1 cimentaciones superficiales(1)

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UNIVERSIDAD ANDINA “NESTOR CACERES VELÁSQUEZ” ESCUELA DE POST GRADO MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL MENCION: GEOTECNIA Y TRANSPORTES

M.Cs. Ing° José Antonio PAREDES VERA JULIACA-PERU 2,011


Naturaleza de las fallas por capacidad de carga en suelos Superficie de Falla General

B

Carga/รกrea unitaria, q

qu

Suelo Granular Compacto o Arcilla Firme

Asentamiento


Naturaleza de las fallas por capacidad de carga en suelos Superficie de Falla Local B

Carga/รกrea unitaria, q qu (1) qu

Suelo Granular Suelto o Arcilla Blando

Asentamiento


Naturaleza de las fallas por capacidad de carga en suelos Superficie de Falla por Punzonamiento

B

Carga/รกrea unitaria, q qu (1) qu

Suelo Granular muy Suelto o Arcilla muy Blanda

Zapata superficial

Asentamiento

qu


Modos de falla en cimentaciones sobre arena Compacidad relativa, Cr 0.2

0

0.4

0.6

Falla de cortante por punzonamiento

Df/B*

2

Falla de cortante local

Falla de cortante general

2 BL B+L

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

Para cimentaciones cuadradas: B = L;

3

Para cimentaciones circulares: B = L = diámetro

Df B

5

1.0

B∗ =

1

4

0.8


TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA B J

I q = γDf

qu

B

45 - φ/2

G

A

α α

45 - φ/2 F

D

B

45 - φ/2

G 45 - φ/2

E

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

1 qu = cN C + qN q + γBN γ 2

qu = 1.3cN C + qN q + 0.4γBN γ

(Cimentación en franja)

(Cimentación cuadrada o circular)

Donde

c = Cohesión del suelo γ = Peso especifico del suelo q = γDf Nc, Nq, Nγ = Factores de capacidad de carga adimensionales que son unicamente funciones del ángulo de fricción del suelo, φ.


Factores de Capacidad de Carga φ⎞ ⎛ Nq = tan 2 ⎜ 45 + ⎟eπ tan ϕ 2⎠ ⎝

N c = (N q + 1)cot φ N γ = 2(N q + 1) tan φ

Ecuación General de la Capacidad de Carga 1 qu = cN c Fcs Fcd Fci + qN q Fqs Fqd Fqi + γBN γ Fγs Fγd Fγi 2


Factores de forma, profundidad e inclinación recomendados para usarse Factor Forma*

Relación

Fcs = 1 +

B Nq L Nc

Fqs = 1 +

B tan φ L

Fγs = 1− 0.4 Profundidad †

Fuente De Beer (1970)

B L

Donde L = longitud de la cimentación (L>B) Condición (a): Df / B≤1

Fcd = 1+ 0.4

Df B

Fqd = 1 + 2 tan φ (1 − senφ )

2

Fγd = 1

Df B

Hansen (1970)


Condición (b): Df / B>1

⎛ Df Fcd = 1 + (0.4) tan ⎜⎜ ⎝ B −1

⎞ ⎟⎟ ⎠

Fqd = 1 + 2 tan φ (1 − senφ ) tan −1 2

Df B

Fγd = 1 Inclinación

β° ⎞ ⎛ Fci = Fqi = ⎜1 − ⎟ ⎝ 90° ⎠ ⎛ β Fγi = ⎜⎜1 − ⎝ φ

⎞ ⎟⎟ ⎠

2

Meyerhof (1963); Hanna Y Meyerhof (1981)

2

Donde β = inclinación de la carga sobre la cimentación con respecto a la vertical

* Estos factores de forma son relaciones empíricas basadas en amplias pruebas de laboratorio. † El factor tan-1 (df/B) esta en radianes.


0 ≤ D1 ≤ D f 0 ≤ D1 ≤ D f

Modificación de las Ecuaciones para la capacidad de carga por la posición del nivel de agua Caso I Nivel del agua D1 freática

Df

D2

B ≤

0 ≤ D1 ≤ D f

γ

d

Si el nivel de agua 0 ≤ D1 ≤ Df

q = D1γ + D2 (γ sat − γ w ) q=sobrecarga efectiva

Caso II Nivel del agua freática

γsat = peso especifico saturado

Caso III Cuando el nivel está localizado de modo que d ≥ B, el agua no tendrá efecto sobre la capacidad de carga última

Si el nivel de agua 0 ≤ d < B

q = γ ∗ Df El factor γ en el último término de las ecuaciones de capacidad de carga debe ser reemplazado por

γ = γ '+

d (γ − γ ') B


El factor de Seguridad

qadm =

qu FS

Sin embargo, algunos ingenieros en la práctica prefieren usar un factor de seguridad de Incremento del esfuerzo neto sobre el suelo = Capacidad de carga última neta FS Capacidad de carga última neta

qneta ( u ) = qu − q q = carga de la superestructura por área unitaria de la cimentación

qneta ( adm )

qu − q = FS

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


Cimentaciones Cargadas Excéntricamente qmax =

Q 6M + 2 BL B L

qmin =

Q 6M − 2 BL B L

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

Q M

B

B BXL

Para e < B/6 e

qmax Para e > B/6

L’ qmax

(a)

2e

B’

(b)


1. La distancia e es la excentridad, o

e=

M Q

qmax =

Q ⎛ 6e ⎞ ⎜1 + ⎟ BL ⎝ B⎠

qmin =

Q ⎛ 6e ⎞ ⎜1 − ⎟ BL ⎝ B⎠

qmax =

4Q 3L(B − 2e )

y

2. Determinar las dimensiones efectivas de la cimentación como B’ = ancho efectivo = B – 2e L’ = longitud efectiva = L


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

1 q'u = cN c Fcs Fcd Fci + qN q Fqs Fqd Fqi + γB' N γ Fγs Fγd Fγi 2 4. La carga última total que la cimentación soporta es A’

Qúlt = q 'u ( B ' )( L' ) donde A = área efectiva 5. El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga es

FS =

Qúlt Q


Cimentaciones con Excentricidad en dos Direcciones

Qúlt M

(a)

eB =

BXL

My Qúlt

eL =

Mx Qúlt

B

y eB

Mx M L

Qúlt

Qúlt

eL

My

B (b)

(c)

(d)


Qúlt se obtiene como sigue

Q ult = q 'u A' Donde:

1 q ' u = cN c Fcs Fcd Fci + qN q Fqs Fqd Fqi + γB' N γ Fγs Fγd Fγi 2 y A’ = área efectiva = B’L’

Caso I:

eL / L ≥

1 6

y eB / B ≥

El área efectiva para esta condición es:

1 6

A' =

1 B1 L1 2


Área efectiva para el caso

Área efectiva

B1

eL

L

1 6

y eB / B ≥

1 6

donde

3e ⎞ ⎛ B1 = B⎜1.5 − B ⎟ B ⎠ ⎝

eB

Qúlt

eL / L ≥

L1

3e ⎞ ⎛ L1 = L⎜1.5 − L ⎟ L ⎠ ⎝

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

B' =

A' L'


eL /L < 0.5 y 0< eB /B<1/6.

Caso II:

El área efectiva para este caso es

B

Área efectiva

A' =

1 (L1 + L2 )B 2

La longitud efectiva es

eB

L2

Qúlt

eL

L1

L’ = L1 o L2 (la que sea mayor)

L El ancho efectivo es

(a)

B’ =

A’ L’


Área efectiva para el caso eL/ L < 0.5 y 0 < eB / B< 1/6 (según Highter y Anders,1985)

0.5 eB/B=

B

0.4

Área efectiva

eB

Qúlt

0.3 eL

L

L1

eL/L

L2

0.167 0.1 0.08 0.06 0.04

0.2 0.

0.0

1 1

(b)

0.0

L1/L, L2/L

0.6

2

0.4

0.0

0.2

02

0.0

4

0

6

0

0.0

Para obtener L2/L

eB/B=

(a)

0.08

0.10

0.12 0.14 0.16

0.1

0.8

1.0

Para obtener L1/L


Caso III :

El área efectiva es

A' =

eL / L < 1/6 y

1 (B1 + B2 )L 2

0 <eB / B < 0.5.

B' =

El ancho efectivo es

A' L

0.5

B1

eL/L=

0.4

eB

0.167 0.1 0.08 0.06

Qúlt 0.3

eL

Área efectiva

0.2 4

0.0

0.0

1 1

B1/B, B2/B

0.6

0.0

0.4

2

0.2

0.0

0

6

Para obtener B2/B

eL/L=

0

0.08

0.1

0.0

B2

0.10

(a)

0.04 0.02 0.12 0.14 0.16

B

eB/B

L

0.8

1.0

Para obtener B1/B


TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE CIMENTACIONES Asentamiento Inmediato

(a)

Perfil del asentamiento

Perfil del (b) asentamiento Perfil de un asentamiento inmediato y presi贸n de contacto en arcilla: a) cimentaci贸n flexible; b) cimentaci贸n r铆gida


Cimentación BXL

D1

Asentamiento de cimentación rígida

Asentamiento de cimentación flexible

μs = relación de Poisson

Es = modulo de elasticidad Suelo Roca

Asentamiento elástico de cimentaciones flexible y rígida.


Se =

Bqo α 1 − μ S2 Es 2

Se =

Bqo 1 − μ S2 α Es

Donde

(

)

(esquina de la cimentación flexible)

(

)

(centro de la cimentación flexible)

⎛ 1 + m 2 + 1 ⎞⎤ 1 ⎡ ⎛⎜ 1 + m 2 + m ⎞⎟ ⎟⎥ + m1n⎜ α = ⎢1n 2 2 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ π ⎢⎣ ⎝ 1 + m − m ⎠ ⎝ 1 + m − 1 ⎠⎥⎦ m = L/B B = ancho de la cimentación L = longitud de la cimentaciòn

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

Se =

(

)

Bqo 1− μ s2 α av Es

(promedio para una cimentaciòn flexible)


3.0

α,αprom αr

2.5

α αr

2.0 1.5

Para cimentación circular

α=1 αprom = 0.85 αr = 0.88

1.0 0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

El asentamiento inmediato será diferente y se expresa como

Se =

(

)

Bqo 1− μ s2 α r ES

9

10


Asentamientos inmediato de cimentaciones sobre arcillas saturadas

qo Arcilla saturada

Df BXL

H

Modulo de elasticidad = Es

‘ Cimentación sobre arcilla saturada Para la notación usada en la figura esta ecuación es S e = A1 A2

qo B Es


Rango de los parĂĄmetros del material para calcular el asentamiento inmediato Es (kN / m2) = 766Nf Donde Nf = nĂšmero de penetracion estandar. Similarmente Es = 2qc El modulo de elasticidad de arcillas normalmente consolidadas se estima como Es = 250c a 500c Y para arcillas preconsolidadas como Es = 750c a 1000c Donde c = cohesiĂłn no drenada del suelo de arcilla


ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA Suelo Normalmente Consolidado

ΔH Δe = H 1+ e0

CAMPO

LABORATORIO

∆H

∆e

1+e0

ΔeH ΔH = 1+ e0

H

⎛ σ Δ e = Cc log ⎜⎜ ⎝

0

+ Δσ

σ

0

0

⎞ ⎟⎟ ⎠

Cc Δe

Cc= índice de compresibilidad

ΔH =

⎛σ CcH log ⎜⎜ 1 + e0 ⎝

0

+ Δσ

σ

0

0

⎞ ⎟⎟ ⎠

log σ

σ 0 σ 0 + Δσ


ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA Suelo sobre consolidado y

⎛σ CrH ΔH = log ⎜⎜ 1 + e0 ⎝

σ 0 + Δσ < Pc 0

+ Δσ

σ

0

0

⎞ ⎟⎟ ⎠

Cr= índice de recompresión

Suelo sobre consolidado y

⎛ Pc CrH log ⎜⎜ ΔH = 1 + e0 ⎝ σ 0

σ 0 + Δσ > Pc ⎞ CcH ⎛σ ⎟⎟ + log ⎜ ⎝ ⎠ 1 + e0

0

+ Δσ Pc

0

⎞ ⎟ ⎠


Presión admisible de carga en arena basada en consideraciones de asentamiento La presión admisible neta se define como

qadm ( neta ) = qadm − γD f De acuerdo con la teoría de Meyerhof, para 25mm de asentamiento máximo estimado

(

)

qadm ( neta ) kN / m 2 = 11.98 N cor

qadm ( neta )

⎛ 3.28 B + 1 ⎞ 2 kN / m = 7.99 N cor ⎜ ⎟ B 3 . 28 ⎝ ⎠

(

)

2

Donde Ncor = número de penetración estándar corregida


Prueba de Placa en Campo Viga de reacción Carga/area unitaria Gato mecánico

Pilote de anclaje

Diámetro de la placa de prueba =B

‘ Por lo menos 4B

(a)

Micrómetro

Asentamiento

(b)


Asentamientos Tolerable en Edificios ρi = Desplazamiento vertical total en el punto δij = Asentamiento diferencial entre los puntos i y j Δ = Deflexión relativa

ηi j =

Δ L

δij lij

−ω

= Distorsión angular

= Razón de reflexión


L A

ρmax

lAB

B

C

D

E

βab

δAB

Δ Perfil del Asentamiento

(a) Asentamiento sin inclinación

L A

δAB

lAB

ηAB

B

C

D

E

ω Δ Perfil del Asentamiento (b) Asentamiento sin inclinación

Parámetros para la definición de asentamiento tolerable





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