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Cimentaciones superficiales

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS ESCUELA ACADEMICA DE INGENIERIA MECANICA DE FUIDOS CONCRETO ARMADO CIMENTACIONES Ing. Flores Talavera A. LIMA, C.U. - 2013
  • 2. CIMENTACIONES
  • 3. 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.
  • 4. CIMENTACIONES
  • 5. 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.
  • 6. 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.
  • 7. TIPOS DE CIMENTACIONES • Superficiales. • Profundas. • Mixtas. Por la forma de fabricación pueden ser. • Concreto simple. • Concreto armado. • Mampostería. • In situ. • Prefabricados,
  • 8. CIMENTACIONES SUPERFICIALES
  • 9. CIMENTACIONES SUPERFICIALES
  • 10. CIMENTACIONES SUPERFICIALES
  • 11. 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.
  • 12. 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).
  • 13. CIMENTACIONES SUPERFICIALES ZAPATAS AISLADAS
  • 14. CIMENTACIONES SUPERFICIALES ZAPATAS AISLADAS
  • 15. CIMENTACIONES SUPERFICIALES ZAPATAS AISLADAS
  • 16. FALLAS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES
  • 17. B Carga/área unitaria, q qu (a) Superficie de falla En suelo Asentamiento B Carga/área unitaria, q qu (1) qu (b) Superficie de falla Asentamiento
  • 18. Carga/área unitaria, q B qu (1) qu (c) Superficie de falla qu Zapata superficial Asentamiento 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. B Donde B = ancho de la cimentación L = longitud de la cimentación 2 BL B L (Nota: L es siempre mayor que B.) Para cimentaciones cuadradas, B = L; para cimentaciones circulares; B = L = diámetro Entonces B* = B
  • 19. TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA B J I q = Df qu B G 45 - /2 A B 45 - /2 G 45 - /2 45 - /2 F D E Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida continua rugosa qu cN C qN q 1 BN 2 (Cimentación en franja) Donde c = 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, .
  • 20. Se expresan como: Nq Nc N qu tan 2 45 2 e tan N q 1 cot 2 N q 1 tan cN c Fcs Fcd Fci qN q Fqs Fqd Fqi Capacidad de carga ultima neta qneta(u) = qu – q Donde qneta(u) = capacidad de carga ultima neta 1 BN F s F d F i 2
  • 21. Nivel del agua D1 freática B Df Caso I B d Nivel del agua freática sat Caso II = peso especifico saturado Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de agua. El factor de Seguridad qadm qu FS
  • 22. 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 neta FS La capacidad de carga última neta se define como qneta(u ) qu q 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 qneta( adm) qu q FS El factor de seguridad definido por la ecuación debe ser por lo menos 3 en todos los casos.
  • 23. Cimentaciones Cargadas Excéntricamente Q 6M qmax BL B 2 L Q BL qmin Q 6M B2L Donde Q = carga vertical total M = momento sobre la cimentación e M B B BXL Para e B/6 qmax Para e B/6 L’ qmax (a) B’ 2e (b)
  • 24. 1. La distancia e es la excéntrica. e M Q qm ax Q 6e 1 BL B qm in Q 6e 1 BL B qm ax 4Q 3L B 2e y 2. Determine las dimensiones efectivas de la cimentación como B’ = ancho efectivo = B – 2e L’ = longitud efectiva = L
  • 25. 3. Use la ecuación para la capacidad de carga última como q'u cN c Fcs Fcd Fci qN q Fqs Fqd Fqi 1 B' N F s F d F i 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
  • 26. Cimentaciones con Excentricidad en dos Direcciones My eB Qúlt Qúlt M (a) B BXL B y eB Mx M L Qúlt Qúlt eL My B (b) (c) (d)
  • 27. eL Mx Qúlt Si se requiere Qúlt se obtiene como sigue Q ult q'u A' Donde la ecuación qu cN c Fcs Fcd Fci qN q Fqs Fqd Fqi y A’ = área efectiva = B’L’ 1 B' N F s F d F i 2
  • 28. Área efectiva B1 eB Qúlt eL L1 L B Caso I: 1 6 yeB / B eL / L Área efectiva para el caso eL / L 1 6 yeB / B El área efectiva para esta condición se muestra A' 1 B1 L1 2 1 6 1 6
  • 29. donde B1 3eB B 1.5 B L1 3eL L 1 .5 L La longitud efectiva L’ es la mayor de la dos dimensiones, es decir, B1, o L1. El ancho efectivo es entonces B' A' L'
  • 30. Área efectiva para el caso eL/ L < 0.5 y 0 < eB / B< 1/6 B Área efectiva Las magnitudes de L1 y L2 . El ancho efectivo es La longitud efectiva es L’ = L1 o L2 (la que sea mayor)
  • 31. Caso III : eL / L < 1/6 y 0 <eB / B < 0.5. El área efectiva es 1 A' B1 B2 L 2 B1 El ancho efectivo es eB Qúlt L B' eL Área efectiva B B2 A' L
  • 32. ASENTAMIENTOS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES
  • 33. TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE CIMENTACIONES Asentamiento Inmediato (a) Perfil del asentamiento Perfil del asentamiento Perfil de un asentamiento inmediato y presión de contacto en arcilla (b)
  • 34. Cimentación BXL D1 Asentamiento de cimentación rígida Asentamiento de cimentación flexible = relación de Poisson Es = modulo de elasticidad Suelo s Roca Asentamiento elástico de cimentaciones flexible y rígida.
  • 35. Se Bqo 1 Es 2 S Se Bqo 1 Es 2 S Donde 1 (esquina de la cimentación flexible) 2 (centro de la cimentación flexible) 1 m2 1n m 2 m 1 m m1n 1 m2 1 1 m2 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 Es 2 s av (promedio para una cimentaciòn flexible)
  • 36. 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, la ecuación es. Donde A1 es función de H / B y L / B. A2 es función de Df / B. Se qo B A1 A2 Es
  • 37. 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. Es = (kN / m2) = 766Nf Donde Nf = nùmero de penetracion estandar. Similarmente Es = 2qc qc = resistencia por penetración de cono estática 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 = cohesión no drenada del suelo de arcilla
  • 38. Presión admisible de carga en arena basada en consideraciones de asentamiento La presión admisible neta se define como qadm ( neta) qadm Df De acuerdo con la teoría de Meyerhof, para 25mm de asentamiento máximo estimado qadm( neta) qadm( neta) 2 kN / m kN / m2 11.98Ncor 799N cor 3.28B 1 3.28B 2 Donde Ncor = número de penetración estándar corregida
  • 39. 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.
  • 40. Asentamientos Tolerable en Edificios i ij = Desplazamiento vertical total en el punto = Asentamiento diferencial entre los puntos i y j = Deflexión relativa ij ij lij = Distorsión angular = Razón de reflexión L
  • 41. A max lAB B L C D E ab AB Perfil del Asentamiento (a) Asentamiento sin inclinación A lAB B L C D E AB AB Perfil del Asentamiento (b) Asentamiento sin inclinación Parámetros para la definición de asentamiento tolerable
  • 42. Zapatas Combinadas Y Cimentación con Losas Zapata Rectangular Combinada 2 1 Lindero de propiedad Lindero de propiedad 3 4 1 2 3 4 Zapata rectangular combinada Zapata Trapezoidal combinada Zapata en Voladizo Losa de Cimentación (a)
  • 43. Q1+Q2 L2 L1 X L3 Q1 Q2 Seccion B . q(admneta) / longitud unitaria L Lindero de Propiedad B Planta (b) (a) Zapatas combinadas (b) zapata rectangular combinada; (c) zapata trapezoidal combinada; (d) zapata en voladizo
  • 44. Q1+Q2 L2 L1 X Q1 L3 Q2 B2 . q(admneta) / longitud unitaria B1 . q(admneta) / longitud unitaria Sección Lindero de Propiedad B2 L Planta (c)
  • 45. Sección Lindero de propiedad Planta (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.
  • 46. Si se conoce la presión admisible neta del suelo, determine el área de la cimentación A A Q1 Q2 qadm ( neta) B1 B2 2 L De la propiedad de un trapezoide tenemos X L2 B1 2 B2 L B1 B2 3 Zapata en Voladizo Este tipo de construcción de zapata combinada usa una contratrabe para conectar una cimentación de columna cargada excéntricamente a la cimentación de una columna inferior Cimentación con Losa Este tipo de cimentación es una zapata combinada que cubre toda el área bajo una estructura que soporta varias columnas y muros
  • 47. Tipos Comunes de Cimentaciones con Losas 1. Losa plana. La losa es de espesor uniforme. 2. Losa plana con mayor espesor bajo columnas Sección en A - A A A Planta Sección en A - A A A Planta (b) (a) Tipos de Losas de cimentación: (a) losa plana; (b) losa reforzada bajo columnas; (c) vigas losa; (d) losa con muros de sótano
  • 48. Sección en A - A Sección en A - A A A A A Planta (c) Planta (d) 3. Vigas y losa. Las vigas corren en ambas direcciones, y las columnas se localizan en las intersección de las vigas 4. Losa con muros de sótano como parte de losa. Los muros actúan como rigidizadores de la losa.
  • 49. LOSAS DE CIMENTACIÓN
  • 50. 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. qu cN c Fcs Fcd Fci qN q Fqs Fqd Fqi 1 BN F s F d F i 2 La Capacidad de carga ultima neta es qneta (u ) qu q Para arcillas saturadas con qu Cu N c Fcs Fcd = 0 y condición de carga vertical, la ecuación da q Donde Cu = cohesión no drenada. (Nota: Nc = 5.14, Nq = 1 y N = 0.) para Fcs 1 B L Nq Nc 1 B L 1 5.14 1 0.195B L =0
  • 51. y Fcd 1 0.4 Df B La sustitución de la forma precedente y factores de profundidad en la ecuación da qu Df 0.195B 5.14cu 1 1 0.4 L B q Por consiguiente, la capacidad de carga ultima neta es qneta(u ) qu Df 0.195B q 5.14cu 1 1 0.4 L B Para FS = 3, la capacidad de carga admisible neta del suelo es entonces qadm( neta) qneta(u ) FS Df 0.195B 1.713cu 1 1 0.4 L B
  • 52. Para cimentaciones superficiales, tenemos 2 qadm( neta) kN / m 2 11.98Ncor Se 3.28B 1 Fd 3.28B 25 Donde Ncor = resistencia a la penetración estándar corregida B = ancho (m) Fd = 1+0.33 (Df/B ) ≤ 1.33 Se = asentamiento (mm) Cuando el ancho B es grande, la ecuación anterior es aproximada (suponiendo 3.28B +1=3.28B) como qadm ( neta) kN / m 2 11.98N cor 1 0.33 15 .93 N cor 11 .98 N cor Fd Df B S e mm 25 S e mm Se 25
  • 53. Usando esta lógica y suponiendo en forma conservadora que Fd es igual a 1, Aproximamos la ecuación como qadm( neta) 2 kN / m 23.96N cor La presión neta aplicada sobre una cimentación se expresa como q Q A Df 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)
  • 54. GRACIAS POR LA ATENCION

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