Hundimiento de una cimentación superficial. Mecanismos de rotura.

 

La aplicación de una carga Q a través de la cimentación induce deformaciones en el terreno movilizando su resistencia a corte.

El hundimiento de la cimentación se produce cuando se supera la máxima resistencia a corte, definiendo unas superficies de rotura.

Según la estructura y el tipo de terreno ( compresibilidad) : tres tipos de rotura posibles:

•Rotura general
•Rotura por punzonamiento
•Rotura local 

 Rotura de tipo general 

- Superficie de rotura continua, bien definida (Arranca en la base de la zapata y aflora a un  lado de la misma, a una cierta distancia). 

- En teoría: rotura simétrica. En la realidad: pequeños desequilibrios o irregularidades hacen que el fallo se manifieste de modo asimétrico, con giros más o menos importantes .  

- Puede dar lugar a un fallo repentino y catastrófico.

-Tipo de rotura  típico de los suelos de baja compresibilidad, arenas muy densas  y de las arcillas blandas a medias saturadas en condiciones de carga rápida, sin drenaje.

Rotura por punzonamiento

-La cimentación se hunde poco a  poco cortando el terreno. Difícil de  observar, la rotura no es catastrófica,
no se producen levantamientos  aterales ni giros.
-Desplazamiento aprox. vertical,  afecta poco al terreno adyacente,  as superficies de deslizamiento están  bien definidas únicamente bajo la  cimentación.
-Se da en materiales muy  compresibles y poco resistentes (turbas, arenas muy sueltas,  arcillas parcialmente saturadas y  arcillas n.c. en condiciones de  drenaje) o en zapatas sobre capas  delgadas apoyadas en estratos  blandos.

Rotura de tipo local

-Situación intermediaentre rotura general y rotura por  punzonamiento.

-Es típica de suelos de compresibilidad media( algunas  arcillas y limos blandos y de arenas medias a flojas).

Carga admisible en función de los resultados de ensayos in situ ( SPT, penetrómetroestático,..)

En suelos granulares: las cargas de hundimiento suele ser muy elevadas pero los asientos pueden ser no admisibles.

Presión admisible: se calcula en función de la carga que produce un asiento igual al admisible.

Los parámetros se suelen fijar a partir de ensayos realizados in situ ( SPT, penetraciones estáticas, etc..)  9

-Peck, Hansony Thornburn(  1974) propusieron para el  cálculo de la carga admisible de zapatas cuadradas o  rectángularesen arenas las siguientes expresiones en  función del SPT:

N´ = valor medio de los valores N* obtenidos en una profundidad

B por debajo del plano de cimentación

Con:

N*: valor corregido de los valores N medidos in situ:

CN: coeficiente que normaliza el golpeo N al nivel de las tensiones in situ:

σ´= presión efectiva en kg/cm2 existente a la profundidad del ensayo.
Cw: coeficiente corrector por efecto de nivel freático no detectado en el momento de realizar el ensayo.

Proceso de diseño de un cimentación superficial.

1.- Determinación de la carga de hundimiento del terreno carga de hundimiento del terreno ( para unas dimensiones de cimentación aproximadas):  qh

2.- Determinación de la carga de hundimiento neta carga de hundimiento neta:

       qhn = qh -qo

con qo = tensión total vertical del terreno en el plano de cimentación.

3.- Obtención de la  presión de trabajo o admisible, qadm introduciendo coeficientes de seguridad ( normalmente F ≥3 ).

4.- Comparación con la carga transmitida neta (qtn < qadm   ) siendo: qtn = qt - qo        con qt = carga transmitida por la estructura

5.-Reajuste de las dimensiones de la cimentación, si procede.

6.-Cálculo de los asientos esperables, scal

7.-Modificación de las dimensiones si los asientos no son admisibles ( scal < sadm ). .

Cimentaciones Superficiales: Definición.

Definición:S/ Rodríguez Ortiz: “...elemento que transmite las cargas al terreno a través de  superficies de apoyo considerablemente más grandes que su canto  o dimensión vertical. ( .....). El nivel de apoyo suele ser reducido ( ≤ 3  m) en el caso de zapatas pero puede ser importante en el caso de losas  ( por ejem. cimentación de edificio con varias plantas de  sótano). Por ello, el concepto superficial se refiere más a su  extensión en planta que a la cota de apoyo.”

Se llama presión  admisible ( o de trabajo) a  la máxima carga (  presión  transmitida neta) que puede  transmitirse desde la  estructura sin que provoque el hundimiento  de la cimentación  (  contando conun coeficiente de  seguridad) o asientos   incompatibles con el uso  de la estructura.

La  presión  admisible no es una  propiedad intrínseca del terreno. 

                                                                         

Condiciones que ha de cumplir de una cimentación ( diseño ):

A. ha de transmitir al terreno las cargas sin romperlo, sin superar la resistencia de corte de éste ( seguridad frente al hundimiento y al deslizamiento).

B. la deformación que produce  en el terreno ha de ser  compatible con la que la estructura puede aguantar ( limitación  de asientos).

C. ha de poseer suficiente  resistencia como elemento  estructural.

D. la cimentación ha de estar ubicada en una capa:

a)No sujeta a variaciones estacionales de las características del  suelo o de sus propiedades:  oscilación del nivel freático, heladas,  hinchamiento del suelo, agresión suelos con sulfatos, etc..
b)Que no se vea afectada por la erosión o la socavación por efecto  del agua, del flujo de agua o de aire.
c)Que no sea afectada por  los usos del suelo:   excavaciones,   medianerías, sobrecargas no consideradas, etc...

Clases de cimentación.

Cimentación es la parte de la estructura encargada de transmitir las cargas de ésta al terreno de forma compatible con ambos.

Clases de cimentación:

· Superficiales: D≤ 5B
Tipos:   zapatas ( aisladas, corridas o combinadas) y losas de  cimentación
· Semiprofundas: 5B ≤ D ≤ 8B
Tipos: pozos de cimentación y  pozos indios.
· Profundas: D  ≥ 8B
Tipos: pilotes, Muros pantalla, Pantallas de tablestacas, etc..

Figura 8.1.- Cimentación superficial. Notación

D: profundidad del plano de cimentación.
B: lado menorde la cimentación.

CLASIFICACIÓN DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES.

CLASIFICACIÓN DE LAS CIMENTACIONES PROFUNDAS.

Armadura - Hórmigon: Anclaje de barras corrugadas aisladas.

La longitud cte anclaje por prolongación recta, Ib  para barras corrugadas, tanto en tracción como en compresión, viene dada por las fórmulas:

• Barras en posición I: 

• Barras en posición II: 

con los siguientes significados: 

La terminación en patilla, gancho o gancho en U de las barras corrugadas que trabajen a tracción, permite reducir la longitud de anclaje por prolongación recta al valor 0,7 . Ib no debiendo adoptarse valores menores de 10 Ø ni de 15 cm. Si las barras trabajan a compresión, tales terminaciones no son eficaces, por lo que no reducen la longitud Ib.

La barra transversal soldada permite la misma reducción anterior (0,7 . Ib,) tanto en barras trabajando a tracción como trabajando a compresión.

Conviene advertir que si se dobla una barra en su zona de anclaje por prolongación recta, esta circunstancia no autoriza a disminuir Ja longitud Ib de anclaje, la cual debe disponerse completa. En efecto, la experimentación demuestra que la eficacia de la longitud Ib  es prácticamente independiente de que el trazado de la barra sea recto o curvo.

En la figura 9.8 se indican las longitudes prácticas de anclaje de barras corrugadas, con los valores de los coeficientes m que se dan en la tabla 9.5. 

Fig. 9.8 Longitudes de anclaje en centímetros (Ø en centímetros.)

 

TABLA 9.5 LONGITUDES DE ANCLAJE PARA BARRAS CORRUGADAS AISLADAS VALORES DE LOS COEFICIENTES m

Como en el caso de empalmes de armaduras (véase 9.6-2.°), en las zonas de anclaje debe disponerse armadura transversal para evitar una posible fisuración longitudinal provocada por las tracciones transversales que aparecen junto a los anclajes. Generalmente, la armadura transversal existente para esfuerzos cortantes es suficiente para absorber dichas tracciones.