Cimentaciones Superficiales Zapatas Unimag

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    CIMENTACIONESSUPERFICIALES: ZAPATAS.

    OSCAR DE JESS CANCHANO ALMANZAINGENIERO CIVIL.

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    CIMENTACIONESSUPERFICIALES.

    Una cimentacin superficial es un elemento estructural cuya seccin transversal ede dimensiones grandes con respecto a la altura y cuya funcin es trasladar lascargas de una edificacin a profundidades relativamente cortas, menores de 4m aproximadamente con respecto al nivel de la superficie natural de un terrenoo de un stano.

    En una cimentacin superficial la reaccin del suelo equilibra la fuerzatransmitida por la estructura. Esta reaccin de fuerzas, que no tiene un patrndeterminado de distribucin, se realiza en la interfase entre el suelo y la seccintransversal de la cimentacin que est en contacto con l.

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    ZAPATAS.

    Una zapata es una ampliacinde la base de una columna omuro que tiene por objeto

    transmitir la carga al subsuelo auna presin adecuada a laspropiedades del suelo. A laszapatas que soportan una solacolumna se llaman individuales.La zapata que se construyedebajo de un muro se llamazapata corrida. Si una zapatasoporta varias columnas se llamazapata combinada.

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    ZAPATAS.La profundidad a la que se desplanta una zapata, depende del carcter delsubsuelo, de la carga que debe soportar y del costo del cimiento.

    Generalmente la zapata se coloca a la profundidad mxima en que puedaencontrarse un material que tenga la capacidad de carga adecuada.

    La excavacin de una zapata para hormign reforzado debe mantenerseseca, para poder colocar el refuerzo y sostenerlo en su posicin correctamientras seca el hormign. Para hacer esto en los suelos que contienen aguadebe ser necesario bombear o instalar previamente un sistema de drenaje

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    ZAPATASAISLADAS.

    Es aquella en la que descansa o recaeuna sola columna. Encargada detransmitir las cargas de la estructura alterreno. Es importante para eldimensionamiento de las zapatas

    aisladas adems del peso propio de laestructura y de las sobrecargas, elpeso del suelo que se encuentra en suentorno.

    En una estructura, una zapata aislada,que puede ser concntrica, medianerao esquinera se caracteriza porsoportar y trasladar al suelo la cargade un apoyo individual.

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    ZAPATASCOMBINADAS.

    Una zapata combinada se caracteriza por soportar mas de unelemento sobre una misma base, adems de tener un espesormucho mayor que el de un a zapata aislada o corrida.

    Existen dos tipos de zapatas combinadas que son la de lindero y laintermedia, las cuales se diferencian solo por la posicin de loselementos que van a soportar.

    Las zapatas combinadas se plantean en casos intermedios, esto es,suelos de mediana compresibilidad y cargas no muy altas. Conesta solucin se busca una reduccin de esfuerzos, dndole ciertarigidez a la estructura, de modo que se restrinjan algunos

    movimientos relativos.

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    ZAPATAS.

    Las zapatas individuales se plantean como solucinen casos sencillos, en suelos de poca compresibilidad,suelos duros, con cargas de la estructura moderadas:edificios hasta de 7 pisos.

    Con el fin de darle rigidez lateral al sistema decimentacin, las zapatas aisladas siempre debeninterconectarse en ambos sentidos por medio devigas de amarre.

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    CAPACIDAD DE CARGALTIMA.

    Para comportarse satisfactoriamente, las cimentaciones superficialesdeben cumplir con dos caractersticas principales:

    1. La cimentacin debe ser segura contra una falla general porcorte del suelo que soporta.

    2. La cimentacin no debe experimentar un desplazamiento

    excesivo, es decir un asentamiento excesivo.La carga por rea unitaria de la cimentacin bajo la cual ocurre lafalla por corte de un suelo se conoce como capacidad de cargaltima.

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    CAPACIDAD DE CARGALTIMA.

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    CAPACIDAD DE CARGALTIMA.

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    CAPACIDAD DE CARGALTIMA.

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    TEORA DE LA CAPACIDAD DECARGA LTIMA.

    Terzaghi fue el primero en presentar una teora paraevaluar la capacidad de carga ltima decimentaciones superficiales, la cual establece que unacimentacin es superficial si la profundidad dedesplante Df , es menos o igual que el ancho de lamisma. A su vez, Terzaghi sugiri que en una

    cimentacin corrida, la superficie de falla del suelobajo carga ltima se supone como la que se ilustra enla figura:

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    TEORA DE LA CAPACIDAD DECARGA LTIMA.

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    TEORA DE LA CAPACIDAD DECARGA LTIMA.

    La zona de falla bajo la cimentacin puede separarse en tres partes:

    1. La zona triangular ACD inmediatamente debajo de la cimentacin.

    2. Las zonas de cortante radial ADF y CDE.3. Dos zonas pasivas de Rankine triangulares de AHF y CEG.

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    FACTOR DE SEGURIDAD.

    El clculo de la capacidad de carga admisiblebruta de cimentaciones superficiales requiere de laaplicacin de un factor de seguridad (FS).

    MODIFICACIN DE LAS ECUACIONES DE

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    MODIFICACIN DE LAS ECUACIONES DECAPACIDAD DE CARGA POR EL NIVEL

    FRETICO.En caso en que le nivel fretico este cercano a la cimentacin, las ecuaciones decapacidad de carga debern ser modificadas. Se pueden presentar dos casosespeciales en los cuales se tendrn consideraciones especiales.

    MODIFICACIN DE LAS ECUACIONES DE

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    MODIFICACIN DE LAS ECUACIONES DECAPACIDAD DE CARGA POR EL NIVEL

    FRETICO.En caso en que le nivel fretico este cercano a la cimentacin, las ecuaciones decapacidad de carga debern ser modificadas. Se pueden presentar dos casosespeciales en los cuales se tendrn consideraciones especiales.

    LA ECUACIN GENERAL DE LA

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    LA ECUACIN GENERAL DE LACAPACIDAD DE CARGA.

    Meyerhof (1963), sugiri una ecuacin, la cual tiene en cuenta factores como la resistenciacortante del suelo a lo largo de la superficie de falla, la inclinacin de la carga y lageometra de la cimentacin. La ecuacin que tiene en cuenta las consideraciones antesmencionadas es la siguiente:

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    FACTOR DE FORMA.

    FACTOR DE

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    FACTOR DEPROFUNDIDAD.

    FACTOR DE

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    FACTOR DEINCLINACIN.

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    FACTORES DE CAPACIDAD DECARGA.

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    CIMENTACIONES CARGADASEXCNTRICAMENTE.

    CIMENTACIONES CARGADAS

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    CIMENTACIONES CARGADASEXCNTRICAMENTE.

    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL EN

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    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL ENUNA MASA DE SUELO CAUSADO POR LA

    CARGA DE UNA CIMENTACIN.

    ESFUERZO DEBIDO A UNA CARGA CONCENTRADA:

    En 1885 Boussinesq desarroll las relaciones matemticas para la

    determinacin de los esfuerzos normal y de corte en un puntocualquiera dentro de una masa de suelo, debido a una cargapuntual concentrada localizada en la superficie. Segn dichoanlisis, el incremento del esfuerzo vertical causado por la cargapuntual esta dado por la siguiente expresin.

    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL EN

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    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL ENUNA MASA DE SUELO CAUSADO POR LA

    CARGA DE UNA CIMENTACIN.

    ESFUERZO DEBIDO A UN REA CIRCULAR CARGADA:

    La ecuacin de Boussinesq tambin permite la evaluacin del

    esfuerzo vertical para un rea rectangular cargada, teniendo encuenta la longitud L, el ancho B, y los factores de influencia I. Elclculo se realiza mediante la siguiente expresin:

    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL EN

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    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL ENUNA MASA DE SUELO CAUSADO POR LA

    CARGA DE UNA CIMENTACIN.

    ESFUERZO DEBIDO A UN REA RECTANGULAR:

    La ecuacin de Boussinesq tambin permite la evaluacin del

    esfuerzo vertical para un rea rectangular cargada, teniendo encuenta la longitud L, el ancho B, y los factores de influencia I. Elclculo se realiza mediante la siguiente expresin:

    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL EN

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    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL ENUNA MASA DE SUELO CAUSADO POR LA

    CARGA DE UNA CIMENTACIN.

    INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL PROMEDIO DEUN REA RECTANGULAR CARGADA:

    En muchos casos, resulta necesario determinar el incremento delesfuerzo vertical promedio debajo de una esquina de unasuperficie rectangular cargada uniformemente. Por ejemplo, en laestimacin de la consolidacin bajo una cimentacin, se puederequerir del incremento del esfuerzo vertical.

    ASENTAMIENTOS EN CIMENTACIONE

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    ASENTAMIENTOS EN CIMENTACIONESUPERFICIALES.

    El asentamiento de una cimentacin pude dividirse en dos categorasprincipales: asentamiento inmediato o elstico y asentamiento porconsolidacin.

    El asentamiento elstico tiene lugar durante o inmediatamente despusde la construccin de la estructura. El asentamiento por consolidacinocurre con el tiempo. En el asentamiento por consolidacin seencuentran asentamiento por consolidacin primaria y asentamientopor consolidacin secundaria. El asentamiento total de una cimentacines la suma del asentamiento inmediato mas el asentamiento porconsolidacin.

    Para el clculo del asentamiento de la cimentacin, se requiere laestimacin del incremento del esfuerzo vertical en la masa de suelodebido a la carga aplicada por la estructura a la cimentacin.

    ASENTAMIENTOS EN CIMENTACIONE

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    ASENTAMIENTOS EN CIMENTACIONESUPERFICIALES.

    ASENTAMIENTO

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    ASENTAMIENTOINMEDIATO (ELSTICO).

    ASENTAMIENTO POR

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    ASENTAMIENTO PORCONSOLIDACIN PRIMARIA.

    El asentamiento pos consolidacin se da a lo largodel tiempo y ocurre en suelos arcillosos saturadoscuando son sometidos a una carga creciente causada

    por la construccin de una cimentacin. Con base enlas ecuaciones para el asentamiento deunidimensional por consolidacin, se puede calcularasentamiento que sufre una cimentacin.

    ASENTAMIENTO POR

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    ASENTAMIENTO PORCONSOLIDACIN SECUNDARIA.

    Al final de la consolidacin primaria, se observaalgn asentamiento debido al ajuste plstico de laspartculas del suelo. Esta etapa de consolidacin se

    conoce como consolidacin secundaria. El clculo delasentamiento por consolidacin secundara se calculamediante ecuaciones que relacionan el ndice decompresibilidad secundaria, el espesor del estrato de

    arcilla y el tiempo.

    CAPACIDAD DE CARGA NETA

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    CAPACIDAD DE CARGA NETAADMISIBLE.

    Meyerhof (1956), propuso una correlacin para lapresin de carga admisible neta para cimentacionescon resistencia por penetracin estndar corregida

    Ncor. La presin neta admisible se define como:

    CAPACIDAD DE CARGA NETA

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    CAPACIDAD DE CARGA NETAADMISIBLE.