UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

DPTO. ACAD. DE INGENIERIA GEOTECNICA

CURSO: MEC. DE SUELOS II EC 513H

TEMA: CIMENTACIONES SUPERFICIALES

PROFESOR. ING. MANUEL CORREA MOROCHO

CICLO 2014 I 26 DE MAYO DEL 2014

CIMENTACIONES

Obras de ingeniera que funcionan

como un sistema de soporte,

integrado por un elemento

estructural de transmisin y el suelo

portante, que interactan entre si

Tipos de Cimentaciones

De acuerdo con las posiciones del terreno portante, se clasifican en:

Cimentaciones Superficiales Df B * Cimentaciones Aisladas * Cimentaciones Combinadas * Cimentaciones Continuas * Plateas de Cimentacin- Losas de

Cimentacin

Tipos de Cimentaciones

Cimentaciones Compensadas Cimentaciones Profundas * Pilotes * Pilares excavados * Pilas * Cajones

Requisitos Basicos de una Cimentacin Satisfactoria

1. La cimentacion debe estar apropiadamente localizada o protegida respecto a cualquier potencial influencia que pueda afectar nocivamente su comportamiento y atentar contra la permanencia de las condiciones asumidas en el diseo.

2. La cimentacion y el suelo portante deben ser estables y seguros respecto a fallas asociadas a la accion de las cargas.

3. La cimentacion no debe sentarse o deflectarse en una magnitud tal que deteriore la estructura o limite su utilidad.

4. La cimentacion y los procesos constructivos asociados no deben afectar estructuras vecinas o desestabilizar el medio en el cual quede emplazada.

Proyecto de una Cimentacin Pasos a seguir

Los tres pasos fundamentales para el proyecto de una cimentacin son:

1. Eleccin del factor de seguridad adecuado

respecto a la falla por corte y el asentamiento admisible.

2. Determinacin de la capacidad portante y

del factor de seguridad real bajo la carga prevista.

3. Estimacin del asentamiento y comparacin

con el valor admisible.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CAPACIDAD DE CARGA y ASENTAMIENTOS La capacidad de carga por corte del

suelo o presin ltima o de falla, y los asentamientos se determinarn utilizando las formulas aceptadas por la mecnica de suelos.

PROFUNDIDAD DE CIMENTACION La profundidad mnima de cimentacin

ser de 0,80 m. La carga admisible y el asentamiento

diferencial, deben calcularse para la profundidad de la cimentacin.

ZAPATAS AISLADAS:

Se los utiliza como soporte de una sola columna, o de varias columnas cercanas en cuyo caso sirve de elemento integrador.

ZAPATAS CORRIDAS:

Se las utilizan para cimentar muros o elementos longitudinales continuos de distintos materiales como hormign o mampostera.

Zapatas Combinadas:

Se las suele emplear

para integrar el funcionamiento de una zapata inestable o ineficiente por s sola, con otra zapata estable o eficiente, mediante una viga de rigidez.

Vigas de Cimentacin: Se las emplea en

suelos poco resistentes, para

integrar linealmente la cimentacin de varias columnas.

Cuando se integran las columnas

superficialmente mediante vigas de cimentacin en dos

direcciones, se forma una malla de

cimentacin.

Losas de Cimentacin: Se emplean en suelos

poco resistentes, para integrar superficialmente la cimentacin de varias columnas. Cuando al disear la cimentacin mediante plintos aislados, la superficie de cimentacin supera el 25% del rea total, es recomendable utilizar losas de cimentacin.

Lodo, turba, terreno pantanoso

0

Relleno

0.5

Arenas de grano fino

1 - 1.5

Arenas de grano grueso

1.5 - 3

Grava

2.5 - 7

0-0.5 Arcilla: Margas y arcillas humedas

Arcillas con marga fcilmente

moldeable

0.4

Arcilla o marga difcil de moldear

0.8

Arcilla o marga semidura

1.5

Arcilla o marga dura

3

Roca en estratos regulares

10

Rocas de buena calidad

15 - 25

Roca dura en masas muy compactas

25 - 35

CAPACIDAD PORTANTE

SUELO O ROCA CAPACIDAD PORTANTE(kg/cm2)

CIMENTACIONES SUPERFICIALES Recomendaciones :

No debe cimentarse sobre turba, suelo orgnico, tierra vegetal, desmonte o relleno sanitario, ni rellenos sanitarios. Estos materiales inadecuados debern ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificacin y reemplazados con material competente.

Seleccin de tipo de cimentacin Tipo de cimentacin Condiciones del suelo Tipo de estructura

Cimentaciones Superficiales

1 Zapatas; combinados; continuos;reticulados de

vigas; placas de concreto;

cajones

Toda clase de suelos, cohesivos y no

cohesivos. Precaucin en los limos

Fabricas;maquinarias, postes,

pilas de puentes. Otras

edificaciones livianas

2 Placas de concreto reforzado con y sin refuerzo de viguetas

Suelos cohesivos de pobre capacidad

portante; precaucin de limos

Edificios, bodegas bajas.

Cimentaciones Profundas

1 Pilares Donde es posible transmitir cargas portantes firmes; precaucin de

limos.

Estructuras altas; edificios

torres,chimeneas, faros,

maquinarias, que no deben

sufrir vibraciones ni

asentamientos intolerables.

Tipo de cimentacin Condiciones del suelo Tipo de estructura

2 Cimentaciones flotantes Roca a profundidad no alcanzable Estrucutras no sensibles a asentamientos.

3 Pilotaje: transmisin de cargas a estrato portante firme

Manto portante firme, casi rocoso,

profundidad econmica

Estructuras no sensibles a

asentamientos

4 Pilotes de madera, concreto; in situ y prefabricados

En cimentaciones flotantes en

suelos con muchas capas variables.

Con bulbo de base sobre suelo

firme.

Los pilote de madera deben quedar

bajo el nivel fretico.

Todo tipo de estructura

5 Pilotes atornillados Suelos Cohesivos Si los pilotes estn sometidos a fuerza de traccin y en

estructuras temporales

6 Pilotes de compactacin Para suelos arenosos y areno-arcillosos

Todo tipo de estructuras

7 Pilotes de acero Suelos no corrosivos y alta friccin suelo-acero

Todo tipo de estructuras

8 Cajones abiertos Transmitir carga a roca firme Edificaciones elevadas

CAUSAS DE FALLA DE CIMENTACIONES

Pueden clasificarse en cuatro grupos: 1. De investigacin del subsuelo.

2. De diseo estructural 3. De construccin. 4. Por acciones extraordinarias

1. De investigacin del subsuelo

1.1. No hay investigacin. 1.2. Investigacin deficiente o insuficiente. 1. Recopilacin de informacin geolgica y

comportamiento de cimentaciones. 2. Reconocimiento del sitio.

3. Control de la exploracin por personal sin preparacin. 4. Equipos, muestreadores, e instrumentos de medicin in situ. 5. Personal, equipo y metodologa en laboratorio. Investigacin insuficiente en: 1. Profundidad y tipo de sondeos y pruebas in situ. 2. Nmero y distribucin de sondeos, en particular en subsuelos irregulares. 3. Nmero y tipo de ensayes de laboratorio.

1.3. Condiciones hidrulicas omitidas. 1. Presencia de agua: forma 2. Explotacin de agua subterrnea. 3. Profundidad del nivel fretico, estado de presiones, fluctuaciones. 4. Composicin qumica del agua y suelo

Profundidad del nivel fretico

1.4. Irregularidades desapercibidas. 1. rea inestable (deslizamientos) . 2. Agrietamiento del subsuelo. (Cd. Mxico). 3. Cavidades naturales. (Derrames lvicos, rocas krsticas). 4. Minas subterrneas. 5. Rellenos. 6. Consolidacin variable en el rea.

1.5. Subsuelo mal caracterizado. 1. Mala informacin de campo y laboratorio. 2. Mala interpretacin.

1.6. Parmetros mal seleccionados. Es indeseable sobrevaluar o subvaluar los parmetros de diseo. La sobrevaluacin conduce a un subdiseo capaz de ocasionar desde leves daos hasta el colapso de estructuras. La subvaluacin lleva a un sobrediseo (diseo conservador) y a costos elevados y, a veces, a complicaciones constructivas.

1.7. Criterios analticos inadecuados. Cuando se aplican criterios a suelos y condiciones diferentes para los que fueron desarrollados.

1.8. Acciones constructivas omitidas en el anlisis. Las acciones constructivas afectan las propiedades del suelo y el comportamiento de cimentaciones, por lo que su influencia debe preveerse y considerarse en los anlisis. Ej.1: Hundimiento por recompresin de suelo expandido al excavar. Ej.2: Deformaciones por hincado de pilotes. Ej.3: Daos edificacin vecina por falla de la pared de una excavacin.

1.9. Acciones ambientales desapercibidas. Pasar por alto las acciones ambientales, es un error. Sus caractersticas deben investigarse y sus parmetros ser evaluados.

Ej. 1: Estimacin de coeficientes ssmicos a partir de cartas de sismicidad y tipo de subsuelo. Ej. 2: Clculo de la profundidad de socavacin en base a un estudio topohidrulico y granulometra del material del cauce de un ro.

Daos edificacin vecina por falla de la pared de una excavacin

2. De diseo estructural. 1. Subestimacin (o sobre) de cargas.

La subestimacin de las cargas reales reduce el factor de seguridad. En suelos compresibles, da lugar a hundimientos de la cimentacin. Sobrestimar las cargas significa cimentaciones ms costosas y mal comportamiento.

2. Cimentacin mixta. En general, las cimentaciones mixtas presentan mal comportamiento por asentamientos diferenciales. Asmismo, cimentaciones con pilotes o pilas de diferentes longitudes . Rigidez de la cimentacin * Una estructura con cimentacin flexible en suelo compresible tiene riesgo de daos por hundimientos diferenciales. * Una cimentacin muy rgida es costosa. * La rigidez de la cimentacin es funcin de las deformaciones tolerables, caractersticas y uso de la estructura, costos.

3. Exceso de rigidez o de flexibilidad.

4. Omisin de cargas. Cargas omitidas en el diseo, verticales u horizontales, estticas o dinmicas, muertas, vivas pueden ocasionar mal comportamiento y fallas de cimentacin. Ejs.: 1) pilotes sujetos a carga horizontal 2) tanque de almacenamiento.

5. Anlisis inapropiados. 1. Errores numricos. 2. Mtodos equivocados, poco o nada parecidos a los reales.

6. Planos sin revisin geotcnica. El riesgo de fallas disminuye si antes de iniciar la construccin se revisa la compatibilidad entre el diseo estructural, las bases geotcnicas y los procedimientos constructivos.

7. Otras consideraciones equivocadas. Factores de seguridad excesivos (falla econmica). Diseo estructural fuera de especificacin. Ej: recubrimiento escaso. Excentricidad de cargas.

3. De construccin. 1. Bombeo inapropiado.

Condiciones hidrulicas del subsuelo como: 1. Bombeo excesivo provoca asentamientos. 2. Fuerzas de filtracin hacia la excavacin causan flujo y suspensin de arena y limo no plstico, fallas de fondo y talud. 3. El agua en la excavacin y en el colado de la subestructura causa muchos

problemas. 4. La recuperacin prematura del NF puede generar movimientos.

2. Excavaciones sin planeacin geotcnica. 1. Excavaciones profundas y extensas inducen bufamientos que pueden

convertirse en asentamientos de la propia cimentacin. Durante la

construccin pueden daar a colindancias. 2. Excavaciones tardadas ponen en juego deformaciones de largo plazo. 3. Limitar estos movimientos lleva a planear procedimientos y etapas de

excavacin. 3. Falla de elementos temporales.

1. Espaciamiento grande entre niveles de troqueles, en suelos blandos, provoca movimientos laterales irrecuperables que estrechan el rea

de cimentacin y daan a estructuras vecinas. 2. Tambin representa un riesgo de falla general por falta de apoyo

en la base.

4. Tratamiento deficiente de suelos. Hay gran variedad de mtodos para mejorar prcticamente todo tipo de suelo difcil en cimentaciones. Cada mtodo tiene su propia aplicacin y tcnica, que van desde equipos especiales hasta mediciones de su eficacia. Una mala aplicacin significa un fracaso, al menos econmico. Ej.: Kobe

5. Cimentaciones sobre rellenos. Estas fallas son muy comunes y generalizadas. Es una regla de ingeniera la que dice: no cimentar sobre rellenos.

Unicamente es recomendable sobre relleno estructural.

6. Falta de asesora y control geotcnico. Por lo general, el ingeniero geotcnico es consultado cuando una falla ya ha ocurrido o se ha manifestado.

7. Otras. Fallas por acciones ambientales 1. Saturacin del subsuelo. 2. Corrientes e inundaciones. 3. Deslizamientos. 4. Terremotos. 5. Oleaje y maremotos. 6. Hundimiento regional.