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
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.
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.
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).
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
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
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
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)
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
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.
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)
