Parametros geotecnicos

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Parámetros Geotecnicos

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  • 1. Copyright Asociacion de Productores de Cemento - Lima - Per ACTUALIDAD NACIONAL N 1 / ENERO 2011 BOLETN INFORMATIVO ASOCEM 2011 PARMETROS GEOTCNICOS Y DISEO DE CIMENTACIONES 1.INTRODUCCIN Cuando se disean cimentaciones hay que tener en cuenta lo siguiente: tipo de suelo (cohesivo, granular, granular con finos, de alta o baja plasticidad), variacin de estratos, consistencia (blanda, media, dura), las propiedades fsicas y mecnicas (cohesin, ngulo de friccin interna, ndice de compresin, mdulo de elasticidad, coeficiente de balasto), ubicacin del nivel fretico, subpresin de agua, empuje de agua sobre la subestructura y superestructura, socavacin, erosin elica e hidrulica, empuje, expansin y licuacin del suelo, profundidad de cimentacin, capacidad portante por resistencia, capacidad portante por asentamiento mximo permisible, esfuerzo neto, asentamientos diferenciales, totales y rotaciones, agentes agresivos (sales, c1oruros, sulfatos), fuerza expansiva del suelo, estabilidad del talud de la excavacin, procedimiento de construccin, especificaciones del Reglamento Nacional de Edificaciones, ACI, Eurocdigo, efecto de fenmenos naturales como inundaciones, sismos, etc. Peligro de derrumbesydaos,quevaarepresentarlaexcavacinde la cimentacin propuesta. Slo si conocemos esto procedemos a disear la cimentacin, en caso contrario el diseador se convierte en un peligro pblico. "No hay gloria en las cimentaciones", dijo el Dr. Terzaghi, pero si repudio para el ingeniero si falla una edificacin. Queda claro que las condiciones del suelo sobre el que se apoya la estructura, y los parmetros geotcnicos del mismo, afectaneldiseodelascimentaciones.VerFig.(1). El "BUILDING CODE REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE", del AMERICAN CONCRETE INSTlTUTE (ACI), Normas 318M-02 y 318S-05, en lo referente a estructuras sismorresistentes, da las siguientes especificacionesdecimentaciones: "21.10.3.1- Las vigas apoyadas en el suelo diseadas para actuar como acoples horizontales entre las zapatas o coronamientos de pilotes, deben tener refuerzo longitudinal continuo que debe desarrollarse dentro o ms all de la columna soportada o estar anclada dentro de la zapata o del cabezal del pilote en todas las discontinuidades. 21.10.3.2 - Las vigas sobre el suelo diseadas para actuar como acoples horizontales entre zapatas o cabezales de pilotes deben ser dimensionadas de tal manera que la menor dimensin transversal sea igualo mayor que el espacio libre entre columnas conectadas dividido por 20, pero no necesita ser mayor a 450 mm. Se deben proporcionar amarras cerradas con un espaciamiento que no exceda al menor entre la mitad de la menor dimensintransversalo300mm." Esta ltima especificacin da una proporcin que relaciona el ancho de la viga de conexin en funcin de la separacin entre columnas, que puede ser usada para el pre-dimensionado. LanormaACI318R-08dicelosiguiente: 21.12.2.1 El refuerzo longitudinal de columnas y muros estructurales que resistan fuerzas inducidas por efectos delsismo,deberextendersedentrodelazapata,cabezal de pilote, y deber desarrollarse por traccin en la interfase. sostenibilidad y las caractersticas compatibles del concreto. Resalta la importancia para todos los autores del transporte terrestre de la sostenibilidad del pavimento. En un captulo de inters se presentan siete principios de sentido comn para la adopcin de soluciones sostenibles de pavimento de concreto. Finalmente, se presentan enfoques para cuantificar los factores de sostenibilidad, en este rubro se describe la investigacin necesaria para desarrollar herramientas de anlisis capaces de medir, evaluar y comparar los efectos dediferentessolucionesdepavimentos. RESUMEN En este trabajo, se muestra como afectan los parmetros geotcnicos, tales como capacidad portante y coeficiente de balasto, el diseo de cimentaciones superficiales rgidas de concreto armado: zapatas aisladas, conectadas con vigas de cimentacin, corridas o continuas y plateas de cimentacin. Se encuentran las proporciones y relaciones que deben tener las dimensiones de las cimentaciones, segn los variados tipos y parmetros del suelo. Estas relaciones se pueden usar paraeldimensionadodecimentacionessuperficialesrgidas. Ing. William Rodrguez Serquen (*) (*) Ingeniero Civil. Docente principal de la Facultad de Ingeniera Civil, de Sistemas y de Arquitectura, de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo de Lambayeque.Per. Nota:ContribucinalVCongresoInternacional delaConstruccin. Lima 02al04 dediciembre,2010.InstitutoConstrucciny Gerencia.ICG

2. Copyright Asociacion de Productores de Cemento - Lima - Per ACTUALIDAD NACIONAL N 1 / ENERO 2011 BOLETN INFORMATIVO ASOCEM 2011 2.DEFINICIONES 2.1 CAPACIDAD DE CARGA LIMITE (q ).- Mxima presind que se puede aplicar a la cimentacin, sin que sta penetreenelsuelo. 2.2 CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE (q ).-Es la cargaadm lmite qd dividida entre un factor de seguridad FS. q =adm q /FS. A este esfuerzo se le llama capacidad portante. Eld Dr. Terzaghi recomienda que FS no sea menor que 3. La capacidad de carga admisible se obtiene con el ensayo de penetracin estndar (SPT), ver Fig. (1), o con el ensayo decortedirecto,verFig.(2). 2.3 ESFUERZO NETO (q neto).- Es el esfuerzo til, que queda para la superestructura, despus de quitarle el esfuerzo que va a utilizar el peso del relleno del suelo y la sobrecargadepiso: qneto=qadm-V*D -sobrecargadepisof Donde: y=pesoespecficodelrelleno D = Profundidad de cimentacin Sobrecarga de piso =f 500kg/m2. 2.4 PRESIN DE CONTACTO (qc).- Es producida por las cargas de la superestructura, y acta debajo de la zapata, en el encuentro zapata-suelo. En el diseo de cimentaciones, se busca que qc sea menor o igual a q neto. 3.ZAPATASAISLADAS Las zapatas aisladas son elementos estructurales, que sirven para repartir las cargas de la columna al suelo. Su diseo es la base para otro tipo de cimentaciones. Se necesita contar con la carga axial y la resistencia admisible del terreno (q ). Vamos a encontrar laadm proporcin n, entre el peso de zapata Pz y la carga de servicioP,comofuncindelesfuerzoneto: Fig. (1). Determinacin de parmetros geotcnicos, con el equipo de penetracin estndar (SPT), para construccin de tanque elevado en la ciudad de Lambayeque. Fig. (2). Muestra de suelo en el instante de la falla, durante un ensayo de corte directo, realizado en el Laboratorio de suelos de la UNPRG. Fig. (3). Planta y elevacin de zapata aislada 3. Copyright Asociacion de Productores de Cemento - Lima - Per ACTUALIDAD NACIONAL N 1 / ENERO 2011 BOLETN INFORMATIVO ASOCEM 2011 Den=Pz/P P+Pz=qneto*A*B,y Pz=Yc*B*H, Siendo: Y =Pesovolumtricodelconcretoarmado.c A,B,H=dimensionesenplantayelevacindelazapata qneto=esfuerzoneto Seobtiene: n = 1 qneto - 1 (ZA-1) 3 Con el peso volumtrico del concreto de 2,4 t/m y H= 0,60 m, se obtiene la tabla (1). colocan vigas de conexin, para evitar los desplazamientoshorizontalesdelaszapatas,soportarlos momentos de las columnas (especialmente por sismo), disminuir el efecto de los asentamientos diferenciales y, parasoportarlosmomentos,debidoalaexcentricidadde la carga de la columna y la reaccin del suelo, que se produceenlaszapatasexcntricas.Lacolocacindevigas de atado es obligatorio en estructuras construidas en zonas ssmicas, segn el cdigo europeo llamado Eurocdigo 8: Proyecto de estructuras sismorresistentes. Adems deben colocarse en ambas direcciones formandounaretcula. Un modelo estructural simple, de zapatas conectadas, se muestra en la Figura (4), donde P1 y P2 son las cargas actuantes, R1 y R2, son las reacciones del suelo, s1 es el anchodecolumna,Leslaseparacinentrecargas,yxesla distanciaalpuntodemomentomximo. Usando el procedimiento de diseo de zapatas conectadas, se han calculado las reas de las zapatas excntrica (81xT1, en minterior (82 = T2, en metros), y las secciones y aceros de las vigas de conexin; para las variables: Nmero de pisos (N), separacin de columnas (L)enmetros,yelesfuerzoneto(qneto).Laseparacinde columnas se consider igual en ambas direcciones. No se incluy el efecto del sismo. Adems f'c = 210 kg/cm2, fy = 4200 kg/cm2. Se presenta la seccin (bxh, cm2), y los aceros del lecho superior (As superior.) e inferior (As inferior) de la viga de conexin. Se ha colocado el Momento flector mximo de la viga de conexin (Mu mx), para aadirle el que resulta del anlisis ssmico (y otrosefectosdelanaturaleza),yseaverificado,mejorado y adecuado a sus fines, por el diseador. Se ha partido desde una dimensin pequea (L = 3 m) hasta L = 6 m, para poder abarcar un campo variado, de medidas comunes de edificaciones. Los resultados se muestran en el Anexo, tabla ZC-01, y sirven para pre-dimensionar zapatas conectadas. Cuando el esfuerzo neto (qneto) o las luces (L) de su proyecto particular, no sean exactamente los valores dados en las tablas, se pueden interpolar,otomarelvalorinmediatosuperior. Tabla (1). Peso de zapata en funcin del peso de la superestructura. Q neto, kg/cm2 Proporcin n= Pz/p Porcentaje n* 100 0,50 0,85 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 0,404 0,204 0,168 0,130 0,106 0,078 0,061 40,4 20,4 16,8 13,0 10,6 7,8 6,1 La tabulacin y representacin de la Ec. (ZA-1), se encuentraenlaTablaZA-01yfiguraZA-01delAnexo,para diversosvaloresdeperaltedezapata. Las zapatas conectadas estn formadas, por zapatas acopladas con vigas de conexin (o vigas de atado). Se 4.ZAPATASCONECTADAS 4. Copyright Asociacion de Productores de Cemento - Lima - Per ACTUALIDAD NACIONAL N 1 / ENERO 2011 BOLETN INFORMATIVO ASOCEM 2011 5.ZAPATASCORRIDASOCONTINUAS Estos cimientos tienen una dimensin en la direccin longitudinal, mucho mayor que en la direccin transversal, ver Fig. (5). El cimiento es rgido, si se verifica la relacin, dada en la Norma ACI 336.2R 88 "Suggested Analysis and Design Procedures for combined footings and Mats", reaprobado en el 2002, y que nos remiten a Fritz Kramrisch y Paul Rogers ("Simplified Design of Combined footing", 1961), y Kramrisch ("Footings", 1984): En la direccin transversal.- Separacin para luces de volados: