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8/18/2019 Asentamientos en Cimentaciones _ CivilGeeks

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Asenta mientos en cimentaciones

Durante la construcción de edificios, a medida que las cargas de columnas sesitúan sobre las cimentaciones, éstas se asientan.

Si los cimentos se apoyan sobre roca o suelos muy duros, los asentamientospueden ser muy pequeños; sin embargo, si se trata de suelos ordinarios de valle,el asentamiento puede ser de una fracción de pulgada o de varias pulgadas. Soncomunes los asentamientos de ½ a 1 pulgada (1,27 a 2.54 cm).

Gran parte del asentamiento puede producirse durante la construcción. En otroscasos, los asentamientos se producen muy lentamente y prosiguen durante variosaños, después de concluida la construcción.

Asentamientos calculados

Se ha establecido un sistema de pruebas y cálculos para estimar losasentamientos para una cimentación dada.

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Cuando una carga se sitúa sobre una cimentación, dicha carga se transfiere haciaabajo a cada uno de los estratos del suelo en que se apoyan los cimientos. En lafigura 15.1 se ilustra esta distribución de presiones. Inmediatamente debajo de laszapatas, la presión del suelo aumenta hasta alcanzar casi la capacidad total depresión de carga. A profundidades de 10 ó 20 pies (3 ó 6 metros) por debajo de lasuperficie del terreno, la carga se distribuye entonces y el aumento de presión es

pequeño.

Tabla 1 Valores típicos de asentamientos para una carga de columna de 300,000

libras (136,200 kg)

Tipo de suelo Presión De carga(Ib/pie2) Tamaño De zapatas (pies) Asentamientos(pulgadas)

ArcilladuraArenacompactaArcillamoderadamentefirmeArena

moderadamentecompactaArcillablanda

Arena suelta

10,00010,0003,0003,0001,500

1,500

51/2X51/251/2X51/210X1010X1014X14

14X14

0.50.31.50.83.0

1.5

Para calcular los asentamientos, se divide en estratos el suelo en que se apoyanuna cimentación. Para obtener el asentamiento total, se estima el asentamiento de

cada estrato y se suman los resultados parciales.

En la figura 15.1, la curva de presión natural del suelo indica que la presión delsuelo, a una profundidad de 5 pies (1.5m) es de aproximadamente 500 Ib/pie2(2,441 kg/m2), ya que el suelo pesa cerca de 100 Ib/pie3 (1,625 kg/m3). La nuevacimentación tendrá una presión de carga de 3,000 Ib/pie2 (14,647 kg/m2), debidoa las cargas muertas y otras cargas estáticas reales. Las cargas temporales debidasa los vientos, los movimientos sísmicos y otras cargas poco frecuentes y de cortaduración, casi siempre se deducen por que influyen poco sobre el asentamiento.La presión del suelo se distribuye en éste y, por tanto, el aumento de presión a una

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profundidad de 5 pies (1.5m) no es de 3,000 Ib/pie2 (14,647 kg/m2), si no deaproximadamente 2,100 Ib/pie2 (10,253 kg/m2).

Puesto que la presión normal a una profundidad de 5 pies es de 500 Ib/pie2 (2,441kg/m2), esta presión aumentará a 2,600 Ib/pie2, debido al peso de la cimentación.Basándose en la prueba de consolidación de laboratorio, se descubrió que unamuestra obtenida a una profundidad de 5 pies (1.5 m) se consolidaba muy pococuando se le aplicaba una carga de 500 Ib/pie2 (10,253 kg/m2). Esto es razonable,

puesto que el suelo se ha cargado ya a 500 Ib/pie2 (2,441 kg/m2) y se haconsolidado. La pequeña consolidación se toma como punto de partida para lasmediciones. Al proseguir la prueba de consolidación mediante la aplicación decargas más pesadas, se descubrió que el suelo se consolida un 1% adicional,cuando se aplica a la muestra de suelo la carga completa de 2,600 Ib/pie2 (12,694kg/m2).

Suponiendo que ese estrato tenga un espesor de 5 pies (1.5m), la comprensióntotal del estrato será de 0.6 pulgadas (1.5 cm) (60 pulg. X 1% = 0.6 pulgadas). Sepueden hacer cálculo similar para todos los demás estratos por debajo de la

cimentación. El total es el asentamiento esperado de las zapatas, que es probableque se encuentre en la gama de 1.5” (3.81 cm).

En la tabla 1 se dan varios valores típicos de asentamientos estimados paracimentaciones en varias clases de suelos.

Asentamientos medidos.

Los asentamientos se miden con frecuencia. Dichas mediciones pueden hacersecon mayor facilidad y presión, si se hacen marcas en las columnas, en las primerasfases de la construcción. Si no se hacen esas marcas de referencia, las

observaciones de asentamientos se comparan de nuevo con las elevaciones“construidas” para las cimentaciones o las losas de pisos apoyadas. Esos registrossuelen ser muchos menos exactos.

Asentamientos durante la construcción

Algunos suelos, como las arenas Y los materiales de drenaje libre, se asientan conrapidez cundo se someten a las cargas. Casi todo el asentamiento sueleproducirse durante el periodo de construcción; por tanto, una vez concluida laconstrucción, prácticamente no se producirá ningún asentamiento.

Al contrario, los suelos limosos y arcillosos tienen un drenaje lento. Porconsiguiente, durante la construcción se producirán asentamientos queproseguirán durante varios años, después de que se ha terminado la construcción.

Durante las pruebas de consolidación el laboratorio, se puede medir la velocidadcon que se comprimen las muestras de suelos. Esto da una buena indicación deltiempo que puede tomar el asentamiento de las cimentaciones.

Se ha establecido un método de calculo para estimar cuanto tiempo se requiera

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para que se produzca la mayor parte de los asentamientos. El drenaje de unestrato de suelo depende de su velocidad de drenaje y el espesor del estrato.Cuando sea analizado una muestra dado de un estrato de suelo, se puede estimarel tiempo necesario para consolidación, comparado el espesor de la muestra deprueba con el del estrato del suelo, en el terreno.

Muestra de prueba Estrato de suelo

Espesor = 1 pulgar (2.54cm) Velocidad de

asentamiento = 30 minutos Nota: El drenaje del fondoy de la parte superior se aplica a la muestra de pruebay, asimismo, al estrato de suelo. Así, la trayectoria dedrenaje es de la mitad del espesor del estrato.

Espesor = 10 Mitad del espesor

= 60 pulgadas Tiempo para elasentamiento

= 30 días

En general, se considera que una capa de suelo está libre para drenarse, si haycapas de arena por encima o por debajo de ella. Con frecuencia, los suelosarcillosos se entremezclan con estratos de arena. En ese caso, los estratos dearena actúan como capas de drenaje, haciendo que los asentamientos seproduzcan con mayor rapidez que en el caso de un cuerpo de limo o arcilla, sinestratos arenosos.

Asentamientos admisibles

El asentamiento de un edificio se puede medir como el asentamiento total de laestructura, o bien, como el asentamiento diferencial entre zapatas adyacentes oentre el centro y las esquinas de un edificio.

En general, si los asentamientos totales son uniformes se pueden tolerar singrandes dificultades. Si todas las cimentaciones de un edificio se asientan 3pulgadas, el único problema será el de acomodo de las instalaciones de servicio

público que llegan al edificio y el nivel de las aceras o banquetas y las zonas deestacionamiento de vehículos.

Si el asentamiento de los cimientos es desigual, por ejemplo, en el caso de que lazapata de una columna se asiente 1 pulgada (2.54 cm), mientras que una zapataadyacente se asiente 2 pulgadas (5 cm), esto puede hacer que el edificio sedistorsione y que las paredes se agrien. Este tipo de asentamiento es mucho másdifícil de tolerar. Por consiguiente, los asentamientos diferenciales tienen unaimportancia mucho mayor que los totales.

Algunos tipos de estructura, como las de almacenes grandes llegan a asentarse

varios pies, y a pesar de ello se ha tenido pocas dificultades para mantenerlos enfuncionamiento. A menudo, los grandes tanques de almacenamiento de petróleose construyen suponiendo que el asentamiento sea de un pie (30 cm). Lo másimportante es que el casco del depósito se asiente de manera uniforme en todassus partes.

En las estructuras comerciales más importantes, es común limitar losasentamientos diferenciales permisibles entre columnas adyacentes a de

pulgada o menos. Los asentamientos entre columnas adyacentes pueden seraceptables para estructuras de madera o edificios industriales de estructura ligera

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de acero.

Método de ajuste de asentamiento

Los asentamientos pueden reducir mediante un cambio en el diseño de lascimentaciones, que puede consistir en hacer cimientos más grandes o másprofundos. Asimismo los asentamientos se pueden reducir, si el sitio se cargapreviamente o se “sobrecarga” antes del construir el edificio (véase la sección

15.7), o bien, efectuando una compactación previa del suelo (véase el capítulo 23).Si durante la construcción y al aplicar las cargas iniciales las asentamientos seproducen con rapidez, estos se podrán corregir y no constituirán un problemacuando se entregue el edificio al propietario. Es posible “acelerar” el asentamiento,mejorando el drenaje de los suelos comprensibles.

En lo que se refiere al empleo de cimentaciones más anchas, se puede suponer,como guía aproximada, que el asentamiento se reduce al aumentar el área deapoyo de las zapatas cuadradas. Por ejemplo, para una carga de columna de 400kips, supóngase que el tamaño de la zapata es de 8x8 pies (2.40 X 2.40m) y que elasentamiento estimado es de 1 pulgada (2.54cm). si el tamaño de la zapata seaumenta a 12X12 pies (3.6 X 3.6m), el asentamiento será de 8 + 12 = 2/3 depulgada (1.69). Si el tamaño de las zapatas aumentan a 16 X16 pies (4.80 X 4.80m), el asentamiento será de 8 + 16 = 1/2 pulgada (1.27 cm). Esta guía se aplicamejor al suelo arcilloso y limoso que al arenoso.

Con frecuencia el ajuste de los asentamientos se efectúa cambiando el métodopara armar la estructura y la construcción de los muros, con el fin de hacerla másflexible.

Los cimientos de edificios ligeros se pueden diseñar con pernos de anclaje largos yángulos sujetadores en la columna, que permitan que se inserten gatos y que devez en cuando se levanten las columnas, para renivelar la estructura del edificio.

En un edificio se pueden hacer separaciones estructurales a ciertos intervalos.Esto permitirá que las distorsiones y los movimientos del edificio se lleven a caboa lo largo de “brechas” pre-establecidas.

3,790,000 150,000 670,000 3,400,000 300,000

570,000 21,190,000 220,000 26,990,000 129,000

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Los tableros laterales que se sujeten a columnas de acero pueden absorbermovimientos diferenciales apreciables, sin distorsiones. Al contrario, los muros deconcreto, los de ladrillo, los de concreto colado in situ o los muros inclinados ycontinuos de concreto, son frágiles, se agrietan con facilidad y sufren fracturasimportantes, aun cuando los asentamientos diferenciales sean pequeños. Espreciso recordar que los muros de concreto bien reforzados pueden tener unaconsiderable resistencia de trabe y pueden servir como puentes sobre lascimentaciones que tienden a asentarse demasiado. A veces, los muros de los

edificios se diseñan para que actúen como trabes. Esto parece funcionar bien,siempre que el claro no sea demasiado grande, ya que en estos muros seproduce una redistribución de esfuerzos, que no puede determinar.

Métodos de preconsolidación.

Relleno de sobrecarga

El asentamiento del suelo el que se va construir se puede forzar antes de edificarlas estructuras. Con es fin, a menudo se suelen utilizar rellenos de sobrecarga. En

general el relleno de sobrecarga que se pone en un sito tiene un peso igual omayor que el edificio que se va a construir. Antes de iniciar la construcción debedejarse que transcurra el tiempo necesario para que se produzca el asentamiento.

Los rellenos de sobrecarga pueden ser del orden de 4 a 5 pies (1.20 a 1.5 m) paraedificios industriales de un piso, supermercados y edificios escolares. Los rellenosde sobrecarga pueden ser de 30 a 40 pies (9 a 12 m) para edificios de concretoreforzado, los cuales son relativamente pesados. A veces se constituyen rellenosde sobrecarga de 30 a 40 pies (9 a 12m) en los sitios en que se construirán tanquespesados de almacenamiento centrales eléctricas u otras estructuras sumamentepesadas.

En el fondo de los rellenos de sobrecarga, se pueden poner marcadores deasentamiento para medir el asentamiento y el término del asentamiento. En lafigura 15.2 se muestra un relleno típico de sobrecarga.

Compactación o compresión del suelo.

Existen varios para compactar o comprimirlos suelos. Entre ellos: (a)vibroflotación; (b) disminución del nivel del agua, mediante el empleo desumideros o web points; (c) excavaciones del suelo para volverlo a colocar como

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relleno compactado, y (d) inserción de drenes de arena, drenajes de mecha u otrosdispositivos, para permitir que el agua se drene del suelo con mayor rapidez. Enestos métodos se describen con más detalle en capítulo 23.

Corrección

Desde la antigüedad, el asentamiento de los cimientos ha constituido unproblema; sin embargo, muchas estructuras grandes y pesadas cuyos cimientos

han sufrido asentamientos importantes se han establecido o puesto de nuevo ensus posiciones originales. La técnica de la construcción permite corregirproblemas muy graves de esta naturaleza, con nosotros razonables, encomparación con el costo de reemplazar la estructura. Esta técnica aplicada atiempo a la torre inclinada de pista estabilizar la estructura y tal vez nivelarla denuevo.

Los promedios de corrección que más se utilizan son: (a) elevación de loscimientos, inyectando cemento de suelos u otros materiales bajo la cimentaciones;(b) soporte de columnas, mientras se pone una nueva cimentación bajo cimientos

ya existentes: (c) extensión de las zapatas a una elevación menor, de porción enporción; (d) inyección de compuestos químicos o lechada en suelos porosos, bajolos cimentos y (e) instalación de pilotes, cajones perforados u otros nuevoscimientos adyacentes a las zapatas existentes, transfiriendo el peso de lascolumnas a esos nuevos cimientos, por medio de vigas “de aguja”, que se puedeninsertar por debajo o por encima de las zapatas, para conectarse directamente alas columnas. Otro método menos común consiste en congelar el suelo, pordebajo de una cimentación, y mantenerlo permanentemente congelado.

Asentamientos de otros tipos de cimentaciones

En este capítulo se han estudiado los asentamientos de cimentaciones aisladas; sinembargo, también se pueden producir asentamientos en otros tipos decimentaciones, tales como los pilotes fricción, los polotes de soporte en elextremo, grupo o conjuntos de pilotes, pilares rectos, cajones perforados yacampanados y otras cimentaciones profundas.Las cimentaciones profundasaplican sus cargas a estratos más firmes y profundos, o bien, distribuyen su cargasobre un área a una mayor profundidad.

También esos cimientos se asientan al cargarse; pero, por lo común, losasentamientos son mucho menos que los delas cimentaciones aisladas.

Si se utilizaran cimentaciones aisladas en una zona dada y se experimentaranasentamientos del orden de 1 a2 pulgadas (2.54 a 5.08 cm), se podría esperar quelos cimientos sobre pilotes u otras cimentaciones profundas apropiadas sufrieranasentamientos de 1/4 a 1/2 pulgada (0.6 a 1.27 cm). No obstante, si los cimientosllegan al apoyo final sobre rocas o suelos duros, los asentamientos seránesencialmente los que se deban a la contracción elástica de los pilotes, al situar lascargas. Supóngase que un edificio se apoya en pilotes de fricción, que se apoyanen todo el suelo a través del que se hinchan, sin llegar a tener una carga deextremo final.


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Si una columna del edificio tiene una carga de 50 toneladas, puede sostener en unpilote simple. Otra columna del edificio puede tener una carga de 400 toneladas yrequerirá ocho pilotes. Aunque cada pilote se carga con una cantidad igual, 50toneladas por pilote, se podrá esperar que el grupo de ocho pilotes se asiente másque el pilote simple. La diferencia de asentamiento puede no ser grande; porejemplo, el pilote simple se puede asentar 1/4 pulg., y el grupo de pilotes 1/2 pulg.El asentamiento diferencial resultante de 1/4 pulg. (0.6 cm) no constituirá un

problema desde el punto de vista estructural y nunca se detectará, a menos que setomen medidas precisas.

El asentamiento de pilotes individuales o de grupos de pilotes es más fácil deestimar que el de las cimentaciones aisladas. Se han creado métodossimplificados para hacer estimados aproximadas de los asentamientos. Esosmétodos son muy similares a los que se usan para calcular los asentamientos decimentaciones aisladas.


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Por lo común, se supone que la carga sobre los grupos de pilotes se distribuye detal modo que el grupo de pilotes es equivalente aproximadamente, a unacimentación aislada, situada a cierta profundidad por debajo del restante. Esteconcepto se ilustra en la figura 15.3. después de transformar el grupo de pilotesen una cimentación aislada equivalente, sobre el suelo, será posible calcular lapresión adicional del suelo. Utilizando esta presión del suelo, es posible estimar la

consolidación de los diversos estratos de suelos bajo los cimientos, como sedescribió antes, y será posible calcular el asentamiento total. Por lo contrario, silos pilotes del grupo se hincan en suelos blandos, y luego hasta el rechazo sobregrava y arena muy densa y profunda, la “zapata equivalente” será más profunda,como se muestra en la figura 15.4.

Por lo común, los asentamientos de estructuras apoyadas en pilotes sonrelativamente pequeños y no usan problemas. Sin embargo, puede haberdificultades importantes si una parte de una estructura se apoya en pilotes,mientras que otras partes se apoyan sobre cimentaciones aisladas. En la figura15.5 se muestra una estructura de dos pisos, apoyada en cimentaciones depilotes. Junto a ella, se levanta una estructura más ligera, de un solo piso, sobrecimientos aislados, que se sujetó al edificio original de dos pisos. En el edificio deun solo piso se produjeron grandes asentamientos.

Por regla general, si una parte de una estructura se apoya sobre pilotes, lasadiciones, aunque sean ligeras, también deberán ponerse sobre pilotes. Sólodespués de un estudio muy cuidadoso de los asentamientos probables, se podráconsiderar el uso de una combinación de tipos de cimentaciones. Si se combinanlos tipos, será mejor efectuar una separación, con dobles columnas, entre las dospartes de la estructura.


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Los asentamientos para cajones perforados y acampanados, pilares profundos ouna forma modificada de cimentaciones aisladas, se pueden calcular utilizando lasmismas técnicas que para las zapatas corridas.

La cimentación Franki se utiliza también como cajón. Sin embargo, el caso secompacta y preconsolida. Por tanto, los asentamientos son apreciablementemenores que los que pudieran calcularse para otros tipos de cajones apoyados enel suelo. En general esta cimentación se emplea para apoyos en suelos arenosos.

Debe señalarse de nuevo que este análisis no indica con exactitud la manera deefectuar un cálculo del asentamiento. Se pueden obtener más datos por medio depruebas, como las que se describen en la referencia 4; pero tampoco en esasreferencias se indica el método, así como tampoco lo indican los ingenieros desuelos.

Resumen. Los principales puntos de este post son los siguientes:

HECHOS : Los cimientos de los edificios se asientan; lo importante es

saber la medida en que esto sucede. Las mayores dificultades se

deben a los de asentamientos desiguales de las columnas

adyacentes. Los asentamientos de zapata en la arena son rápidos y

se producen durante la construcción. Las zapatas sobre arcilla se

asientan con lentitud. Además, se pueden mejorar las condiciones de

los sitios para reducir el asentamiento.

ATENCIÓN A: Un sitio de construcción que tiene suelos firmes en un

lado y blando en el otro. Zapatas muy cargadas, adyacentes a zapatas

con cargas más ligeras.

21,190,000

125,000

570,000

3,790,000

220,000

126,600,000 990,000 3,400,000 990,000 670,000

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