curso de cimentacion, Apuntes de Mecánica de suelos

¡Descarga curso de cimentacion y más Apuntes en PDF de Mecánica de suelos solo en Docsity!

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA

FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y DISEÑO

APUNTES DE CIMENTACIONES

Acerca del Curso

Propósito general del curso Que el estudiante aplique los conocimientos requeridos para diseñar, seleccionar y construir la cimentación más adecuada para el tipo de obra civil considerada en los proyectos que ejecute en el ejercicio de su profesión. Competencia (s) del curso Diseñar, seleccionar y construir la cimentación de una obra de Ingeniería Civil, de acuerdo con sus características, mediante la aplicación de los reglamentos y las normas vigentes del sector y para el óptimo funcionamiento de la cimentación en función de la estructura y las condiciones de proyecto. Con actitud analítica, reflexiva, innovadora y de compromiso social. Evidencia (s) de desempeño Formular proyectos de diseño de cimentaciones, donde se integren las memorias de cálculo y los resultados de la elección de las cimentaciones, considerando la interacción suelo-cimentación- estructura y cumpliendo con la normatividad vigente.

• Acerca del Curso Contenido
  • Propósito general del curso
  • Competencia (s) del curso
  • Evidencia (s) de desempeño
• Contenido Temático
• Capítulo I. Conceptos Fundamentales
  • Competencia de unidad I
  • 1.1 Definición de Cimentaciones.
  • 1.2 Características del diseño de Cimentaciones.
  • 1.3 Clasificación de las Cimentaciones.
  • 1.4 Interacción Suelo-Estructura........................................................................
  • 1.5 Factores que determinan el tipo de Cimentaciones.
  • 1.6 Distribución de presiones en el terreno........................................................
    • 1.6.1 Falla por corte General
    • 1.6.2. Falla al corte local
    • 1.63. Falla al corte por punzonamiento.
  • 1.7 Presiones Admisibles en el terreno.
  • 1.8 Asentamientos Admisibles
  • 1.9 Estudios de Mecánica de Suelos.
• Bibliografía.........................................................................................................

Capítulo I. Conceptos Fundamentales Competencia de unidad I Desarrollará la capacidad de Identificar los conceptos fundamentales de las cimentaciones en las obras civiles, mediante el análisis de los diferentes tipos de cimentaciones, estudios de mecánica de suelos y la interacción entre ellos; para comprender la importancia de su aplicación en el medio, con una actitud crítica, objetiva y responsable. 1.1 Definición de Cimentaciones. La cimentación es referida a la acción y el efecto de los elementos estructurales del edificio encargado de transmitir las cargas del terreno, por lo que la cimentación se realizará en función del mismo, o con elementos apoyados a este suelo distribuyéndose de forma que no superan la presión admisible, que puede admitir, aceptar o tolerar que produzca cargas zonales. La cimentación constituye el elemento intermedio que permite transmitir las cargas que soporta una estructura al suelo subyacente, de modo que no rebase la capacidad portante del suelo, y que las deformaciones producidas en éste sean admisibles para la estructura. Figura 1. Zapatas de Cimentación

Figura 2. Pilotes de Cimentación 1.2 Características del diseño de Cimentaciones. Los siguientes conceptos establecen la importancia que tienen las cimentaciones. El objetivo que tienen este tipo de estructuras es transmitir las cargas de la superestructuras y el peso propio de las mismas al terreno, pero presentan otras funciones como apoyar a la construcción, distribuir adecuadamente las cargas considerando, un factor de seguridad adecuado entre la estructura de cimentación y el suelo, limitar los asentamientos totales y diferenciales con la finalidad de controlar los daños en la estructura así como en las construcciones adjuntas y mantener la posición vertical de la estructura ante los diferentes tipos de acciones. El Profesor Clarence W. Dunham, dice que la palabra cimentación puede tener los siguientes significados: el terreno sobre la que se transmiten las fuerzas originadas por el peso propio de la estructura y sobrecargas que actúan sobre la misma, y otro

que es el conjunto de las partes estructurales de la infraestructura o sea el medio que sirve para transmitir al terreno, el peso de la superestructura, las acciones que actúan sobre ella y el peso propio de dicho medio o bien la combinación de los dos conceptos anteriores. Figura 3. Cimentaciones y Superestructura En la figura 3 se ilustran cimentaciones en construcciones típicas. Comúnmente se define a la superestructura e infraestructura de la siguiente manera: la superestructura es la parte de la construcción que se realiza con el objeto fundamental de ser utilizada por el hombre, la infraestructura es la parte de la construcción que es necesaria para apoyar a la superestructura.

1. 3 Clasificación de las Cimentaciones. En general se pueden dividir a los diversos tipos de cimentaciones en dos grandes grupos: a) Cimentaciones superficiales.

Figura 4. Zapatas Aisladas Figura 5. Zapatas Corridas o Continuas

Figura 6. Losas de Cimentación

1. 4 Interacción Suelo-Estructura. La interacción del suelo con la estructura o suelo-estructura, es el estudio del comportamiento de la interfase de la estructura de cimentación y la masa de suelo. Este estudio tiene como objetivo encontrar la configuración de deformación y los elementos mecánicos de la estructura de cimentación y el suelo, debido a las acciones o cargas gravitacionales y accidentales. La interacción suelo-estructura consiste en encontrar un sistema de fuerzas que aplicadas simultáneamente a la estructura y a la masa de suelo produzcan la misma configuración de desplazamientos diferenciales entre los dos elementos, debiendo cumplir con las condiciones de equilibrio y continuidad, ecuaciones fundamentales del Análisis Estructural. Por lo tanto, es necesario conocer el comportamiento de la masa del suelo y el comportamiento del material de la estructura de cimentación, vigas, placas, pilas y pilotes entre las típicas. La primera la estudia la Mecánica de Suelos y la segunda la Mecánica de Materiales. Existen dos enfoques del problema de interacción suelo-estructura que se denominan: interacción dinámica suelo-estructura e interacción estática suelo- estructura. La interacción dinámica suelo-estructura estudia el comportamiento dinámico del sistema cimentación-masa de suelo. El análisis del problema de interacción dinámica se inicia a fines de la década de los años sesenta fundamentalmente por el comportamiento sísmico de plantas nucleares desplantadas en suelos deformables, actualmente los estudios se han desarrollado para analizar los efectos de interacción en construcciones muy esbeltas como edificios y chimeneas cimentados en suelos compresibles.

Si tuviera que elegirse el terreno donde se ubicará la construcción se recomendaría un lugar de suelo firme, libre de amplificaciones locales, generadas por los movimientos sísmicos, así como de asentamientos excesivos y pérdida de capacidad de apoyo. Sin embargo, si el edificio se tuviera que cimentar en suelo blando, es conveniente usar pilas o pilotes para apoyarlo en estratos firmes. Cuando esto no es posible se tendrán que aplicar los métodos de interacción suelo- estructura. Aunque también se presenta la interacción entre el suelo y las pilas o pilotes. El objetivo de la interacción estática suelo-estructura es realizar un análisis estructural de la subestructura y superestructura considerando el efecto de la rigidez de la masa del suelo. En las estructuras de cimentación sobre suelos compresibles y de alta compresibilidad surge el problema de determinar los hundimientos totales y diferenciales, éstos generan elementos mecánicos, fuerzas axiales y cortantes y momentos flexionantes y torsionantes, en toda la construcción. Los hundimientos dependen de la compresibilidad del suelo y de la rigidez o flexibilidad de la estructura de cimentación. Por lo expuesto anteriormente se concluye que no en todos los casos de diseño de cimentaciones se deberá tomar en cuenta la interacción suelo-estructura, por ejemplo en edificios pequeños cimentados en suelos rígidos, los hundimientos diferenciales del terreno son pequeños y no tienen importancia en el Análisis Estructural. Debido a las características del subsuelo de la ciudad de México, varios investigadores han desarrollado métodos que toman en cuenta las propiedades del suelo. Los estudios de Mecánica de Suelos tienen como objetivo principal, conocer las características del subsuelo para que en función de estas se propongan las estructuras de cimentación apropiadas.

1. 5 Factores que determinan el tipo de Cimentaciones. El objetivo principal de una cimentación es transmitir las cargas de la estructura a los estratos resistentes del suelo, de tal manera que sea estable y que los asentamientos sean permisibles de acuerdo a las normas que rigen el sitio de construcción, pero, ¿en qué se debe basar el ingeniero Geotecnista para decidir qué tipo de cimentación es el adecuado? En el manual de cimentaciones profundas expedido por la SMIG menciona como factores que más influyen en la elección del tipo de cimentación los descritos a continuación: - Cargas Para el diseño de la cimentación de cualquier construcción se deberán efectuar análisis que involucren el efecto de las acciones permanentes (incluyendo el peso propio), variables (incluyendo la carga viva) y accidentales (incluyendo el sismo y viento). Una vez conocido estas acciones, es necesario saber su distribución y los esfuerzos aplicados al suelo. - Suelo El estudio del suelo sobre el que se desplantará la construcción deberá proveernos de información acerca de las propiedades índices, mecánicas e hidráulicas del subsuelo. Estos estudios servirán de base para la correcta selección de los estratos de apoyo y de los elementos que trasmitirán las cargas al subsuelo. - Técnica y economía Al ser elegido un tipo de cimentación, es necesario definir el procedimiento de construcción, cuyas características deberán ahorrarnos en gran medida tiempo y dinero, respetando las especificaciones geotécnicas y estructurales, preservando constantemente la calidad de los elementos de cimentación.

En resumen, los factores que determinan el tipo de cimentación, son: las cargas a las que estará sometida la estructura durante su vida útil, las condiciones del suelo y el procedimiento constructivo. Considero que en el procedimiento constructivo además de planearlo tratando de ahorrar dinero y tiempo, deberá tomarse en cuenta las construcciones colindantes, ya que ciertos procedimientos podrían dañar a las construcciones vecinas.

1. 6 Distribución de presiones en el terreno. CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA DE FUNDACIONES SUPERFICIALES Se puede definir la capacidad última de carga, como la carga por área unitaria de la fundación bajo la cual ocurre la falla por corte en el suelo. La capacidad última de carga es un parámetro muy importante que estima la resistencia de apoyo del suelo, para el diseño de fundaciones. Siendo esta no solo una propiedad del tipo de suelo, también lo es de las condiciones en que se encuentra como ser su grado de compactación, humedad, etc. MODOS DE FALLA A CORTE EN EL SUELO La falla al corte se produce cuando la capacidad última de carga es alcanzada, y esta se presenta formando una superficie de deslizamiento claramente definida bajo la fundación que progresa hacia uno o ambos lados y finalmente a la superficie del terreno. La falla será repentina y con frecuencia se acompañará de inclinaciones drásticas que ocasionará el colapso final hacia un lado. Observaciones detalladas del comportamiento de fundaciones reales y modelos de fundaciones (Vesic, 1973) han permitido identificar tres modos diferentes de falla del suelo en fundaciones superficiales bajo cargas estáticas, las cuales son: - Falla por corte general.

acompañado por un incremento del asentamiento. Sin embargo, en este caso la superficie de falla desarrollada en el suelo se extenderá gradualmente hacia fuera desde la fundación, como muestra las líneas continúas en la figura 9 , cuando la

carga por área unitaria sobre la fundación es igual a qu(1), (denominado carga

primera de falla), el movimiento de la fundación estará acompañado por sacudidas repentinas. Se requiere entonces un movimiento considerable de la fundación para que la zona de falla en el suelo se extienda hasta la superficie del terreno (como muestra la línea discontinúa en la figura 9).

Si la carga continúa incrementándose la gráfica de q vs. S., se hará mucho más

empinada e irregular como muestra las líneas quebradas en la figura 9 , cuando “q”

iguala el valor de “ qu” denominado capacidad de carga última, la superficie de falla

del suelo alcanza la superficie del terreno. Más allá de este punto, una mayor carga estará acompañada de grandes incrementos en los asentamientos de la fundación. La principal característica de esta falla es que nunca se observará un valor máximo

de “ q “.

Figura 9. Falla al corte local de un suelo

1. 6 3. Falla al corte por punzonamiento. Para este caso la fundación en consideración, será soportada por un suelo de arena bastante suelta o sobre un suelo arcilloso blando. Para este tipo de falla, la gráfica carga-asentamiento será como en la figura 10. En este caso la fundación se hunde cortando el terreno con un desplazamiento aproximadamente vertical y afectando poco al terreno adyacente, es decir que la superficie de falla del suelo no se extenderá hasta la superficie del terreno y al igual que el caso anterior, aquí nunca se observará un valor de carga pico, ya que más

allá de la carga última de falla qu, la gráfica carga-asentamiento se inclinará y será

prácticamente lineal. Figura 10. Falla al corte por punzonamiento de un suelo