cimentaciones superficiales
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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