Cimentaciones Superficiales

Curso:

INGENIERIA DE CIMENTACIONES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Msc. Ing. Elio Milla Vergara

Huaraz, septiembre de 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Una falla por corte en el suelo puede resultar en:

Una excesiva distorsión de la estructura e inclusive hasta su colapso.

El asentamiento excesivo puede resultar en:

PRESION ADMISIBLE EN SUELOS

Daño estructural a la edificación y

Molestias tales como atascamiento de puertas y ventanas, grietas en baldosas y enlucidos; y excesivo desgaste o falla en equipos por pérdida de alineamiento.

DEFINICIONES

Capacidad de Carga (qult).- Presión requerida para producirla falla de cimentación por corteNo se toma en cuenta Factor de Seguridad.

Es más difícil estimar para cimentaciones en:Suelos estratificadosLocalizadas cerca de taludesLas que se encuentran sujetas a cargas de tensión.

La presión admisible basada en el control de corte qa seobtiene como:

. .ult

aqqF S

PRESION ADMISIBLE EN SUELOS

El Factor de Seguridad está basada en el tipo de suelo(cohesivo o granular), la confiabilidad de los parámetrosdel suelo, la información estructural (importancia, uso,etc.) y precauciones del consultor. Generalmente seasume FS = 3.

Asentamiento Admisible o Tolerable.- Es el máximoasentamiento que puede tolerar una estructura sin quese afecte su integridad o su funcionamiento.

Presión Admisible por Asentamiento.- Es la presión queal ser aplicada a una cimentación, ocasiona unasentamiento igual al asentamiento admisible. No seaplica el concepto de Factor de Seguridad

Capacidad de Carga Admisible o Presión Admisible.-

Es la máxima presión que la cimentación puede transmitiral terreno sin que ocurran asentamientos excesivos(mayores que el admisible) ni el Factor de Seguridad porfalla por corte sea menor que un cierto valor mínimo.

La presión admisible qa a ser usado en el diseño se basaen el mínimo de:

a) Limitar el asentamiento a una cantidad tolerableb) La capacidad de carga última que considera la

resistencia del suelo.

TIPOS DE CIMENTACIÓN

Cimentación Superficial.

Según TerzaghiProfundidad de cimentación “Df” menor o igual al anchode la cimentación “B”.

Norma Técnica E-050Considera cimentación superficial cuando D/B ≤ 5.

Cimentación Continua.-Es aquella en la que el largo (L) es igual o mayor quediez veces el ancho (B).


Cimentaciones corridas

Relleno

Muro deCimentación

Zapata


Cimentaciones Aisladas

ColumnaPedestal

PLANTAS

ELEVACIONES


Cimentaciones AisladasTIPOS DE CIMENTACIÓN

a) Cimiento combinado rectangular b) Cimiento combinado Trapezoidal

c) Cimiento vinculados con vigas de enlace

Cimentaciones Combinadas y conectadas


1

3

2

4

Lindero depropiedad

Lindero depropiedad

1 Zapata rectangular combinada2 Zapata Trapezoidal combinada3 Zapata conectada4 Losa de Cimentación

Cimentaciones Combinadas y conectadas


Cimentaciones CombinadasTIPOS DE CIMENTACIÓN

Cimentaciones conectadas


Platea de Cimentación


Cimentaciones Compensadas

Vigas

Placa

Vigas


Cimentaciones Compensadas


(a)

B

Superficiede fallaEn suelo

qu

Asentamiento

Carga/área unitaria, q

(b)

B

Superficiede falla

qu (1)


Asentamiento

qu

CONCEPTO GENERAL

Arena densa ocohesivo firme

Arena o arena arcillosamedianamente compacta

(c)

B

Superficiede falla

qu (1)


Asentamiento

ququ

Zapatasuperficial

Naturaleza de las fallas por capacidad de carga en suelos:(a) falla de cortante general;(b) Falla de cortante local;(c) falla de cortante por punzonamiento.

CONCEPTO GENERAL

Suelo Suelto

0

1

2

3

4

5

0.6 0.8 1.00.2 0.4

Modos de falla en cimentaciones sobre arena

Df/B

*

Falla de cortantepor punzonamiento

Falla decortante local

Falla decortantegeneral

B

Df

Compacidad relativa, Cr

CONCEPTO GENERAL

LBBLB

2

Donde B = ancho de lacimentación

L = longitud de lacimentación

La deducción de las fórmulas de Capacidad de Carga (segúnBowles - 1996), se puede realizar de dos maneras:

a) Considerando que el suelo es netamente cohesivo, en la quese supone que debido a la carga qult, se produce Rotaciónalrededor de un centro de rotación (probablemente en la líneavertical Oa)

P

q = DD

Oult qO'

b

r = B

BB/2

ult q3,1

1,1

1

1,2

3,2 = q y = 0

2

a

CAPACIDAD DE CARGA

CAPACIDAD DE CARGA

cimentación corrida de B x L ( ).

b) Considerando que el suelo tiene fricción y cohesión;entonces se supone que se produce Punzonamiento dentrodel suelo como la cuña agb de la Fig. anterior o la cuñaObO’ de la siguiente figura

CAPACIDAD DE CARGA

En ambos modos el potencial de falla desarrolla laresistencia al corte límite del suelo a lo largo de la línea dedeslizamiento considerada de acuerdo a la ecuación deresistencia al corte que está dado por:

Del análisis de las dos formas de falla, se pueden deducirlas siguientes ecuaciones:

ns c tg

CAPACIDAD DE CARGA

Para suelos con = 0qult = 4c + q

Se tienen dos posibles usos:

a) Para calcular la capacidad de carga:Si la Cimentación está sobre la superficie del suelo (aO = 0, y q = 0)

qult = 4c

b) Para determinar la profundidad de excavación crítica enarcillas (Dc)

En éste caso qult = 0 = 4c + q = 4c + Dc.

Para un F.S. = 1.0:4

ccD

CAPACIDAD DE CARGA

Para suelos con y c

B

P

Rugoso

D < Bq = D

c

d

(a)

45- 2

q = DD

B

q ult = qo

Pf

Fs = c x ab + Pf Tan

a

d'

d

eb

c

Terzaghi and HansenMeyerhof

III

II

I

CAPACIDAD DE CARGA

Para suelos con y c

La zona de equilibrio bajo la zapata, se puede dividir en 5zonas:

una zona denominada I y dos pares de zonas denominadas IIy III.

La zona I por efecto de la fricción y cohesión permanece enestado de equilibrio elástico como si fuera parte de la zapata ypenetrando dentro del suelo como una cuña. La zona II sedenomina zona de corte radial y se encuentra en estado deequilibrio plástico, la zona III permanece en estado deequilibrio elástico.

A partir del análisis de estabilidad de las zonas de falla,Terzaghi obtuvo la fórmula general:

ult c q γq cN qN 0.5γBN

CAPACIDAD DE CARGA

Esta ecuación subestima qult por las siguientes razones:

1. Se desprecia la zona afg

2. La interfase de la cimentación usualmente es rugosa ycontribuye a efectos de rugosidad.

3. La forma del bloque gaef define pobremente la zona queresiste el movimiento de la cuña dentro del suelo. Unaespiral logarítmica define mejor la superficie dedeslizamiento de g a f y particularmente a lo largo de f a e.

4. La solución es para una cimentación continua infinitamentelarga y para una unidad de longitud de modo que debeajustarse para cimentaciones circular, cuadrada y delongitud finita (es necesario un Factor de Forma).

CAPACIDAD DE CARGA

5. La resistencia al corte desde el plano ae a la superficiedel terreno ha sido despreciado, por lo tanto se requierede un ajuste (es necesario un Factor de Profundidad).

6. Si qult es inclinado respecto a la vertical se requiererealizar correcciones a la fórmula general (es necesarioFactores de Inclinación).

CAPACIDAD DE CARGA

Terzaghi.- Considera que la capacidad de carga es lasuma de 3 componentes que se calculan en formaseparada: La cohesión y la fricción de un material sinpeso que no lleva sobrecarga, la fricción de un suelosin peso que soporta una sobrecarga aplicada en lasuperficie y la fricción de un material con peso que nosoporta sobrecarga.

Terzaghi propuso usar su ecuación anterioradicionándole Factores de Forma en el término decohesión (Sc) y de base (S). Usó = , mientras quelas otras teorías usan: = 45+/2

TEORIAS DE CAPACIDAD DE CARGA

TEORIA DE TERZAGHI

ult c c q γ γq cN S qN 0.5γBN S 3π2 tan4 2

q2

eN2cos 45

2

c qN N 1 cot φ

γ 2

tanN 12 cos

pK

2 333tan 45

2pK

Donde:

Factores de Forma

para: Continua Redonda CuadradaSc = 1.0 1.3 1.3S = 1.0 0.6 0.8

TEORIA DE TERZAGHI

(para = 0, Nc = 5.7)

TEORIA DE TERZAGHI

(grados) Nc Nq N Kp05

1015202530343540454850

5.7*7.39.6

12.917.725.137.252.657.895.7

172.3258.3347.5

1.01.62.74.47.4

12.722.536.541.481.3

173.3287.9415.1

0.00.51.22.55.09.7

19.736.042.4

100.4297.5780.1

1153.2

10.812.214.718.625.035.052.082.0

141.0298.0800.0

Factores de Capacidad de Carga para la Ecuación de Terzaghi

*Nc = 1.5 +1 [Ver Terzaghi (1943), p. 127]

Meyerhof (1963) En base a la fórmula básica de Terzaghi, adiciona factores de forma, profundidad, e inclinación.

Carga Vertical:

Carga Inclinada:

ult c c c q q q γ γ γq cN S d qN S d 0.5γBN S d

ult c c q q γ γq cN d qN d 0.5γBN dc qi i i

TEORIA DE MEYERHOF

tan 2qN tan 45

2e

cN 1 cotqN

γN 1 tan 1.4qN

Factores de Capacidad de Carga

TEORIA DE MEYERHOF

TEORIA DE MEYERHOFFactores Valores Para

Forma Cualquier > 10°

= 0°Profundidad Cualquier

> 10°

= 0°

Inclinación

para > 0

Cualquier

> 10°

= 0°

1 0.2 pBSc KL

1 0.1 pBSq S KL

1Sq S

1 0.2 pDdc KB

1 0.1 pDdq d KB

1dq d

2

190c qi i

2

1i

0i 2tan (45 / 2)pK

TEORIA DE HANSEN

Hansen (1970) Hace una extensión de la fórmula de Meyerhof. Usa Nc y Nq de Meyerhof y con N casi idénticos para ≥ 35°. Adiciona factores para cimentación en taludes

Fórmula General:

Cuando = 0, se usa:

Nq = igual al dado por MeyerhofNc = igual al dado por Meyerhof

_

ult c c c q q q γ γ γq cN S d qN S d 0.5γBN S dc c c q q qi g b i g b i g b

_

´ ´ ´ ´ ´ultq 5.14S 1u c c c c cS d i b g q

γN 1.5 1 tanqN

Hmax =V tan d+ Ca Af

Notas: = 90º ( ambos y tiene signos (+) mostrados)

Ca = cohesion en la base (0.6 á 1.0 c)

Af =B´L´ (Area efectiva)

c

Para: L/B 2 usar tr L/B > usar ps = 1.5tr -17ºtr 34º usar tr = ps

D = 0

V

B

= ángulo de fricción entre la base y el suelo (.5)

H

D

TEORIA DE HANSEN

Factores de Forma Factores de Profundidad ´ ´0.2 ( 0 )

´cBSL

' 0.4 ( 0 )cd k

´1.0´

qc

c

N BSN L

1.0 0.4cd k

1.0cS para cimentación continua / / 1k D B para D B 1tan / / 1k D B para D B k en radianes

'1.0'q

BS senL

21 2 tan 1qd k sen

Para todo k definido anteriormente ´1.0 0.4 0.6´

BSL 0.1d para todo

Nota: 1. Usar la dimensiones “efectivas” de la base B’,L’. 2. Los valores indicados se pueden usar con carga vertical o con carga vertical

acompañada por una carga horizontal HB. 3. Cuando hay carga vertical y una carga HL (y si HB = 0 ó HB > 0) se puede calcular dos

conjuntos de factores de forma Si y di, tales como Si,B, Si,L y di,B, di,L. Para los subíndices i,L de la ecuación modificada de Hansen, usar la relación L´/B´o D/L´.

TEORIA DE HANSEN

Factores de Inclinación Factores de Terreno ( talud del terreno)

' 0 .5 1 ic

f a

HiA C

'

1 4 7

o

c og

11

qc q

q

ii i

N

1 .01 4 7

o

c og

1

0 .51co ti

qf a

HiV A C

51 0 .5 tanqg g

52 1 Factores de base (inclinación de la base)

2

0 .71 ( 0 )co t

oi

f a

HiV A C

´ ( 0 )

1 4 7

o

c ob

20 .7 / 4 5 0

1 ( 0 )co t

o oi o

f a

Hi

V A C

1 ( 0 )

1 4 7

o

c ob

22 5

ex p 2 tan

ex p 2 .7 tan ( )qb

b en ra d

Nota: 1. Use Hi como cualquiera HB o HL, o ambos sí HL > 0. 2. Hansen (1970) no da valor de ic para > 0. El valor indicado es de Hansen (1961) y se

usa también para Vesic. 3. La variable Ca = es la adhesión en la base, está en el orden de 0.60 a 1.0 de la cohesión en

la base. 4. Ver al esquema para identificar los ángulos y , profundidad de cimentación, D

ubicación de Hi (paralelo y en la superficie de la losa de la base, usualmente también produce excentricidad). Especialmente se debe notar que V = fuerza normal a la base y no es la resultante R de la combinación de V y Hi.

Vesic (1973) Usa la ecuación anterior dada por Hansen.

Nq = igual al dado por Meyerhof

Nc = igual al dado por Meyerhof

γN 2 1 tanqN

TEORIA VESIC

Hmax =V tan d+ Ca Af

Notas: = 90º ( ambos y tiene signos (+) mostrados)

Ca = cohesion en la base (0.6 á 1.0 c)

Af =B´L´ (Area efectiva)

c

Para: L/B 2 usar tr L/B > usar ps = 1.5tr -17ºtr 34º usar tr = ps

D = 0

V

B

= ángulo de fricción entre la base y el suelo (.5)

H

D

HB

LH

7.e

H

B'

A = B'LF

PP

maxHB

DM=H yB

BH

HB

V

y e =

colMV

maxH + PP B

> SF x (H )

BH

BH

dy

colV

V

2e

Factores de Forma Factores de Profundidad

LB

NN

Sc

qc 0.1 )0(4.0´ kdc

kdc 4.00.1 1// BDparaBDk

0.1cS para Continuo 1//tan 1 BDparaBDk k en radianes

tan0.1LBSq 21tan21 senkdq

Para todo k definido anteriormente

6.04.00.1 LBS 0.1d para todo

Nota:

1. Se usan las dimensiones totales de la base B y L. 2. Los valores anteriores son consistentes con una carga vertical o una carga vertical

acompañada por una carga horizontal HB. 3. Con una carga vertical y una carga HL (y cualquiera HB = 0 o HB > 0) se puede

calcular dos conjuntos de forma Si y di como Si,B, Si,L y di,B, di,L. Para subíndices i,L de la ecuación (4.2), presentado en la sección 4.6, usar la relación L´/B´o D/L´.

Factores de Inclinación de Carga Factores de Terreno ( talud del terreno)

.)(14.5

)0(1 ´´ radengNcA

mHi o

oc

cafi

c

cqq

qqc

q

qqc

icondefinidoiabajodefinensemyi

iig

N

iii )0(

tan14.5

1)0(

1

1

2tan5.01cot

1

gg

cAVH

i q

m

afi

q

Factores de base (inclinación de la base)

)0(cot

1 ''1

cc

m

afi gb

cAVH

i

BLBLmm

LBLBmm

L

B

/1/2/1/2

)(tan1

tan14.521

2 radenbb

b

q

c

Nota: 1. Cuando = 0 (y 0) use N = - 2sen() en el término N. 2. Calcule m = mB cuando Hi = HB (H paralelo a B) y m = mL cuando Hi = HL (H paralelo a

L). Sí se tienen HB y HL usar m = (mB2+mL

2)1/2. Note que se usan B y L, no B’, L’. 3. Referirse al esquema y a las Tablas 2.3 y 2.4 para identificar términos. 4. Los términos Nc, Nq y N son identificados en el ítem 2.4.4. 5. Vesic siempre usa la ecuación de capacidad de carga dado en el item 2.4.4 ( use B’ en el

término N aún cuando Hi = HL). 6. El término Hi 1.0 para calcular iq, i (siempre).

Usar Mejor paraTerzaghi Suelos muy cohesivos D/B ≤ 1 o para

una rápida estimación de qult para comparar con otros métodos. No usar para cimentaciones con momentos y/o fuerzas horizontales o para bases inclinadas y/o terrenos en talud.

Hansen, Meyerhof, Vesic

Cualquier situación aplicada, dependiendo de la preferencia del usuario o su familiaridad con un método en particular

Hansen, Vesic Cuando la base es inclinada; cuando la cimentación está sobre un talud o cuando D/B > 1.

QUÉ ECUACIÓN USAR?

Según TERZAGHI:

Se produce Falla por corte General en SUELO DENSO y Fallapor corte Local en SUELO SUELTO.

En caso de Falla por Corte Local se debe corregir c y según:

c” = 0.67 c

” = tg-1(0.67 tan)

CONSIDERACIONES ADICIONALES

Cuando B 2 m. (6 pies), se debe corregir por cimentaciónprofunda para lo que debe usarse un Factor de Reducciónen el término:

0.5 B N s d r;

con:

con K = 2.0 para SIK = 6.0 para sistema Ingles fps

1 0.25log BrK

CONSIDERACIONES ADICIONALES

1. El término de cohesión predomina en sueloscohesivos.

2. El término profundidad (qNq) predomina en suelos nocohesivos. Un pequeño D incrementa sustancialmenteqult.

3. El término ancho de la base 0.5BN provee unincremento en la capacidad de carga tanto en sueloscohesivos y no cohesivos. En casos donde B < 3 a 4m. este término se desprecia ocasionando un pequeñoerror.

OBSERVACIONES A LAS ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA

4. No se debe colocar cimentaciones en la superficiede una masa de suelo no cohesivo. La Norma E-050 indica por lo menos una profundidad dedesplante de 0.80 m.

5. No es recomendable colocar cimentaciones ensuelos no cohesivos con Dr < 0.5. Si el suelo essuelto debe compactarse previamente.

6. En suelos no homogéneos o estratificados pordebajo del nivel de desplante, se debe realizar unmayor juzgamiento para determinar la capacidad decarga.


7. Excepto en el método de Terzaghi se debe usarprocedimientos iterativos porque los Factores de forma,profundidad e inclinación dependen de B. Serecomienda incrementos de 0.01 m.

8. La ecuación de Terzaghi es de uso más fácil que losotros métodos y es ampliamente usado,particularmente para bases con carga verticalsolamente y D/B 1. Esta fórmula se puede usartambién en cimentaciones profundas pero con FactoresN ajustados.


9. Vesic, recomienda que los factores de profundidad dino deben ser usados para cimentaciones superficiales(D/B 1) debido a la incertidumbre en la calidad de lossuelos suprayacientes.


Una cimentación puede ser cargada excéntricamente

A partir de una columna concéntrica con una carga axial y

Momento en uno o ambos ejes.

La excentricidad puede resultar también:

A partir de una columna que inicialmente no se encuentracentrada

Cuando una parte de la cimentación es recortada durante laremodelación y/o cuando se instalan nuevos equipos.

La cimentación no puede recortarse, si el análisis indica que lapresión de suelo recalculada podría resultar en una falla porcapacidad de carga.

CIMENTACIONES CON CARGA EXCENTRICA

METODO SUGERIDO EN LA NORMA E-050

Para calcular la carga última que el suelo puede soportar enpresencia de momentos, se usa el método de dimensionesefectivas. La idea principal es introducir la excentricidad:

yx

Me

V x

yMeV

Donde:ex y ey = excentricidad en los ejes x e y respectivamenteMx y My = momentos en la cimentación en los ejes x e y

respectivamenteV = carga vertical total


Por investigación y observación (Meyerhof 1953-1963 yHansen 1970) indican que las dimensiones efectivas seobtienen como:

' '2 2x yL L e B B e

Que deben ser usados en el análisis de capacidad decarga para obtener un área de cimentación efectivadefinida como

´ ´fA B L


y el centro de presión cuando se usa una distribución depresión rectangular de q´ es el centro de área B’L´ en elpunto A´, de la Figura:

2 'xe L L / 2xe c L

con c = L´/2


Si no hay excentricidad en ambos ejes, usar la dimensiónreal de la cimentación para B´ o L´.

El área efectiva de una base circular puede calcularselocalizando la excentricidad ex en cualquiera de los ejes girandoarcos con centros como se muestra para producir el área abcd,que se reduce luego a una base rectangular equivalente dedimensiones B’ x L’ .

Para el diseño, la mínima dimensión (según ACI 318) de unacimentación rectangular con una columna central dedimensiones wx x wy deben ser:

Bmín = 4ey + wy B’ = 2ey + wyLmín = 4ex + wx L’ = 2ex + wx


La capacidad de carga última para cimentaciones concarga excéntrica, usando las ecuaciones de Meyerhof oHansen/Vesic, se puede calcular de dos formas.

Método 1.- Use la ecuación de capacidad de carga deHansen o Vesic con los ajustes siguientes:

a) Use B´ en el término BN .b) Use B´ y L´ en el cálculo de los factores de forma.c) Use B y L reales para todos los factores de

profundidad.


La capacidad de carga última qult se reduce entonces a un valorde presión admisible qa con un factor de seguridad FS:

(y ´ ´ )ulta a a

qq P q B LFS

Método 2. Use la ecuación general de capacidad de cargade Meyerhof y un factor de reducción Re como:

, ,ult diseño ult cal eq q R

eR = 1- e/B (suelos no cohesivos y para 0 < e/B < 0.3)


1 2 / ( )eR e B suelos cohesivos

Cuando e/B = 0.5, el punto A´ cae en el borde de la base yresulta en una cimentación inestable. En la práctica larelación e/B es pocas veces mayor que 0.2 y usualmentelimitado a e B/6. En estas ecuaciones del factor dereducción, las dimensiones B y L se refieren a los ejes en labase alrededor del cual actúan los momentos.

Alternativamente, se puede usar directamente la ecuaciónde Meyerhof con B´ y L´ usados en los factores de forma yprofundidad y B´ en el término 0.5 B’N.


Las cargas inclinadas se producen cuando la cimentación estácargada en la vertical V y la(s) componente(s) Horizontal Hi.

Esta carga es común para cimentaciones en procesosindustriales donde las cargas de viento horizontal están encombinación con las cargas de gravedad.

Los factores de inclinación de Meyerhof ii,,M, se explican por símismas. Los valores de Hansen muestran exponentes 1para iq y 2 para i, en los que se recomienda usar:

Para iq use exponente = 2 a 3Para i use exponente = 3 a 4

CIMENTACIONES CON CARGA INCLINADA

EFECTO DEL NIVEL FREÁTICO SOBRE LA CAPACIDAD DE CARGA

El peso específico efectivo del suelo se usa en las ecuacionesde capacidad de carga. Esto ya ha sido definido por q en eltérmino qNq. En el término 0.5BN también se usa el pesoespecifico efectivo el suelo.

Caso 1.- Nivel freático por encima de la base de la cimentación.Causa problemas de construcción por pequeño que sea.El término q se calcula como presión efectiva: se calcula lapresión sobre el N.F. considerando esa profundidad y el pesoespecífico húmedo más la presión por debajo del N.F. hasta elnivel de cimentación usando la profundidad por el pesoespecífico efectivo ´.


Si el nivel freático está en la superficie del terreno, la presiónefectiva es aproximadamente la mitad que el del nivel freáticopor debajo del nivel de cimentación. Además el peso unitarioefectivo ´ es aproximadamente la mitad del peso unitariosaturado.

Caso 2. Nivel freático debajo de la zona de la cuña [a unaprofundidad aproximadamente de 0.5Btan(45+/2)],

Se puede ignorar el efecto del nivel freático para el cálculode la capacidad de carga.


22 2

´2 we w hum w

dH d H dH H

H = 0.5Btan(45+/2)dw = Profundidad del nivel freático debajo del nivel de

cimentaciónhum = peso específico húmedo del suelo a la profundidad dw´ = sat - = peso unitario sumergido debajo del nivel freático

Nivel freático dentro de la zona de cuña.Se debe calcular un peso específico efectivo para usar en eltérmino 0.5BN. Se puede ignorar éste término para unasolución conservadora.Si se conoce B, se puede calcular el peso efectivo promedioe del suelo en la zona de cuña como:


El SPT se usa ampliamente para obtener la capacidad decarga de suelos directamente.

Una de las primeras publicaciones relacionadas fue la deTerzaghi y Peck (1967), que ha sido ampliamente usado,pero una acumulación de observaciones de campo handemostrado que éstas curvas son muy conservadoras.

Meyerhof (1956, 1974) publicó ecuaciones para calcular lacapacidad de carga admisible para un asentamiento de 25mm, que se pueden usar para generar curvas similares a lasde Terzaghi y Peck y que también son muy conservadoras.

CAPACIDAD DE CARGA A PARTIR DE ENSAYOS DE SPT

Para un asentamiento 1"Capacidad portante ( qs)v

Muy compacta

N = 50

N = 30

compacta

N = 10

media

suelta

0 1.5 3.0 4.5 6.0

1

2

4

3

5

6

7

0

Ancho de la Zapata (m)

(k

g/cm

2), t

al q

ue

m

ax =

1"

q s

Capacidad de carga admisible para cimentaciones Cargadas superficialmente con asentamiento limitado a aproximadamente 25 mm. La ecuación usada es la que muestra en la figura.

Considerando la acumulación de las observaciones de campo ylas opiniones expuestas; Bowles ajustó la ecuación de Meyerhofpara un incremento aproximado de 50% en la Presión Admisibleobteniendo lo siguiente:

1

4a dNq K B FF

23

2

B F4a dB FNq K

F B

1 0.33 1.33dDKB

dondeqa = es la Presión Admisible para un asentamiento

Ho = 25 mm o 1 pulg, kPa o ksf

[sugerido por Meyerhof (1965)]


los factores F son los siguientes:


N55 N70SI fps SI fps

F1F2F3F4

0.050.080.31.2

2.5414

0.040.06igualigual

2.03.2

igualigual

En estas ecuaciones N es el valor promedio estadísticopara la zona de influencia de la cimentación:

Desde aproximadamente 0.5B por encima del nivel decimentación

Hasta por lo menos 2B por debajo del nivel decimentación.

Si hay valores de N menores debajo de esta zona, losasentamientos pueden ser preocupantes si no se reduce Ntomando en consideración ésta condición


PRESIÓN ADMISIBLE PARA PLATEAS DE CIMENTACIÓN

Considerada por Meyerhof y ajustada por Bowles:

2a d

Nq KF


Para cualquierasentamiento Hj es:

0

´ ja a

Hq q

H

Para un asentamientoasumido de 25 mm.

Donde Ho = 25 mm, para SI y 1 pulg. para fpsHj = Es el asentamiento real que puede ser

tolerado en mm o pulg.

Parry (1977), propuso calcular la Presión admisible ensuelos no cohesivos como:

5530 ( ) ( ) (*)aq N kPa D B donde N55 es el valor promedio de SPT a una profundidad de0.75B bajo el nivel de desplante.

La presión admisible qa que controla el asentamiento secalcula con

550( ) ( 20 ) (**)

15aNq kPa para un H mm

B


Use una relación lineal (H/20) para obtener qa paraasentamientos H20 (B en metros, qa en kPa).

Use el menor valor de los calculados en (*) y (**).

La ecuación (*) se basa en el recalculo de Nq y N usando unángulo de fricción interna basado en N55 como:

1/ 2

5525 28 Nq

Q es la presión geostática efectiva en la ubicación de N55promedio


FACTORES DE SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE CIMENTACIONES

Las edificaciones se diseñan sobre la base de determinar lascargas de servicio y obtener una relación disponible de laresistencia del material a esas cargas, terminando en unFactor de seguridad o carga.

Hay una mayor incertidumbre en la determinación de laresistencia disponible del suelo que en el de la estructura,que se pueden resumir en:

Comportamiento complejo del suelo.

Los efectos de cambios abruptos después de la cimentación.

Conocimiento incompleto de las condiciones del subsuelo.

Inhabilidad para desarrollar un buen modelo matemáticopara la cimentación.

Inhabilidad para determinar los parámetros del sueloprecisamente.


El Factor de Seguridad (FS) debe tener en cuenta:

1. Magnitud de daños si resulta una falla.

2. Costo relativo al incrementar o disminuir FS.

3. Cambio relativo en la probabilidad de falla por el cambio deFS.

4. Confiabilidad de los datos del suelo.

5. Cambios en las propiedades de los suelos por lasoperaciones de construcción, y luego por otras causas.

6. Precisión de los métodos de diseño/ análisis usados.


Es costumbre usar los Factores de Seguridad en el ordenque se muestran en la siguiente tabla:


Modo de Falla Tipo de Cimentación F.S.

Corte Trabajo en tierra, presas, rellenos, etc. 1.2 –1.6

Corte Estructuras de retención, paredes 1.5 – 2.0

Corte Tablaestaca, excavaciones 1.2- 1.6

CorteCimentaciones:- Superficiales- Plateas

2 – 31.7 – 2.5

Infiltración Tuberías 3.5

La carga de diseño se obtiene a partir del más crítico de losvarios posibles casos.

Carga de Diseño = RDDL + RLLL + RSS + HS (FS = 3.0)Carga de Diseño = RDDL + RLLL + RwW + HS (FS = 2.0)Carga de Diseño = RDDL + RLLL + REE + RSS (FS = 2.0)

Donde:

DL = Carga muertaLL = Carga vivaS = Carga de nieveW = Carga de vientoE = Carga de sismoHS = Carga hidrostáticaEP = Presión de tierras


Según la Norma E-020 – CARGAS, en su Artículo 19.-COMBINACIÓN DE CARGAS PARA DISEÑOSPOR ESFUERZOS ADMISIBLES

Excepto en los casos indicados en las normas propiasde los diversos materiales estructurales, todas las cargasconsideradas en la presente Norma se considerará queactúan en las siguientes combinaciones, la que produzcalos efectos más desfavorables en el elemento estructuralconsiderando, con las reducciones, cuando sean aplicables.


(1) D(2) D + L(3) D + (W ó 0,70 E)(4) D + T(5) α [D + L + (W ó 0,70 E)](6) α [D + L +T](7) α [D + (W ó 0,70 E) + T](8) α [D + L + (W ó 0,70 E) + T]

Donde:D = Carga muertaL =Carga vivaW = Carga de vientoE = Carga de sismo


T = Acciones por cambios de temperatura, contraccionesy/o deformaciones diferidas en los materialescomponentes, asentamientos de apoyos ocombinaciones de ellos.

α = Factor que tendrá un valor mínimo de 0,75 para lascombinaciones (5), (6) y (7); y de 0,67 para lacombinación (8). En estos casos no se permitirá unaumento de los esfuerzos admisibles.



Según la Norma Técnica E-050:

a) Para el cálculo del Factor de Seguridad de cimentaciones:se utilizarán como cargas aplicadas a la cimentación, lasCargas de Servicio que se utilizan para el diseñoestructural de las columnas del nivel más bajo de laedificación.

b) Para el cálculo del asentamiento de cimentacionesapoyadas sobre suelos granulares: se deberá considerarla máxima carga vertical que actúe (Carga Muerta másCarga Viva más Sismo) utilizada para el diseño de lascolumnas del nivel más bajo de la edificación.


c) Para el cálculo de asentamientos en suelos cohesivos: seconsiderará la Carga Muerta más el 50% de la Carga Viva,sin considerar la reducción que permite la Norma Técnicade Edificación E .020 Cargas.

d) Para el cálculo de asentamientos, en el caso deedificaciones con sótanos en las cuales se empleé plateaso losas de cimentación, se podrá descontar de la cargatotal de la estructura (carga muerta más sobrecarga másel peso de losa de cimentación) el peso del sueloexcavado para la construcción de los sótanos.

Cimentaciones Superficiales

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