Cimentaciones

FALLAS EN CIMENTACIONES.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Trasmiten los esfuerzos a la superficie del suelo en el que se apoya, siendo los esfuerzos mayores los que se transmiten a los estratos superficiales, y van disminuyendo con la profundidad.

Dentro de esta categoría se tienen los siguientes tipos:

a) Zapatas aisladas

b) Zapatas aisladas con trabas de liga

c) Zapatas corridas

d) Losas de cimentación

e) Cimentación compensada

 FALLA EN LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Los principales mecanismos de falla a considerarse son:

• Desplazamientos verticales

Los desplazamientos verticales que pueden darse por el incremento en los esfuerzos efectivos y por cambio en el contenido de humedad del suelo.

1. Asentamiento por incremento de esfuerzos

n dz = å Mzi Dszi Hi donde: dz es el desplazamiento vertical de la cimentación; Mzi es el módulo de deformación del estrato i; Dszi es el incremento en el esfuerzo vertical efectivo al centro del estrato i y Hi es el espesor del estrato i..

2. Asentamiento por cambio en el contenido de humedad

dz = Dez H donde Dez es la deformación unitaria originada por el cambio en el contenido de humedad y H es el espesor del material afectado por el cambio de humedad. Dez puede medirse en un ensaye de expansión del doble odómetro para suelos expansivos; o bien en un ensaye de colapso del doble odómetro para suelos colapsables .

3. Desplazamiento verticales diferenciales

Se debe revisar que los desplazamientos verticales diferenciales no produzcan daños en la superestructura: ? dZA - dZB ? / L £ e (3) donde dZA es el desplazamiento vertical de la zapata A, dZB es el desplazamiento vertical de la zapata B, L es la separación entre las zapatas A y B y e es la capacidad de carga.

• Capacidad de carga

En este punto se revisa que el subsuelo de cimentación no falle por resistencia al esfuerzo cortante. La capacidad de carga última se define como el esfuerzo que se aplica a un suelo, mediante una cimentación, para producir una falla en el subsuelo por resistencia al esfuerzo cortante.

Para asegurar que este mecanismo de fallas no se presente se trabaja con el siguiente factor de seguridad. F.S. = qd / qa / 2 donde qd es la capacidad de carga última suelo cimentación y qa es el esfuerzo de contacto promedio suelo cimentación.

1. Suelos cohesivos

En suelos cohesivos puede emplearse las siguientes ecuaciones :

a) Falla general

El mecanismo de falla general considera que antes del colapso de la cimentación se plastifican por completo las zonas II y III bajo la cimentación.

Esta falla se presenta en suelos rígidos poco comprensibles. qd = ac C Nc + aq sz Nq + ag gm B Ng donde C es la Cohesión del subsuelo de cimentación, sz esfuerzo vertical efectivo a la profundidad de desplante de la cimentación, gm Peso volumétrico del subsuelo de cimentación, B ancho de la cimentación, Nc, Nq y Ng son factores de capacidad de carga (únicamente son función de j),j ángulo de fricción interna del subsuelo de cimentación y Nc, Nq y Ng son factores de forma Nq = tan2 (45º + j/2) ep tan j (6) Nc = (Nq - 1)/tan j (7) Ng = 2(Nq + 1) tan j .

b) Falla local

Antes que se plastifique por completo las zonas II y III, la cimentación experimenta un asentamiento y desplome importante, por lo que la capacidad de carga última debe reducirse. La capacidad de carga última puede estimarse de la ecuación 5, reduciendo la cohesión y el ángulo de fricción interna como sigue: C’ = 2/3 C; j’ = tan −1 (2/3 tan j) donde C’ y j’ son la cohesión y el ángulo de fricción interna reducidos. La capacidad de carga última reducida se obtiene de la ecuación 5, intercambiando C por C’ y j por j’.

TIPO DE CIMENTACIÓN ac aq ag Cimentación continua 1.00 1.00 0.50 Cimentación rectangular 1 + (B/L)(Nq/Nc) 1 + (B/L)tan j 0.5 - 0.2 (B/L) . Cimentación cuadrada o Circular 1 + (Nq/Nc) 1 + tan j 0.30 Tabla No. 1.- Factores de formas para capacidad de carga

2. Suelos granulares En suelos granulares se emplea la siguiente ecuación para estimar la capacidad de carga última (Ref. 8, cap. 3). qd =(aq sz Nq + ag gm B Ng) (Cr + 0.1) donde Cr es la compacidad relativa del subsuelo de cimentación. 2.2.3 Esfuerzos de contacto no uniforme Cuando la cimentación esta sujeta a esfuerzos de contacto no uniforme, el factor de seguridad contra la falla por capacidad de carga se reduce: F.S. = (q’d)/(q’a) / 2 q’d se obtiene en las ecuaciones , intercambiando el ancho de la cimentación, B, por Br. Br = B - 2 e, siendo e la excentricidad. q’a = qa (B/Br)

• Desplazamiento lateral

Cuando la cimentación está sujeta a fuerzas horizontales, debe revisar que ésta no se desplace lateralmente, teniéndose el siguiente factor de seguridad contra el deslizamiento lateral: F.S. = (S FR)/(S FA) ³ 1.5 (12) Donde S FR es la sumatoria de las fuerzas que se oponen al deslizamiento lateral de la cimentación y S FA es la sumatoria de las fuerzas que tienden a producir el desplazamiento lateral. Para el caso particular del tanque elevado que se muestra en la figura No. 4, el factor de seguridad se obtiene: F.S. = (WT + WR + WC) tan j /(Fh1 + Fh2) (13) Donde WT es el peso del tanque vacío y estructura, WR es el peso del material de relleno sobre la cimentación, WC es el peso de la cimentación, Fh1 y Fh2 son las fuerzas horizontales actuando contra el tanque y estructura.

• Volteo de la cimentación

Factor de seguridad contra el volteo de la cimentación: F.S. = (S MR)/(S MA) ³ 1.5 (14) Donde S MR es la sumatoria de los momentos de las fuerzas que se oponen al volcamiento de la cimentación y S MA es la sumatoria de los momentos de las fuerzas que tienden a producir el volteo (momentos con respecto al punto O). Para el caso particular del tanque elevado que se muestra en la figura No.4, el factor de seguridad se obtiene: F.S. = (WT + WR + WC)(B/2)/{Fh1 h1 + Fh2 h2) (15) Donde h1, h2 son los brazos de palanca de las fuerzas Fh1 y Fh2, respectivamente con respecto al punto O.

• Levantamiento de la cimentación

En estructuras livianas sometidas a fuerzas verticales ascendentes como las debidas a vientos fuertes, debe revisarse que la cimentación no se levante: F.S. = (S FR)/(S FA) ³ 1.5 (16) S FR es la sumatoria de las fuerzas que se oponen al levantamiento de la cimentación y S FA es la sumatoria de las fuerzas que tienden a levantar la cimentación. Para el caso particular de la cimentación que se muestra en la figura No. 5, el factor de seguridad es: F.S. = (PM + WR + WC + Ff)/(Fv) (17) Donde PM es la carga muerta que actúa

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