Cimentaciones

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Dr. Jorge E. Alva Hurtado∗

1. CRITERIOS DE DISEÑO DE CIMENTACIONES

1.1 TIPOS DE CRITERIOS

1.1.1 Esfuerzo Permisible Transmitido

Se obtiene empíricamente al observar que la presión máxima no causa daño estructural en

diferentes condiciones de suelos. Lo anterior no significa que no ocurrirán asentamientos. Esta

presión admisible es válida para tamaños de cimentación y tipos de estructuras para las cuales

las reglas prácticas se han establecido. Los valores son conservadores y es difícil averiguar en

qué datos han sido basados. Las fallas registradas se atribuyen a mala clasificación de suelos,

en vez de mala regla empírica. En muchos casos se verifica con ensayos de carga, que

pueden no ser significativos.

1.1.2 Factor de Seguridad contra Falla por Capacidad Portante

Es un método más racional que el anterior. Debe evitarse este tipo de falla. El factor de

seguridad (2 a 4) debe reflejar no sólo la incertidumbre en el análisis de capacidad portante,

sino la observación teórica y práctica que el asentamiento no es excesivo. No debe usarse sin

estimar el asentamiento. Se presenta la forma de determinar q.

1.1.3 Movimientos Permisibles

Es el verdadero criterio de diseño para la mayoría de estructuras. Existen dos problemas al

aplicar el criterio: (a). Qué movimiento puede ser tolerado por la estructura y (b). Cómo se

pueden predecir tales movimientos.

1.2 MOVIMIENTOS PERMISIBLES

Existe una gran cantidad de información disponible sobre métodos de predicción de

asentamientos en edificaciones, más poca información sobre la cantidad y tipo de movimiento

que la edificación puede tolerar sin causar daño. Es necesario determinar el asentamiento

permisible.

∗ Profesor Principal de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería

1.2.1 Criterios de Diseño

El asentamiento tiene importancia por tres razones: aspecto, condiciones de servicio y daños a

la estructura. Los tipos de asentamiento son:

a. Asentamiento Uniforme

b. Inclinación

c. Asentamiento No-Uniforme

Existen asentamientos máximos y asentamientos diferenciales. El asentamiento diferencial se

caracteriza por la distorsión angular. El asentamiento admisible depende de muchos factores,

tal como se ilustra en la Tabla 14.1 y la Fig.14.8 de Lambe y Whitman.

1.2.2 Relación entre Asentamiento y Daño

Tiene mayor importancia el asentamiento diferencial que el total, aún cuando es más difícil

estimar el diferencial. Lo anterior es debido a que la magnitud del diferencial depende del suelo

y la estructura.

Usualmente se establecen relaciones entre la distorsión máxima y el asentamiento diferencial

máximo, luego se tiene relaciones entre el asentamiento diferencial máximo y el asentamiento

máximo de una zapata. Usualmente se especifica para zapatas de edificios comerciales un

asentamiento total admisible de 1 pulgada.

2. PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA ZAPATAS EN ARENA EN BASE A ENSAYOS

SPT

2.1 DEFINICIONES

2.1.1 Dimensiones

B

L = Longitud

d

dw

γ

γb

z

2.1.2 Cargas

QDL = Peso columna + zapata + suelo encima zapata-Ubase (B.L)

= Carga permanente.

QLL = Carga viva “normal” (actúa más de una vez al año), incluye

cargas normales de viento y nieve.

max QLL = Carga viva máxima posible.

Ws = Peso total del suelo por encima de base de zapata (antes de la

excavación excepto sótanos)- empuje hidrostático.

Ws = (B.L) (d.γ - Ubase)

Qnet = Carga neta normal = (QDL – Ws) + QLL

max Qnet = Carga neta máxima = (QDL – Ws) + max QLL

2.1.3 Esfuerzos

q = Esfuerzo total en la base de la zapata

Δq = Esfuerzo neto en la base de la zapata = q - d. γ - u

Δqa = q permisible (diseño)

2.1.4 Deformaciones

ρ = Asentamiento (pulg., cm).

ρa = Asentamiento permisible

δ / L = Distorsión

δ = Asentamiento diferencial

2.2 METODO DE TERZAGHI Y PECK (1967)

2.2.1 Suposiciones

a. ρa = 1 pulgada, en base a ρmax = 1¨ entonces δmax= 3/4”

b. Δqa para ρa = 1” en la Fig.54.4 (Terzaghi y Peck) y

Fig.14.28 (Lambe y Whitman)

para dw ≥ 2B

Las curvas se aproximan por:

2

( lg) )

1

3 ( ) ( 2

B

B

N

q tsf a

pu +

Δ

ρ =

c. Efecto de nivel freático alto (dw/B=0)

ρ se incrementa por 2.0 si d/B=0.0 (reduzca Δqa por 50%)

ρ se incrementa por 1.5 si d/B=1.0 (reduzca Δqa por 33%)

2.2.2 Pasos en el Diseño

a. Determine el valor de N promedio (se recomienda SPT cada 0.75m) a lo largo de z=B

para todos los sondajes.

b. Utilice para el diseño el valor promedio más bajo de N de un solo sondaje.

Nota: Si N<5 en arena saturada, densifique o emplee pilotes.

c. Determine de la Fig.54.4 el valor de Δqa para el valor mayor de B. Ajuste dicho valor por

el nivel freático si dw < B.

d. Emplee el valor de Δqa 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 ρ

- Ajustar Δqa por el tamaño de la zapata

2.3 METODO DE PECK Y BAZARAA (1969)

2.3.1 Modificaciones al Método de Terzaghi y Peck (1967)

a. Emplee el valor corregido de N=NB (promedio más bajo),donde:

NB = 4N/(1.00+2.0 σvo ksf) para σvo ≤ 1.5 ksf (ksf = rip por pie2)

NB = 4N/(3.25+0.5 σvo ksf) para σvo > 1.5 ksf

b. Aumente en 50% el valor de Δqa de la Fig.54.4

c. Corrija por nivel freático (dw < B/2) según la ecuación:

seco

verdadero

seco ( / 2)

( / 2)

( ) a z B

q q a z B

vo

vo

a a =

=

Δ ′ = Δ

σ

σ

verdadero = real

Es decir, el método asume que:

(verdadero)

(seco)

(seco)

(verdadero)

vo

vo

σ

σ

ρ

ρ =

2.4 PROCEDIMIENTO RECOMENDADO

2.4.1 Asentamiento Permisible ρa

a. Si se especifica (δ/L)max, use ρa = 450 (δ/L)max

b. Para edificaciones aporticadas típicas, se

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