A corto plazo:
Disipación de presiones intersticiales generadas por la carga
En todo tipo de suelo
Estudio en tensiones efectivas ’ = – u
parámetros resistentes efectivos c ,
No disipación de presiones intersticiales generadas por la carga
En suelos cohesivos
Estudio en tensiones totales
parámetros resistentes totalesc = cu ,
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 40
Carga de hundimiento
Cimentación rectangular equivalente (existencia de momentos):
eB
V
MBML
B
eL
HL
HB
B
L
B
L
B*
L*
Ancho equivalente B* = B-2eBLongitud equivalente L* = L-2eL
eB = MB / VeL = ML / V
eB
V
MBML
B
eL
HL
HB
B
L
B
L
B*
L*
Ancho equivalente B* = B-2eBLongitud equivalente L* = L-2eL
eB = MB / VeL = ML / V
• Las dimensiones equivalentes se mantienen durante el cálculo a todos los efectos
• La cimentación real (no la de cálculo) tiene dimensiones B y L
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 41
Presión de hundimiento
fNBfNqfNcp qqccvh ....21.... *
f es el producto de diversos coeficientes que introducen circunstancias distintas a las relejadas en la figura.
Método 1: Ecuación analítica de Brinch – Hansen (ver G.C. pp. 97 a 104)
Peso específico efectivo (sólo a largo plazo)
(G. C.)
NF hw
’
ap
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 42
Método 1: Ecuación analítica de Brinch - Hansen (cont.)
,
LBf
*
*s
,
BDf d
c, ,
VH
f hund.
hund.i
,f t
,
capa prof.Bf
*
Factor de forma Factor de profundidad
Factor de inclinación (carga horizontal)
Factor de proximidad de talud Factor de inclinación del plano de apoyo ,f r
Factor de capa rígida(no lo contempla G.C.)
Presión de hundimiento
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 43
Presión de hundimiento
Método 2: Del ensayo presiométrico (ver G.C. pp. 94-95)
Método 3: Del ensayo penetración estática (ver G.C. pp. 96-97)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales44
Interpretación ensayo presiométrico
Sonda presiométrica
Curva presiométrica corregida
44
La curva de campo (curva bruta) debe corregirse para• Restar la presión necesaria para expandir la camisa en vacío
(corrección de la presión por rigidez de la camisa) curva de inercia.
• Restar la deformación de la membrana por:
por compresión radial contra la pared del sondeo
por estiramiento radial de la camisa (efecto Poisson)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales
Interpretación ensayo presiométrico
Determinación del módulo de elasticidad
A partir de la presión de fluencia pf se entra en régimen elastoplástico
• En arenas solución teórica compleja.
• En terrenos cohesivos a C.P. (material tipo Tresca) la solución teórica es
00 rΔr2G
VΔVG Δp
VΔVln
cGln1c σ p
uu0
2
20
0 rr1
ΔVVΔV
VΔV
uu0L c
Gln1c σ p
siendo y en el límite 1VΔV
por lo que la presión límite resulta
Para obtener pL un método adecuado es dibujar los resultados del ensayo (últimos puntos, p>pf) en ejes p - ln(V/V) y estimar el valor de pL cuando V/V = 1
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 46
Método 4: Ensayos de penetración dinámica (sólo en materiales granulares)Es un método de limitación de asientos, basado en el método de Meyerhoff (1956, 1965), para asiento igual a 1 pulgada. Dos formulaciones C.T.E. y G.C.
El C.T.E. establece la expresión para un asiento St a fijar por el proyectista, siempre que sea menor de 25 mm. No considera efecto del agua.
Presión admisible
(profundidad del plano de cimentación)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 47
Presión admisible
Método 4: Ensayos de penetración dinámica (sólo en materiales granulares)La Guía de Cimentaciones plantea una expresión alternativa, con asiento de 1 pulgada (2,54 cm).
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 48
Presión admisible
Método 4: G.C. (cont.)
• Factor fl de filtración
• Factor fw de influencia del N.F.
NF hw
N (SPT) puede obtenerse, aparte del propio ensayo, de : De correlaciones entre SPT y otro ensayos de penetración dinámica (DPSH, DPH, etc)
A partir del ensayo de penetración estática
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 49
Presión admisible en rocas
u
tq
q.101
001(%)
1 33RQD
ms
Factor de tipo de roca (de tablas) o
Factor de diaclasado 3
03210 p
qpp uvadm
donde:pvadm = presión admisible siempre menor que 5 MPa
p0 = presión de referencia (1 MPa)
qu = resistencia a compresión simple de la roca sana
Método 1: de la Guía de Cimentaciones (ver G.C. pp. 91 a 94)
Factor de grado de meteorización (de tablas)
qu > 1 MPa RQD > 10% Grado alteración < IV
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 50
Presión admisible en rocas
Método 2: del C.T.E.
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 51
Asientos
Clases de asiento
Arcillas:
Arenas (también en rocas):
• Asiento instantáneo o inmediato (sin drenaje), su
• Asiento de consolidación, sc
Asiento total, sf = su + sc
• Asiento total = asiento instantáneo con cambio de volumen , sf
Métodos de cálculo
Teoría elástica en todo tipo de suelo y roca
Teoría edométrica sólo para arcillas
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 52
Asientos
Consiste en considerar el terreno como un medio elástico lineal, homogéneo e isótropo (semiespacio de Boussinesq) con E y
Hay soluciones para diferentes casos, considerando:
Método 1: Método elástico
• Sobrecarga flexible p y terreno indefinido• Sobrecarga flexible p y terreno con capa rígida• Carga rígida (vertical, horizontal y momento) y terreno indefinido
E
- 1 B p s2
∞E,
B
p
E,
Capa rígida
hh
B
p
∞E,
B
Q
EB
- 1 Q s2
donde depende de la relación entre las dimensiones B y L de la carga
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 53
Asientos
Método 1: Método elástico
Arcillas:
Arenas:
• Para asiento instantáneo o inmediato (sin drenaje), su
Parámetros sin drenaje
Eu y u
• Para asiento final, sf Parámetros E y
• Sólo asiento final, sf Parámetros E y
0,5 1 2
E 3 E uu
Según el asiento sea el instantáneo o el final, los parámetros a utilizar son:
El método elástico lineal permite la aditividad: Scarga 1 + Scarga 2 = Scarga 1 + carga 2
Si el terreno es multicapa, hay 2 soluciones:• Sobrecarga flexible y terreno multicapa (Steimbrenner)• Sobrecarga rígida y terreno homogéneo equivalente (G.C.)
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 54
Asientos
Método 2: Método edométrico (arcillas). Corrección de Skempton - Bjerrum
El asiento total es la suma de:
• Asiento instantáneo (elástico) con Eu y νu (=0.5)
• Asiento de consolidación
puede estudiarse según el método edométrico con parámetros deformacionales Cc y Cs
Pero las condiciones bajo una zapata no son de carga confinada, por lo que el asiento de consolidación sc* es algo distinto al edométrico sedom
y habrá que corregirlo por un parámetro μ que depende de la geometría y del tipo de terreno
arcilla
Q
sc* arcilla
Sobrecarga de terraplén amplio
sedom
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 55
siendo = A + . (1-A)sc* = sedom .
A coeficiente de Skempton coeficiente de influencia de la carga
Asientos
Método 2: Método edométrico (arcillas). Corrección de Skempton - Bjerrum
Tipo de suelo A
Arcillas blandas susceptibles > 1
Arcillas normalmente consolidadas 0,5 – 1,0
Arcillas sobreconsolidadas 0,25 – 0,5
Arcillas arenosas muy sobreconsolidadas 0 – 0,25
DesviadoruA
El coeficiente A puede obtenerse de ensayos triaxiales para tensiones similares a las de servicio de la cimentación.
En su defecto puede utilizarse la tabla adjunta
El coeficiente depende de la forma y ancho B de la zapata y del espesor H del suelo
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 56
Asientos a partir de ensayos de campo
Método 3: Placa de carga • En terreno arcilloso, se supone E constante con la profundidad. Aplicando el método
elástico, para la misma presión y geometría:
geometría ,
geometría ,
fE
pBs
fE
pBs
zz
pp
p
z
p
z
BB
ss
2
00
. 2
BB
Bss
z
zz− Terzaghi y Peck proponen la siguiente relación del asiento de una zapata con el asiento de una placa de ancho B0 = 0,30 m
• ¡¡Cuidado con los terrenos estratificados!!
• En terreno arenoso E crece con la profundidad. No es aplicable la relación anterior
2
0
0
BBBB
BB
ss
z
p
p
z
p
z− Para otra placa de ensayo cuyo ancho Bp es distinto de
0,30 m, la relación resulta ser:
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 57
Asientos a partir de ensayos de campo
Método 4: de Schmertmann. Datos del penetrómetro estático CPT
En arenas
lim
021 ....
z
zi
i
zi zEI
pCCs pp
C
01
'.5,01
1,0)(log.2,01 102
añostC
fajaenacqE
circularesocuadradaszapatasqE
c
c
arg.5,3
.5,2
Izi
Tipo de suelo qc/Nspt (MPa)
Limo arenoso 0,25Arena fina limosa 0,30
Arena media 0,40Arena gruesa 0,50
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 58
Asientos a partir de ensayos de campo
Método 5: de Burland y Burbridge. Datos del penetrómetro dinámico SPT
En arenas. Es un método basado en un estudio estadístico.
0
...ppaffs fhs donde
cvv
cvcv
ppsipp
ppsippp
.31
.32
z
Na
SPTf .7,1
4,1
75,0
0
*
0 .
LBLz
siendo la profundidad de referencia “z”
pc presión de preconsolidación
pv = V/(B* . L*)
para terrenos N.C. pc = 0
m 1 0 L
MPa 10 p
Cálculo estructural de cimentaciones superficialesCimentaciones superficiales 59
Asientos a partir de ensayos de campo
Método 5: de Burland y Burbridge (cont.).
1 si
para .2
.25,0.25,1
2
**
*
shs
sss
h
s
HfHz
Hzz
Hz
Hf
BLLf
Espesor del estrato deformable bajo el plano de cimentación
Condiciones de aplicación para resultados SPT
No se aplica corrección por estado tensional del terreno (GC, pp. 88 y 89)
Se aplica corrección por eficiencia si ésta se conoce (GC, pp. 88 y 89)
Si el terreno se trata de gravas se mayora el resultado SPT por 1,25
Se toma el valor medio de NSPT entre la profundidad del plano de cimentación y la profundidad de referencia “z” (sumada a la profundidad del plano de cimentación)