cimentaciones superficiales

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE CIENCIAS FISICASESCUELA ACADEMICA DE INGENIERIA MECANICA DE

FUIDOS

CONCRETO ARMADO

CIMENTACIONES

Ing. Flores Talavera A.

LIMA, C.U. - 2013

CIMENTACIONES

CIMENTACIONES

Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la estructura al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su esfuerzo admisible ni produzcan concentraciones de cargas diferenciales.

CIMENTACIONES

CIMENTACIONES• Cuando una estructura transmite sus cargas al

terreno a través de la cimentación, se producen inevitablemente deformaciones (fundamentalmente asientos).

• El arte de cimentar consiste en obtener, a partir de las características tanto del terreno como de la estructura, las condiciones más favorables de apoyo, de manera que los asientos no resulten perjudiciales.

CIMENTACIONES

La ingeniería de cimentaciones puede definirse como el arte de transmitir de manera eficiente, eficaz y económica cargas estructurales al terreno, de forma que no se produzcan asentamientos excesivos.

TIPOS DE CIMENTACIONES • Superficiales.

• Profundas.

• Mixtas. 

Por la forma de fabricación pueden ser.

• Concreto simple.

• Concreto armado.

• Mampostería.

• In situ.

• Prefabricados,

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES Son aquellas en las que, el plano de contacto

entre la estructura y el terreno está situado bajo el terreno que la rodea, a una profundidad que resulta pequeña cuando se compara con el ancho de la cimentación.

Para comportarse de modo aceptable las cimentaciones superficiales deben tener dos características elementales.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES La cimentación debe ser segura frente a

una falla por corte general del suelo que la soporta

La cimentación no deber experimentar un asentamiento excesivo (el adjetivo excesivo

depende de varias consideraciones, como las estructurales

propias de la edificación).

CIMENTACIONES SUPERFICIALESZAPATAS AISLADAS

CIMENTACIONES SUPERFICIALESZAPATAS AISLADAS

CIMENTACIONES SUPERFICIALESZAPATAS AISLADAS

FALLAS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES

(a)

B

Superficie de falla En suelo

qu

Carga/área unitaria, q

Asentamiento

(b)

B

Superficie de falla

qu (1)

Carga/área unitaria, q

Asentamiento

qu

(c)

B

Superficie de falla

qu (1)

Carga/área unitaria, q

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.

LBBL

B

2

Donde B = ancho de la cimentación L = longitud de la cimentación

(Nota: L es siempre mayor que B.)

Para cimentaciones cuadradas, B = L; para cimentaciones circulares; B = L = diámetro

Entonces B* = B

TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA

DF E

G GA B

B

45 -/2 45 -/245 -/2 45 -/2

J I

qu q =Df

B

Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida continua rugosa

BNqNcNq qCu 21 (Cimentación en franja)

Dondec = Cohesión del suelo = Peso especifico del suelo q = Df

Nc, Nq, N = Factores de capacidad de carga adimensionales que son unicamente funciones del ángulo de fricción del suelo, .

tan2

245tan eNq

Se expresan como:

cot1 qc NN

tan12 qNN

idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFcNq 21

Capacidad de carga ultima neta

qneta(u) = qu – q

Donde qneta(u) = capacidad de carga ultima neta

BNivel del aguafreática

B

Caso IDf

dNivel del aguafreática

Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de agua.

sat = peso especifico saturado

Caso II

El factor de Seguridad

FS

qq u

adm

D1

Sin embargo, algunos ingenieros en la práctica prefieren usar un factor de seguridad de

Incremento del esfuerzo neto sobre el suelo = Capacidad de carga ultima netaFS

La capacidad de carga última neta se define como

qqq uuneta )(

Sustituyendo esta ecuación en la ecuación Anterior se obtiene

Incremento del esfuerzo neto sobre el suelo

= carga por la superestructura por área unitaria de la cimentación

FSqq

q uadmneta

)(

El factor de seguridad definido por la ecuación debe ser por lo menos 3 en todos los casos.

Cimentaciones Cargadas Excéntricamente

LB

M

BL

Qq 2max

6

LB

M

BL

Qq 2min

6 Donde Q = carga vertical total M = momento sobre la cimentación

QM

B

B X L

B

e

Para e B/6

qmax

qmax

Para e B/6

(a)

L’

2e B’

(b)

1. La distancia e es la excéntrica.

QM

e

Be

BLQ

q6

1max

y

Be

BLQ

q6

1min

eBLQ

q23

4max

2. Determine las dimensiones efectivas de la cimentación como

B’ = ancho efectivo = B – 2eL’ = longitud efectiva = L

3. Use la ecuación para la capacidad de carga última como

idsqiqdqsqcicdcscu FFFNBFFFqNFFFcNq '21

'

4. La carga última total que la cimentación soporta es

)')('(' LBqQ uúlt

A’

5. El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga es

donde A = área efectiva

Q

QFS últ

Cimentaciones con Excentricidad en dos Direcciones

últ

yB Q

Me

Qúlt

M

B B X L

(a)

B

L

B

(b) (c) (d)

y

M

Qúlt Qúlt

Mx

My

eL

eB

últ

xL Q

Me

Si se requiere Qúlt se obtiene como sigue

'' AqQ uult Donde la ecuación

idsqiqdqsqcicdcscu FFFNBFFFqNFFFcNq '21

y

A’ = área efectiva = B’L’

B

B1

L1

L

Área efectiva para el caso

Área efectiva

Qúlt

eB

eL

61

61 // ByeLe BL

Caso I:61

61 // ByeLe BL

El área efectiva para esta condición se muestra

1121

' LBA

Be

BB B35.11

donde

Le

LL L35.11

La longitud efectiva L’ es la mayor de la dos dimensiones, es decir, B1, o L1. El ancho efectivo es entonces

''

'LA

B

BÁrea efectiva

Área efectiva para el caso eL/ L < 0.5 y 0 < eB / B< 1/6

Las magnitudes de L1 y L2 .

El ancho efectivo es

La longitud efectiva es

L’ = L1 o L2 (la que sea mayor)

Caso III :

eL / L < 1/6 y 0 <eB / B < 0.5. El área efectiva es

LBBA 212

1'

El ancho efectivo es

LA

B'

'

B1

L

Área efectiva

Qúlt

eB

eL

B2

B

ASENTAMIENTOS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES

TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE CIMENTACIONES

Asentamiento Inmediato

Perfil delasentamiento(a)

Perfil delasentamiento

(b)

Perfil de un asentamiento inmediato y presión de contacto en arcilla

CimentaciónB X L

Asentamientode cimentaciónrígida

Asentamiento de cimentación flexible

Suelo

s = relación de Poisson Es = modulo de elasticidad

Roca

D1

Asentamiento elástico de cimentaciones flexible y rígida.

2

1 2 Ss

oe E

BqS (esquina de la cimentación flexible)

21 Ss

oe E

BqS (centro de la cimentación flexible)

Donde

11

111

1

11

12

2

2

2

m

mnm

mm

mmn

m = L/BB = ancho de la cimentación L = longitud de la cimentaciòn

El asentamiento inmediato promedio para una cimentaciòn flexible también se expresa como

avss

oe E

BqS 21 (promedio para una cimentaciòn flexible)

Asentamientos inmediato de cimentaciones sobre arcillas saturadas

Df

H Modulo de elasticidad = Es

qo

Arcillasaturada

‘

Cimentación sobre arcilla saturada

B X L

Para la notación usada en la figura, la ecuación es.Donde A1 es función de H / B y L / B. A2 es función de Df / B.

s

oe E

BqAAS 21

Rango de los parámetros del material para calcular el asentamiento inmediato

Las ecuaciones de asentamientos contienen parámetros elásticos Es y ms

Si no se tiene resultados de pruebas de laboratorio, se tiene que asumir.

Donde Nf = nùmero de penetracion estandar. Similarmente

El modulo de elasticidad de arcillas normalmente consolidadas se estima como

Es = 250c a 500c

Es = 750c a 1000c

Y para arcillas preconsolidadas como

Donde c = cohesión no drenada del suelo de arcilla

Es = 2qc

qc = resistencia por penetración de cono estática

Es = (kN / m2) = 766Nf

Presión admisible de carga en arena basada en consideraciones de asentamiento

La presión admisible neta se define como

fadmnetaadm Dqq )(

De acuerdo con la teoría de Meyerhof, para 25mm de asentamiento máximo estimado

cornetaadm NmkNq 98.11/ 2)(

2

2)( 28.3

128.3799/

BB

NmkNq cornetaadm

Donde Ncor = número de penetración estándar corregida

CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE

En los códigos de edificación se especifican la capacidad de carga

Admisible de cimentaciones sobre varios tipos de suelos. Para

Construcciones menores, se dan valores bastante aceptables, esos valores

de capacidad de carga se basan principalmente en clasificación visual de

suelos cercanas a la superficie.

Para grandes proyectos, necesariamente se deben ejecutar estudios in situ y

pruebas de laboratorio.

Asentamientos Tolerable en Edificios

i = Desplazamiento vertical total en el punto

ij = Asentamiento diferencial entre los puntos i y j

= Deflexión relativa

ij

ijji l

= Distorsión angular

L

= Razón de reflexión

L

A B C D ElAB

maxAB

Perfil delAsentamiento

(a) Asentamiento sin inclinación

ab

L

A B C D ElAB

AB

Perfil delAsentamiento

(b) Asentamiento sin inclinación

AB

Parámetros para la definición de asentamiento tolerable

Zapatas Combinadas Y Cimentación con Losas

Zapata Rectangular Combinada

1

3

2

4

Lindero de propiedad

Lindero de propiedad

1 Zapata rectangular combinada2 Zapata Trapezoidal combinada 3 Zapata en Voladizo4 Losa de Cimentación

(a)

Lindero dePropiedad

Planta

(b)

L

B

L2 XL3

L1

Q1+Q2

Q1 Q2

Seccion

B . q(admneta) / longitud unitaria

(a) Zapatas combinadas (b) zapata rectangular combinada; (c) zapatatrapezoidal combinada; (d) zapata en voladizo

L2 XL3

L1

Q1+Q2

Q1 Q2

B1 . q(admneta) / longitud unitariaB2 . q(admneta) / longitud unitaria

Sección

LB2

Lindero dePropiedad

Planta

(c)

Sección

Planta

Lindero depropiedad

(d)

Zapata Trapezoidal Combinada

Es a veces usada como una cimentación aislada para una columna que soporta una gran carga y donde el espacio es escaso.

)(

21

netaadmqQQ

A

LBB

A2

21

3

2

21

212

L

BB

BBLX

Si se conoce la presión admisible neta del suelo, determine el área de la cimentación

De la propiedad de un trapezoide tenemos

Zapata en Voladizo

Este tipo de construcción de zapata combinada usa una contratrabe para conectar unacimentación de columna cargada excéntricamente a la cimentación de una columna inferior

Cimentación con LosaEste tipo de cimentación es una zapata combinada que cubre toda el área bajo una estructura que soporta varias columnas y muros

Tipos Comunes de Cimentaciones con Losas

1. Losa plana. La losa es de espesor uniforme.2. Losa plana con mayor espesor bajo columnas

Secciónen A - A

Secciónen A - A

A A

Planta

(a)

A A

Planta

(b)

Tipos de Losas de cimentación: (a) losa plana; (b) losa reforzada bajo columnas; (c) vigas losa; (d) losa con muros de sótano

Secciónen A - A

Secciónen A - A

A A

Planta

(c)

3. Vigas y losa. Las vigas corren en ambas direcciones, y las columnas se localizan en las intersección de las vigas4. Losa con muros de sótano como parte de losa. Los muros actúan como rigidizadores de la losa.

A A

Planta

(d)

LOSAS DE CIMENTACIÓN

idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFcNq 21

Capacidad de Carga de Cimentaciones con Losas

La capacidad de Carga ultima total de una losa de cimentación se determina con la misma ecuación usada para cimentaciones superficiales.

La Capacidad de carga ultima neta es

qqq uuneta )(

Para arcillas saturadas con = 0 y condición de carga vertical, la ecuación da

qFFNCq cdcscuu

L

B

L

B

N

N

L

BF

c

qcs

195.01

14.5

111

Donde Cu = cohesión no drenada. (Nota: Nc = 5.14, Nq = 1 y N = 0.) para = 0

y

B

DF f

cd 4.01

La sustitución de la forma precedente y factores de profundidad en la ecuación da

qB

D

LB

cq fuu

4.01

195.0114.5

Por consiguiente, la capacidad de carga ultima neta es

B

D

LB

cqqq fuuuneta 4.01

195.0114.5)(

Para FS = 3, la capacidad de carga admisible neta del suelo es entonces

B

D

LB

cFS

qq f

uuneta

netaadm 4.01195.0

1713.1)()(

Para cimentaciones superficiales, tenemos

2528.3128.3

98.11/2

2)(

edcornetaadm

SF

BB

NmkNq

Donde Ncor = resistencia a la penetración estándar corregidaB = ancho (m)Fd = 1+0.33 (Df/B ) ≤ 1.33Se = asentamiento (mm)

Cuando el ancho B es grande, la ecuación anterior es aproximada (suponiendo 3.28B +1=3.28B) como

2598.11/ 2

)(e

dcornetaadm

SFNmkNq

mmS

B

DN ef

cor 33.0198.11

2593.15

mmSN e

cor

Usando esta lógica y suponiendo en forma conservadora que Fd es igual a 1,Aproximamos la ecuación como

corNmkNq netaadm 96.23/ 2)(

La presión neta aplicada sobre una cimentación se expresa como

fDAQ

q

Donde Q = peso muerto de la estructura y carga viva A = área de la losa

Por consiguiente, en todos los casos q debe ser menor que o igual a qadm(neta)

GRACIAS POR LA ATENCION