CIMENTACIONES SUPERFICIALES Dr. Jorge E. Alva Hurtado

1 CIMENTACIONES SUPERFICIALES Dr. Jorge E. Alva Hurtado 1. CRITERIOS DE DISE O DE CIMENTACIONES TIPOS DE CRITERIOS Esfuerzo Permisible Transmitido Se obtiene emp ricamente al observar que la presi n m xima no causa da o estructural en diferentes condiciones de suelos. Lo anterior no significa que no ocurrir n asentamientos. Esta presi n admisible es v lida para tama os de cimentaci n y tipos de estructuras para las cuales las reglas pr cticas se han establecido. Los valores son conservadores y es dif cil averiguar en qu datos han sido basados. Las fallas registradas se atribuyen a mala clasificaci n de suelos, en vez de mala regla emp rica. En muchos casos se verifica con ensayos de carga, que pueden no ser significativos. Factor de Seguridad contra Falla por Capacidad Portante Es un m todo m s racional que el anterior.

2 Debe evitarse este tipo de falla. El factor de seguridad (2 a 4) debe reflejar no s lo la incertidumbre en el an lisis de capacidad portante, sino la observaci n te rica y pr ctica que el asentamiento no es excesivo. No debe usarse sin estimar el asentamiento. Se presenta la forma de determinar q. Movimientos Permisibles Es el verdadero criterio de dise o para la mayor a de estructuras. Existen dos problemas al aplicar el criterio: (a). Qu movimiento puede ser tolerado por la estructura y (b). C mo se pueden predecir tales movimientos. MOVIMIENTOS PERMISIBLES Existe una gran cantidad de informaci n disponible sobre m todos de predicci n de asentamientos en edificaciones, m s poca informaci n sobre la cantidad y tipo de movimiento que la edificaci n puede tolerar sin causar da o. Es necesario determinar el asentamiento permisible.

3 Profesor Principal de la Facultad de Ingenier a Civil de la Universidad Nacional de Ingenier a Criterios de Dise o El asentamiento tiene importancia por tres razones: aspecto, condiciones de servicio y da os a la estructura. Los tipos de asentamiento son: a. Asentamiento Uniforme b. Inclinaci n c. Asentamiento No-Uniforme Existen asentamientos m ximos y asentamientos diferenciales. El asentamiento diferencial se caracteriza por la distorsi n angular. El asentamiento admisible depende de muchos factores, tal como se ilustra en la Tabla y la de Lambe y Whitman. Relaci n entre Asentamiento y Da o Tiene mayor importancia el asentamiento diferencial que el total, a n cuando es m s dif cil estimar el diferencial. Lo anterior es debido a que la magnitud del diferencial depende del suelo y la estructura.

4 Usualmente se establecen relaciones entre la distorsi n m xima y el asentamiento diferencial m ximo, luego se tiene relaciones entre el asentamiento diferencial m ximo y el asentamiento m ximo de una zapata. Usualmente se especifica para zapatas de edificios comerciales un asentamiento total admisible de 1 pulgada. 2. PROCEDIMIENTOS DE DISE O PARA ZAPATAS EN ARENA EN BASE A ENSAYOS SPT DEFINICIONES Dimensiones BL = Longitudddw b Cargas QDL = Peso columna + zapata + suelo encima zapata-Ubase ( ) = Carga permanente. QLL = Carga viva normal (act a m s de una vez al a o), incluye cargas normales de viento y nieve. max QLL = Carga viva m xima posible. Ws = Peso total del suelo por encima de base de zapata (antes de la excavaci n excepto s tanos)- empuje hidrost tico.

5 Ws = ( ) (d. - Ubase) Qnet = Carga neta normal = (QDL Ws) + QLL max Qnet = Carga neta m xima = (QDL Ws) + max QLL Esfuerzos q = Esfuerzo total en la base de la zapata q = Esfuerzo neto en la base de la zapata = q - d. - u qa = q permisible (dise o) Deformaciones = Asentamiento (pulg., cm). a = Asentamiento permisible / L = Distorsi n = Asentamiento diferencial METODO DE TERZAGHI Y PECK (1967) Suposiciones a. a = 1 pulgada, en base a max = 1 entonces max= 3/4 b. qa para a = 1 en la (Terzaghi y Peck) y (Lambe y Whitman) para dw 2B Las curvas se aproximan por: 2lg)()12()(3 BBNtsfqapu+ = c.

6 Efecto de nivel fre tico alto (dw/B=0) se incrementa por si d/B= (reduzca qa por 50%) se incrementa por si d/B= (reduzca qa por 33%) Pasos en el Dise o a. Determine el valor de N promedio (se recomienda SPT cada ) a lo largo de z=B para todos los sondajes. b. Utilice para el dise o el valor promedio m s bajo de N de un solo sondaje. Nota: Si N<5 en arena saturada, densifique o emplee pilotes. c. Determine de la el valor de qa para el valor mayor de B. Ajuste dicho valor por el nivel fre tico si dw < B. d. Emplee el valor de qa determinado en c para dimensionar las otras zapatas. e. Verifique que qult >2-3q en base a QDL + max QLL f. Vea el libro de Terzaghi y Peck, pp 508-510 para: - Verificar el efecto de max Qnet en - Ajustar qa por el tama o de la zapata METODO DE PECK Y BAZARAA (1969) Modificaciones al M todo de Terzaghi y Peck (1967) a.

7 Emplee el valor corregido de N=NB (promedio m s bajo),donde: NB = 4N/( + vo ksf) para vo ksf (ksf = rip por pie2) NB = 4N/( + vo ksf) para vo > ksf b. Aumente en 50% el valor de qa de la c. Corrija por nivel fre tico (dw < B/2) seg n la ecuaci n: secoverdaderoseco)2/()2/()(BzaBzaqqvovoaa== = verdadero = real Es decir, el m todo asume que: )(verdadero(seco)(seco))(verdaderovovo = PROCEDIMIENTO RECOMENDADO Asentamiento Permisible a a. Si se especifica ( /L)max, use a = 450 ( /L)max b. Para edificaciones aporticadas t picas, se requiere que: ( /L)max 1/300, que corresponde a a = pulg. Determinaci n de NB y Dr a. Estime el valor de la mayor dimensi n de B. b. Para cada sondaje grafique N y vo con la profundidad de z = 0 a z = 2B y determine los valores de NB. c. Para cada rea representativa, obtenga el promedio m s bajo de NB (de un solo sondaje, no los valores m s bajos de todos los sondajes) y el valor correspondiente de 80/BNDr= * B/L = 1 valor promedio m s bajo de NB de Z = * B/L > 5 valor promedio m s bajo de NB de Z = Determinaci n de qa para el B mayor a.

8 Ecuaci n para qa (tsf) : (tsf = toneladas por pie calculado) )(.) ()( = pulg. Para NB 50 (Dr 80%) f(B)= (2B/1+B) Para 10 < NB <50 f(B)= ( +B) Para NB < 10(Dr<35%) f(B)= B (o si la arena contiene (si la profundidad de alguna materia org nica) la arena B) b. Verifique qa con la Tabla 11-1 del DM-7 y/o el Reglamento Nacional de Construcciones. c. Determine las dimensiones requeridas de la zapata mayor B x L = Q neto / qa d. Si B es significativamente diferente del valor estimado, repita el proceso. Pasos Finales a. Emplee el valor de qa para dimensionar otras zapatas. b. Verifique el valor del Factor de Seguridad (FS) de la zapata de menor dimensi n y zapatas peque as con relaciones d/B m s bajas.

9 I. FS>3 en base a QDL + QLL ii. FS> en base a QDL + max QLL c. Considere un ajuste en qa si existen variaciones grandes en los anchos de las zapatas: i. NB>10 y Bmax/Bmin> 2-3 ii. NB<10 y Bmax/Bmin> d. Verifique el efecto en de emplear max QLL e. CUIDADO: NO SE HA CONSIDERADO i. Efecto de carga repetida ii. Licuaci n iii. Subida posterior del nivel fre tico. Si esto ocurriese, emplee la correcci n de Peck y Bazaraa(1969). 3. CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN ARCILLA CRITERIOS DE CAPACIDAD PORTANTE Los factores de capacidad portante para zapatas en material homog neo fueron presentados por Skempton (1951). qu = Su. Nc + Donde para d/B = 0: Nc = para cimentaci n corrida Nc = para cimentaci n circular o cuadrada Nc = 5 (1 + B/ L) para cimentaci n rectangular B x L En el gr fico se presentan los valores de Nc para diferentes d/B.

10 Los factores de seguridad contra una falla drenada (considerando yC) tambi n deben verificarse. Generalmente, a mayor sobreconsolidaci n de la arcilla, existe una mayor tendencia para que la condici n drenada controle la capacidad resistente. Efecto de la Anisotrop a (Su) = (Ks +[1-Ks] sen ) Suv Suv = Su cuando 1f es vertical. = ngulos entre la horizontal y 1f. La resistencia a usarse en la ecuaci n de capacidad portante es el promedio de Su (V) y Su (H). qu d Su = resistencia no-drenada t = peso espec fico B x L = dimensiones de zapata 1 1 1 =45 =90 =0 Efecto de la Heterogeneidad Este efecto se ilustra para el caso de un suelo cohesivo bicapa (DM-7) CRITERIOS DE ASENTAMIENTO Terzaghi y Peck (1967) consideran que no es pr ctica una estimaci n precisa del asentamiento, ya que existen numerosos factores a ser considerados (propiedades del suelo, tama o de zapata, profundidad de cimentaci n, ubicaci n del nivel fre tico,etc).