Zapatas Aisladas: Comprobación a deslizamiento.

Sólo a realizar en zapatas no arriostradas horizontalmente.

En el caso de terrenos arenosos:

En el caso de terrenos con cohesión:

Zapatas Aisladas: Comprobación a vuelco.

tomando este valor de 1.5 como coeficiente de seguridad. 

Algunos autores recomiendan no considerar el peso del terreno sobre el cimiento por ser un valor estabilizador que puede no existir accidentalmente.

Cálculo de zapatas Aisladas: Comprobación de la estabilidad estructural.

Sea una zapata con las dimensiones y situación que se indica en la figura  6, sometida a unos esfuerzos en base de pilar N0, M0 y V0.

Estudiemos la superficie de contacto entre la zapata y el suelo (figura 6). En esta superficie actúa:




siendo γh y γt los pesos específicos aparentes del hormigón y del terreno respectivamente.

                                        Figura 6. Comprobación de la estabilidad estructural.

Habrá que realizar las comprobaciones a vuelco, a deslizamiento y a hundimiento.

GENERALIDADES CIMENTACIONES. ZAPATAS AISLADAS.

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.

Por tanto, para realizar una correcta cimentación habrá que tener en cuenta las características geotécnicas del suelo y además dimensionar el propio cimiento como elemento de hormigón, de modo que sea suficientemente resistente.

Zapatas corridas de concreto ciclópeo - Detalles contructivos.

Es igualmente aplicada en los casos donde se decida utilizar zapatas corridas de concreto armado, sólo que ofrece mayores ventajas en economía de materiales y rapidez de ejecución para aquellos terrenos donde exista disponibilidad de piedra con tamaños entre 10 y 30 centímetros.

Sin llegar a ser una mampostería de piedra, el concreto ciclópeo se construye vaciando el concreto en la cepa, y las piedras se colocan en forma uniforme sin llegar a saturarlo. Esmuy importante que el concreto se coloque antes que las piedras para evitar que se formen huecos en él.

Figura 9-20. Zapatas corridas de concreto ciclópeo

Zapatas con block o losas de cimentación - Detalles constructivos.

Paramoldear la zapata corrida, previamente se tendrán los niveles de desplante, las alturas de la zapata y contratrabe.

Cuanto más profunda sea la cimentación, el ancho de la cepa tendrá más dimensión, para poder maniobrar sin dificultad en la elaboración de la cimbra.

Figura 9-15. Zapatas con block o losas de cimentación

Zapatas de piedra - Detalles constructivos.

Los cimientos son los apoyos que sirven para tomar el peso de la vivienda y transmitirlo al suelo en una mayor área de manera uniforme.

Los hay aislados (para columnas) y corridos (para muros); también pueden ser interiores (sus dos parámetros inclinados) y colindantes (con un paramento vertical).

La medidas del cimiento dependen de la resistencia de terreno y del peso de la vivienda. La ayuda técnica nos proporcionará la clase y las medidas de los cimientos que se emplearán.

Lo mejor será que toda la trabe de repartición sea colada de concreto junto con la zapata, pero si se requiere mayor economía en la construcción para profundidades de desplante mayores de 60 cm, puede utilizarse un enrase con bloques huecos de concreto y una segunda cadena de repartición más pequeña al nivel del piso.

Esta segunda cadena podrá omitirse si la casa está sobre suelo firme y no está localizada en zona sísmica. Los huecos de block en el enrase deberán rellenarse con concreto.

Figura 9-14. Es muy importante impermeabilizar las coronas de la zapata para evitar humedad y salitre en los muros.

Zapatas corridas de concreto armado - Detalles constructivos.

Estos cimientos constituyen un apoyo continuo bajo los muros a la vez que forman una retícula rígida en la base de la casa que le da solidez y le permite a todos los muros formar una sola unidad. Las zapatas están formadas por dos elementos: zapata y trabe de repartición.(ver figura 9-5).

La cadena o trabe de repartición tiene como función ligar o unir los muros en su base formando una retícula.

Lo más conveniente será que esta retícula esté formadapor rectángulos cerrados.

Figura 9-5 Para lograr la integración deseada de la retícula de cimentación es necesario que las trabes de cimentación se unan en las esquinas o en las cruces como se indica (los anclajes en escuadra y dobleces se tratan en un capítulo aparte).

Figura 9-6. Zapata central

 Figura 9-7. Zapata de colindancia.

Para asegurarse de que durante el colado de la zapata no se contamine el concreto o el suelo absorba el agua de la mezcla, es conveniente construir una plantilla que haga las veces de molde por la parte inferior (figura 9-11).

La plantilla puede construirse con una mezcla de concreto muy pobre o bien con pedacería de piedras o tabiques api sonados (figuras 9-8, 9-9 y 9-10).

Figura 9-8. Plantilla de concreto pobre. Figura 9-9. Plantilla de pedacería de piedra.. 

 Figura 9-10. Plantilla de tabiques apisonados.

En el caso de que, por la pendiente del terreno, sea necesario hacer escalonamientos en la cimentación, siempredeberá apoyarse esta última sobre suelo firme. Se ocasionarían problemas graves a la casa si una parte de la cimentación se apoyará sobre un suelo diferente a aquel donde se apoya el resto (figura 9-12).
Los escalonamientos de la zapata y la trabe de coronamiento podrán hacerse en loscastillos, los cuales tendrán que desplantarse desde el cimiento más bajo (figura 9-13).

Figura 9-11. El concreto no debe contaminarse con el suelo ni el suelo debe absorber agua de la mezcla.

Figura 9-12. El apoyo sobre suelo diferente causa problemas.

Los castillos deberán siempre anclarse en la parte más baja de la cimentación, es decir, en la cadena de repartición. Su armado deberá colocarse antes del colado de las zapatas.

Será necesario planear los lugares por donde las tuberías de instalaciones atraviesen las zapatas para que durante su colado se deje un hueco con el respectivo refuerzo.

Es muy conveniente impermeabilizar las coronas de las zapatas para evitar humedad y salitre en los muros.

Figura 9-13. Castillos.

Detalles de construcción de una Zapata.

Sirve para transmitir al suelo las cargas y el peso soportados por el muro.

Sus dimensiones y armados varían según el tipo de suelo y
las cargas que resiste.

Las zapatas se construyen normalmente centradas en el eje del muro (figura 9-3 a), pero en los casos donde hay colindancia con otra casa es necesario construirlas hacia un solo lado del muro (figura 9-3 b).

Figura 9-4. Para alturas de 2 m deberá utilizarse, en lugar del enrase, un muro de contención de concreto armado.

Zapatas: Pérdida de Estabilidad Global.

Se pueden emplear métodos o análisis de equilibrio que utilicen el método de análisis de estabilidad de taludes de Bishop modificado, de Janbu simplificado, de Spencer u otro de aceptación generalizada.

La investigación de la estabilidad global es particular-mente importante para las fundaciones ubicadas próximas a:

•  Un talud natural o sobre terreno inclinado,
•  Un terraplén o una excavación,
•  Un cuerpo de agua,
•  Una explotación minera, o
•  Un muro de sostenimiento.

El modo de falla será determinado por las condiciones del suelo en la proximidad  de la zapata. Cuando las
condiciones del suelo son relativamente homogéneas y estas condiciones se extienden  debajo de la zapata, la superficie de falla crítica probablemente será curva.

Cuando las condiciones subsuperficiales incluyen una zona o estrato particularmente débil o una superficie rocosa inclinada a poca profundidad, la superficie de falla crítica probablemente será plana. En muchos casos es necesario analizar ambos modos de falla para determinar cuál es el modo de falla más crítico.

Aún cuando la estabilidad global sea satisfactoria, puede ser necesario realizar exploraciones, ensayos y
análisis especiales para los estribos de puentes o muros de sostenimiento construidos sobre suelos blandos si la
consolidación y/o el estrechamiento lateral de los suelos blandos pueden provocar un asentamiento a largo plazo inaceptable o el movimiento lateral de los estribos.

Asentamiento de las Zapatas en Roca.

Para las zapatas en roca competente, diseñadas de acuerdo con el Artículo 10.6.3.2.2, generalmente se puede asumir que los asentamientos elásticos son menores que 15 mm. Si los asentamientos elásticos de esta magnitud no son aceptables o si la roca no es competente se deberá realizar un análisis del asentamiento en base a las características de la masa de roca.

Si la roca está fisurada o triturada y no se satisfacen los criterios para determinar que la roca es competente, en el análisis del asentamiento se deberán considerar la influencia del tipo de roca, el estado de las discontinuidades y el grado de meteorización.

El asentamiento elástico de las zapatas en roca fisurada o triturada se puede tomar como:

•  Para zapatas circulares (o cuadradas):

•  Para zapatas rectangulares:

y donde:

qo   =  tensión vertical en la base del área cargada (MPa)

v    =  coeficiente de Poisson (adimensional)

r     =  radio  de  una  zapata  circular  o B/2 en el caso de las zapatas cuadradas (mm)

Ip   = coeficiente de influencia que toma en cuenta la rigidez y las dimensiones de la zapata (adimensional)

Em  =  módulo de la masa de roca (MPa)

βz    =  factor que toma en cuenta la geometría y la rigidez de la zapata (adimensional)

Para las zapatas rígidas los valores de  Ip se pueden calcular usando los valores de  βz indicados en la Tabla
10.6.2.2.3b-2. Si no hay resultados de ensayos en laboratorio disponibles, para los tipos de roca habituales los valores del coeficiente de Poisson, v, se pueden tomar como se indica en la Tabla 1. La determinación del módulo de la masa de roca, Em, se debería basar en resultados de ensayos in situ y en laboratorio.

Alternativamente, los valores de Em se pueden estimar multiplicando el módulo de la roca intacta,  Eo, obtenido mediante ensayos de compresión uniaxial por un factor de reducción, αE, que toma en cuenta
la frecuencia de las discontinuidades según el  RQD (designación de la calidad de la roca, según sus siglas en inglés), utilizando la siguiente relación (Gardner 1987):

Para el diseño preliminar o cuando es imposible obtener datos de ensayos específicos del predio, se pueden utilizar diferentes lineamientos para estimar los valores de Eo, tales como los que se indican en la Tabla 2. Para los análisis

preliminares o para el diseño final en aquellos casos en los cuales no hay resultados de ensayos in situ disponibles, para estimar Em se debería utilizar un valor αE = 0,15.

La magnitud de los asentamientos por consolidación y secundarios en las masas rocosas que contienen vetas
blandas u otros materiales con características de asentamiento dependientes del tiempo se puede estimar aplicando los procedimientos especificados anteriormente.


En la mayoría de los casos alcanza con determinar el asentamiento utilizando la presión media debajo de la zapata.

Cuando las fundaciones están sujetas a una carga muy elevada o cuando la tolerancia para el asentamiento es muy pequeña, el asentamiento de las zapatas en roca se puede estimar utilizando la teoría de la elasticidad. En estos análisis se debería emplear la rigidez de la masa de roca.

La precisión con la cual se pueden estimar los asentamientos utilizando la teoría de la elasticidad depende de la precisión del módulo de  elasticidad estimado para la masa de roca, Em. En algunos casos el valor de Em se puede estimar mediante correlación empírica con el valor del módulo de elasticidad de la roca intacta entre fisuras. Si las condiciones de la masa de  roca son inusuales o pobres puede ser necesario determinar su módulo de elasticidad a partir de ensayos in situ, tales como ensayos con placa de carga y ensayos presiométricos.

Tabla 10.6.2.2.3d-1 − Coeficiente de Poisson para rocas intactas, modificado según Kulhawy (1978)

 

Tabla 10.6.2.2.3d-2 − Módulos de elasticidad para rocas intactas, modificados según Kulhawy (1978)

Asentamiento de las Zapatas en Suelos Cohesivos

Para las fundaciones en suelos cohesivos rígidos el asentamiento elástico se puede determinar usando la Ecuación 10.6.2.2.3b-1.

Para las fundaciones en suelos cohesivos se deberán investigar tanto los asentamientos inmediatos como los
asentamientos por consolidación. En las arcillas altamente plásticas y orgánicas los asentamientos secundarios pueden ser significativos y por lo tanto se deberán incluir en el análisis. 

Cuando los resultados de los ensayos realizados en laboratorio se expresan en términos de la relación de vacíos (e), el asentamiento por consolidación de las zapatas en suelos cohesivos saturados o  prácticamente saturados se puede considerar como:

•  Para suelos inicialmente sobreconsolidados (es decir, σ'p > σ'o):

•  Para suelos inicialmente normalmente consolidados (es decir, σ'p = σ'o):

•  Para suelos inicialmente subconsolidados (es decir, σ'p < σ'o):

Cuando los resultados de los ensayos realizados en laboratorio se expresan en  términos de la deformación unitaria vertical,  εv, el asentamiento por consolidación se puede considerar como:

•  Para suelos inicialmente sobreconsolidados   (es decir, σ'p > σ'o): 

•  Para suelos inicialmente normalmente consolidados  (es decir, σ'p = σ'o): 

•  Para suelos inicialmente subconsolidados (es decir, σ'p < σ'o)

En la práctica la mayoría de las zapatas en suelos cohesivos están más fundadas en arcillas sobre-consolidadas, y los asentamientos se pueden estimar usando la teoría de la elasticidad (Baguelin et al. 1978) o el método del módulo tangente (Janbu 1963, 1967). Los asentamientos de las zapatas en arcilla sobreconsolidada generalmente ocurren aproximadamente un orden de magnitud más rápido que en los suelos sin preconsolidación, y es razonable asumir que ocurren tan pronto como se aplican las cargas.

En raras ocasiones un estrato de suelo cohesivo puede exhibir una presión de preconsolidación menor que el valor calculado de la presión debida a la sobrecarga de suelo existente. En estos casos se dice que el suelo está subconsolidado, ya que aún  no ha alcanzado un estado de equilibrio bajo la tensión debida a la sobrecarga aplicada.

Esta condición puede haber sido provocada por una reciente disminución del nivel freático. En este caso ocurrirá asentamiento por consolidación debido a la carga adicional de la estructura y el asentamiento que está ocurriendo para llegar a un estado de equilibrio. El asentamiento por consolidación total debido a estas dos componentes se puede estimar utilizando las Ecuaciones 3 ó 6.

Para tomar en cuenta la disminución de la tensión a medida que aumenta la profundidad debajo de una zapata y las variaciones de la compresibilidad del suelo en función de la profundidad, el estrato compresible se debería dividir en incrementos verticales (típicamente de 1500 a 3000 mm para la mayoría de las zapatas de ancho normal utilizadas en aplicaciones viales) y se debería analizar separadamente el asentamiento por consolidación de cada incremento. El valor total de  Sc es la sumatoria de los  Sc para cada incremento.

La magnitud del asentamiento por consolidación depende de las propiedades de consolidación del suelo (es decir,  Cc [o bien  CcE] y  Ccr [o bien  CrE], la presión de preconsolidación (σ'p), la tensión efectiva vertical actual (σ'o) y la tensión efectiva vertical final después de la aplicación de cargas adicionales (σ'f). La condición del suelo ilustrada en las Figuras 1 y 2 corresponde a un suelo sobreconsolidado (σ'o <  σ'p), es decir un suelo que estuvo cargado previamente por los estratos que yacían sobre él, la disecación, la disminución del nivel freático, glaciaciones o algún otro proceso geológico. Si  σ'o =  σ'p el suelo se denomina normalmente consolidado. Debido a que  Ccr típicamente es igual a 0,05Cc a 0,10Cc, para poder estimar el asentamiento por consolidación de manera confiable es necesario comprender plenamente el historial de las presiones a las cuales ha estado sometido el depósito de suelo.

La confiabilidad de las estimaciones del asentamiento por consolidación también depende de la calidad de la
muestra utilizada para el ensayo de consolidación y de la exactitud con la cual se conocen o estiman los cambios de σ'p en función de la profundidad. Como se ilustra en la Figura C1, la pendiente de la curva  e versus log  σ'p y la ubicación de σ'p se pueden ver fuertemente afectadas por la calidad de las muestras utilizadas para los ensayos de consolidación en laboratorio. En general, el uso de muestras de baja calidad dará por resultado una sobreestimación del asentamiento por consolidación. Típicamente el valor de σ'p variará con la profundidad como se ilustra en la Figura C2.

Si no se conoce la variación de  σ'p en función de la profundidad (por ejemplo, si para el perfil del suelo se
realizó solamente un ensayo de consolidación), es posible que los asentamientos reales sean mayores o menores que el valor calculado en base a un único valor de σ'p.

 Figura C10.6.2.2.3c-1  − Influencia de la calidad de lamuestra sobre la consolidación (Holtz y Kovacs 1981)

Figura 10.6.2.2.3c-1  − Típica curva de compresión por consolidación para suelo sobreconsolidado - Relación de vacíos en función de la tensión efectiva vertical (EPRI 1983)

Figura 10.6.2.2.3c-2  − Típica curva de compresión por consolidación para suelo sobreconsolidado - Deformación específica vertical en función de la tensión efectiva vertical (EPRI 1983)

Si el ancho de la zapata es pequeño con relación al espesor del suelo compresible se deberá considerar el efecto de la carga tridimensional, el cual se puede tomar como:



donde:

µc =  factor de reducción tomado como se especifica en la Figura 3 (adimensional)

Sc (1-D) =  asentamiento por consolidación unidimensional (mm)

Figura C10.6.2.2.3c-2 − Típica variación de la presión de preconsolidación en función de la profundidad (Holtz y Kovacs 1981)

La altura del recorrido de drenaje es la mayor distancia entre cualquier punto de un estrato compresible y un estrato con drenaje en la parte superior y/o inferior de la unidad de suelo compresible. Cuando un estrato compresible está ubicado entre dos estratos de drenaje, Hd es igual a la mitad de la altura real del estrato. Cuando un estrato compresible está adyacente a un único estrato de drenaje, Hd es igual a la altura real del estrato.

Los cálculos para predecir la velocidad de consolidación en base a resultados de ensayos en laboratorio generalmente tienden a sobreestimar el tiempo real requerido para que la consolidación ocurra in situ. Esta sobreestimación se debe principalmente a:

•  La presencia de estratos de drenaje de poco espesor dentro del estrato compresible que no fueron observados durante la exploración del suelo o no se consideraron en el cálculo del asentamiento;

•  Los efectos de la disipación tridimensional de las presiones del agua intersticial in situ, antes que la disipación unidimensional que imponen los ensayos de consolidación en laboratorio y que se suponen en los análisis; y

•  Los efectos de la alteración de las muestras, que tiende a reducir la permeabilidad de las muestras ensayadas en laboratorio.

 Figura 10.6.2.2.3c-3  − Factor de reducción para considerar los efectos del asentamiento por consolida-ción tridimensional, EPRI (1983)

El tiempo (t) necesario para alcanzar un porcentaje determinado del asentamiento por consolidación unidimensional estimado se puede tomar como:

donde:

T   =  factor de tiempo que se toma como se especifica en la Figura 4 (adimensional)

Hd  =  altura del recorrido de drenaje más largo en un estrato de suelo compresible (mm)

cv  =  coeficiente que se toma de los resultados de ensayos de consolidación realizados en laboratorio sobre muestras de suelo inalterado o de mediciones in situ utilizando dispositivos tales como una sonda o un cono piezométrico (mm2/año)

El asentamiento secundario de las zapatas en suelos cohesivos se puede tomar como:

donde:

t1     = tiempo en el cual comienza el asentamiento secundario, típicamente en un tiempo equivalente al 90 por ciento del grado de consolidación promedio (años) 

Winterkorn y Fang (1975) presentan valores de  T para otras distribuciones de las presiones en exceso. 



El asentamiento secundario  se produce como resultado del reajuste continuo del esqueleto del suelo bajo cargas sostenidas. El asentamiento  secundario es más importante para las arcillas altamente plásticas y los suelos orgánicos y micáceos. Aún no se comprende totalmente el mecanismo de los asentamientos secundarios, particularmente en el caso de las arcillas altamente plásticas y orgánicas. En consecuencia, los asentamientos secundarios calculados se deben considerar exclusivamente como estimaciones aproximadas.

t2    =  tiempo  arbitrario  que  podría representar la vida de servicio de la estructura (años)

Cae  = coeficiente estimado a partir de los resultados de ensayos de consolidación realizados en laboratorio sobre muestras de suelo inalteradas (adimensional).

Figura 10.6.2.2.3c-4 - Porcentaje de consolidación en función del  factor de tiempo, T, EPRI (1983

Asentamiento de las Zapatas en Suelos no Cohesivos.

Los asentamientos de las zapatas en suelos no cohesivos se pueden estimar utilizando procedimientos empíricos o la teoría de la elasticidad.

Aunque se recomiendan métodos para determinar el asentamiento de los suelos no cohesivos, la experiencia
indica que los asentamientos pueden variar considerablemente dentro de una misma obra, y esta variación es imposible de predecir mediante cálculos convencionales.

Los asentamientos de los suelos no cohesivos ocurren esencialmente tan pronto como se carga la fundación.

En consecuencia, su importancia para el comportamiento de la mayoría de las estructuras de puentes serápequeña debido a que los asentamientos ocurren antes de construir los elementos críticos del puente.

Muchos libros de texto y manuales de ingeniería (Terzaghi y Peck 1967; Sowers 1979; U.S. Department of
the Navy 1982;  Gifford et al. 1987;  Tomlinson 1986;

Barker et al. 1991) describen detalladamente estos
procedimientos.


El asentamiento elástico de las zapatas en suelos no cohesivos se puede estimar utilizando la siguiente expresión:

donde:

qo   =  intensidad de la carga (MPa)

A   =   área de la zapata (mm2)

Es   = módulo de Young del suelo, considerado como se especifica en la Tabla 1 en lugar de los resultados de ensayos en laboratorio (MPa)

βz   =  factor de forma considerado como se especifica en la Tabla 2 (adimensional)

v    =  coeficiente  de  Poisson,  considerado  como  se especifica en la Tabla 1 en lugar de los resultados de ensayos en laboratorio (adimensional)

A menos que  Es varíe significativamente con la profundidad, Es se debería determinar a una profundidad de alrededor de 1/2 a 1/3 de B por debajo de la zapata. Si el módulo del suelo varía significativamente con la profundidad, para  Es se puede utilizar un promedio ponderado.

En la Tabla 1 se utiliza la siguiente nomenclatura:

N   =  resistencia del ensayo de penetración estándar (SPT)




Para obtener lineamientos generales para estimar el asentamiento elástico de las zapatas en arena, ver Gifford et al. (1987).

Las distribuciones de tensiones utilizadas para calcular el asentamiento elástico suponen que la zapata es flexible y que está apoyada sobre un estrato de suelo homogéneo de profundidad infinita. El asentamiento debajo de una zapata flexible varía entre un máximo cerca del centro y un mínimo en el borde iguales a aproximadamente 50 por ciento y 64 por ciento del máximo en el caso de zapatas rectangulares y circulares, respectivamente. Para las zapatas rígidas se asume que el perfil de asentamiento es uniforme en todo el ancho de la zapata.

Es difícil estimar con precisión el asentamiento elástico, ya que los análisis se basan en un único valor del módulo del suelo. Por lo tanto, para seleccionar un valor apropiado del módulo del suelo se debería considerar la influencia de la estratificación del suelo, la presencia de un lecho rocoso a baja profundidad y la presencia de zapatas adyacentes.

Para las zapatas con cargas excéntricas el área,  A, se debería calcular en base a las dimensiones reducidas de la zapata como se especifica en el Artículo 10.6.3.1.5.

                     Tabla 10.6.2.2.3b-1 − Constantes elásticas de diferentes suelos modificadas de acuerdo con   el  U.S.Department of the Navy (1982) y Bowles (1988)

                           Tabla 10.6.2.2.3b-2 − Factores de forma y rigidez (EPRI 1983)

Zapatas: Análisis de los Asentamientos.

Requisitos Generales

Los asentamientos de las fundaciones se deberían estimar utilizando análisis de deformaciones basados en los resultados de ensayos en laboratorio o ensayos in situ.

Los parámetros del suelo usados en los análisis se deberían seleccionar de manera que reflejen el historial de carga del terreno, la secuencia de la construcción y el efecto de la estratificación del suelo.

Se deberán considerar tanto los asentamientos totales como los asentamientos diferenciales, incluyendo los efectos dependientes del tiempo.

El asentamiento total, incluyendo el asentamiento elástico, el asentamiento por consolidación y el asentamiento secundario, se puede tomar como:




donde:

Se    =  asentamiento elástico (mm)

Sc   =  asentamiento por consolidación (mm)

Ss   =  asentamiento secundario (mm)

El asentamiento inmediato, que debido al método que se utiliza para calcularlo algunas veces se denomina
asentamiento elástico, es la deformación instantánea de la masa de suelo que ocurre al cargar el suelo. En los suelos cohesivos prácticamente saturados o saturados, la carga aplicada es inicialmente soportada por la presión del agua intersticial. A medida que la carga aplicada hace que el agua intersticial salga de los vacíos del suelo, la carga se transfiere al esqueleto del suelo. El asentamiento por consolidación es la compresión gradual del esqueleto del suelo a medida que el agua intersticial sale de los vacíos del suelo. El asentamiento secundario ocurre como resultado de la deformación  plástica del esqueleto del suelo bajo una tensión efectiva constante.

Los asentamientos inmediatos predominan en los suelos no cohesivos y en los suelos cohesivos insaturados,
mientras que los asentamientos por consolidación predominan en los suelos cohesivos de grano fino que
tienen un grado de saturación mayor que aproximadamente 80 por ciento. El asentamiento secundario es una consideración fundamental en los suelos altamente plásticos o que contienen depósitos orgánicos. 

Para las zapatas en roca la principal componente de deformación es el asentamiento elástico, a menos que la
roca o sus discontinuidades exhiban un comportamiento notablemente dependiente del tiempo.

Gifford et al. (1987) presentan lineamientos generales referidos a las condiciones de carga estática. Lam y Martin (1986) presentan lineamientos acerca de las condiciones de carga dinámica/sísmica.

Poulos y Davis (1974) presentan lineamientos sobre la distribución de las tensiones verticales para zapatas de otras geometrías.

Los métodos utilizados para estimar el asentamiento de las zapatas en arena incluyen un método integral que considera los efectos de las variaciones del aumento de la tensión vertical. Gifford et al. (1987) presentan lineamientos para la aplicación de estos procedimientos.

Cuando corresponda, también  se deberían considerar otros factores que pudieran afectar el asentamiento, como por ejemplo las cargas de terraplenes y las cargas laterales y/o excéntricas y, para las zapatas en suelos granulares, las cargas que originan las vibraciones debidas a las sobrecargas dinámicas o cargas sísmicas.

La distribución del aumento  de la tensión vertical debajo de las zapatas circulares (o cuadradas) y las zapatas rectangulares largas, es decir, zapatas en las cuales L > 5B, se puede estimar utilizando la Figura 1.

Figura 10.6.2.2.3a-1 - Curvas de tensión vertical de Boussinesq para zapatas continuas y zapatas cuadradas, modificadas según Sowers (1979) (a) (b)

Zapatas:Criterios para el Movimiento.

Se deberán desarrollar criterios para el movimiento vertical y horizontal que sean consistentes con el tipo y la función de la estructura, su vida de servicio anticipada y las consecuencias de los movimientos inaceptables sobre el comportamiento de la estructura. Los criterios de movimiento admisible se deberán establecer mediante procedimientos empíricos o mediante análisis estructurales, o bien considerando ambos tipos de métodos.

La experiencia indica que los puentes pueden acomodar asentamientos mayores que los que tradicionalmente se permiten o anticipan en el diseño. Este acomodo es acompañado por fluencia lenta, relajación y redistribución de las solicitaciones. Se han realizado algunos estudios para sintetizar la respuesta aparente. Estos estudios indican que en los criterios de asentamiento no se deberían permitir distorsiones angulares entre fundaciones adyacentes mayores que 0,008 en tramos simples ni mayores que 0,004 en tramos continuos (Moulton et al. 1985;  Barker et al. 1991). Puede ser necesario adoptar distorsiones angulares límite menores luego de considerar:

•  El costo de mitigación mediante fundaciones de mayor tamaño, realineación y reconstrucción,

•  La transitabilidad (rideability),

•  Consideraciones estéticas, y

•  Consideraciones de seguridad.

Zapatas: Movimiento y Presión de Contacto en el Estado Límite de Servicio.

Requisitos Generales

En el estado límite de servicio se deberá investigar el movimiento de las fundaciones tanto en la dirección del asentamiento vertical como en la dirección del desplazamiento lateral.

Se deberá evaluar el desplazamiento lateral de una estructura:

•  Si hay cargas horizontales o inclinadas,

Las deformaciones elásticas ocurren rápidamente y por lo general son pequeñas. Normalmente estas deformaciones se desprecian en el diseño. Los cambios de volumen asociados con la reducción del contenido de agua del subsuelo se denominan consolidación; la consolidación se puede estimar y medir. En todos los suelos se produce asentamiento por consolidación. En los suelos no cohesivos la consolidación ocurre rápidamente y en

•  Si la fundación está dispuesta sobre un terraplén inclinado,

•  Si existe la posibilidad de pérdida de apoyo de la fundación debido a la erosión o socavación, o

•  Si los estratos portantes tienen una inclinación significativa.

general no se puede distinguir de la deformación elástica.
En los suelos cohesivos, tales como las arcillas, la
consolidación puede producirse durante un período de
tiempo considerable.

Diferentes cargas pueden afectar significativamente la magnitud de los asentamientos o desplazamientos laterales de los suelos. Para estimar los asentamientos se deberían considerar los siguientes factores:

•  La relación entre la carga sostenida o de larga duración y la carga total,

•  La duración de las cargas sostenidas, y

•  El intervalo de tiempo durante el cual se produce el asentamiento o desplazamiento lateral.

En los suelos cohesivos los asentamientos por consolidación dependen del tiempo; en consecuencia, las
cargas transitorias tendrán un efecto despreciable. Sin embargo, en los suelos no cohesivos en los cuales la permeabilidad es lo suficientemente elevada, las cargas transitorias pueden producir deformación elástica.

Debido a que en los suelos sin cohesión la deformación a menudo ocurre durante la construcción, es decir durante la etapa de aplicación de las cargas, la estructura puede acomodar esta deformación en cierta medida, dependiendo del tipo de estructura y el método constructivo utilizado.

En los suelos no cohesivos o granulares la deformación frecuentemente ocurre tan pronto como se aplican las cargas. En consecuencia, en  los suelos no cohesivos los asentamientos debidos a las cargas transitorias pueden ser significativos y por lo tanto deben ser incluidos en los análisis de asentamiento.

Anclaje, Nivel freático y levantamiento de zapatas.

Anclaje

Las zapatas que están fundadas sobre superficies de roca maciza lisas inclinadas y que no están restringidas por medio de una sobrecarga de material resistente se deberán anclar de manera efectiva utilizando anclajes para roca, bulones para roca, clavijas, barras de trabazón u otros medios adecuados.

Las voladuras tienen una elevada probabilidad de  sobreexcavar y/o fragmentar la  roca por debajo del nivel
de la zapata. En consecuencia, se debería proveer un  anclaje efectivo entre la roca y la zapata, como por ejemplo el que proveen los anclajes, los bulones o las barras de trabazón para roca.

Nivel Freático

Las fundaciones se deberán diseñar considerando el máximo nivel freático anticipado.

Se deberá considerar la influencia del nivel freático sobre la capacidad de carga de los suelos o rocas y sobre los asentamientos de la estructura. Si hay fuerzas de filtración éstas también se deberán incluir en los análisis.

Levantamiento

Si las fundaciones están sujetas a fuerzas de levantamiento se deberá investigar tanto la resistencia al arrancamiento como la resistencia estructural de las fundaciones.

Estructuras Cercanas

Cuando las fundaciones se colocan adyacentes a estructuras existentes se deberá investigar la influencia delas estructuras existentes sobre el comportamiento de la fundación y el efecto de la fundación sobre las estructuras existentes.  

Determinación de la profundidad de las zapatas.

La profundidad de las zapatas se deberá determinar considerando la naturaleza de los materiales de fundación y la posibilidad de socavación. Las zapatas ubicadas en cruces sobre cursos de agua se deberán fundar como mínimo a una profundidad de 600 mm por debajo de la máxima profundidad de socavación anticipada.

Las zapatas que no están expuestas a la acción de las corrientes de agua se deberán fundar sobre una fundación firme debajo del nivel de  congelamiento o sobre una fundación firme que se haya protegido contra las heladas sobreexcavando el material susceptible a las heladas hasta un nivel debajo de la línea de las heladas y reemplazándolo por material no susceptible a las heladas.

Se debería considerar el uso ya sea de un geotextil o bien de una capa de filtro granular graduado para reducir la susceptibilidad a la tubificación en el rip-rap o relleno detrás de los estribos.


1. En los rellenos los problemas de capacidad insuficiente y/o asentamiento excesivo pueden ser significativos, particularmente si se utilizan materiales pobres − es decir blandos, húmedos, congelados o no durables, o si el material no está compactado adecuadamente. El asentamiento de un relleno incorrectamente colocado o
compactado alrededor de las pilas de un puente puede provocar un aumento sustancial de las cargas en las zapatas debido a la fuerza de fricción descendente que ejerce sobre la pila el relleno que se asienta, es decir, fricción superficial negativa. Aún los rellenos correctamente colocados y compactados experimentan cierta cantidad de asentamiento o hinchamiento, dependiendo del tipo de material, las condiciones de humedad, el método de colocación y el método y el grado de compactación.


2. Cuando las zapatas se fundan sobre roca se debe prestar particular atención al efecto de las voladuras.

Cuando se realizan voladuras en formaciones rocosas competentes y altamente resistentes típicamente la roca se fractura hasta cierta profundidad debajo de la superficie final de la roca.

Las voladuras pueden reducir la resistencia a la socavación dentro de la zona de roca inmediatamente debajo de la base de la zapata.

En los Estados Unidos existen considerables diferencias en cuanto a la penetración de las heladas entre diferentes regiones e incluso entre diferentes localidades.

Si la protección contra las heladas es marginal o deficiente, se debería considerar el uso de aislantes para
mejorar dicha protección contra las heladas. 



La evaluación de las fuerzas de filtración y los gradientes hidráulicos es fundamental para el diseño de las excavaciones para las fundaciones que se extienden por debajo del nivel freático. Las fuerzas de filtración ascendentes que actúan en el fondo de las excavaciones pueden provocar tubificación en los suelos granulares densos o levantamiento en los suelos granulares sueltos, y esto puede provocar inestabilidad de la base. Estos problemas se pueden controlar mediante un drenaje adecuado, típicamente utilizando pozos o puntas filtrantes (well points). El drenaje de las excavaciones en suelos granulares sueltos puede provocar el asentamiento del terreno circundante. Si hay estructuras adyacentes que pudieran resultar dañadas por tales asentamientos o si el costo del drenaje es demasiado elevado se podrían utilizar
métodos para cortar la filtración, tales como tablestacados o muros interceptores.

Zapatas - Requisitos generales de diseño.

Los requisitos del presente artículo se aplican al diseño de zapatas aisladas y, cuando  corresponda, a las zapatas  combinadas. Se deberá prestar particular atención a las zapatas construidas sobre rellenos.

Las zapatas se deberían diseñar de manera que la  presión debajo de la zapata sea tan uniforme como sea posible. La distribución de la presión del suelo deberá ser  consistente con las propiedades del suelo o la roca y la  estructura y con los principios establecidos de la mecánica de suelos y de rocas.

En los rellenos los problemas de capacidad insuficiente  y/o asentamiento excesivo pueden ser significativos,
particularmente si se utilizan materiales pobres − es decir  blandos, húmedos, congelados o no durables, o si el
asentamiento de un relleno incorrectamente colocado o  compactado alrededor de las pilas de un puente puede  provocar un aumento sustancial de las cargas en las zapatas debido a la fuerza de fricción descendente que ejerce sobre la pila el relleno que se asienta, es decir, fricción superficial negativa. Aún los rellenos
correctamente colocados y compactados experimentan cierta cantidad de asentamiento o hinchamiento, dependiendo del tipo de material, las condiciones de humedad, el método de colocación y el método y el grado de compactación.

Zapatas Armadas.

Las zapatas armadas pueden constituir  un sustitutivo del emparrillado y tienen  como  finalidad  repartir  la carga  en  una  mayor  superficie. En   rigor, no es más que una losa armada como puede verse en la figura 102.

 Figura 102