CALCULO DE ASIENTOS EN ARCILLAS:

MÉTODOS  DE  CÁLCULO:

1.- Método elástico: supone un comportamiento elástico del terreno: utilizar las fórmulas vistas en la Tria de la Elasticidad.

2.-  Método edométrico: supone un proceso idéntico al del edómetro, sólo deformaciones verticales( laterales impedidas): utilizar las fórmulas vistas en la Tria de la Consolidación Unidimensional (  incrementos de tensión en cada punto del  terreno se obtienen con las fórmulas de la Tria de la Elasticidad). Es válido sobre todo  para arcillas saturadas.

Ventajas: fácil aplicación, se puede aplicar en terrenos heterogéneos.

Inconvenientes: no distingue el asiento instantáneo.

3.- Método de Skempton -Bjerrum  ( 1957):

Cálculo de asientos en cimentaciones superficiales.

Al aplicar una carga sobre un terreno se producen una serie de  asientos a lo largo del tiempo:

•Asiento inmediato o instantáneo.
•Asiento de consolidación.
•Asiento de consolidación secundaria.

Coeficiente de seguridad frente al hundimiento - Cimentaciones Superficiales.

Notas: 

- Si fuerza vertical transmitida a cota de cimentación Q excéntrica: considerar área efectiva: A´

- Cimentacióncompensada: no introduce ningún incremento de tensi en el suelo

- La carga transmitida neta en  totales coincide con la carga  transmitida neta en efectivas:  ya que se trata del incremento de tensión  que la cimentación supone sobre el terreno.

Terreno estratificado - Cimentaciones Superficiales.

Sean T1 y T2 dos capas del terreno de diferentes características geotécnicas,
siendo el estrato T1 más resistente que el T2:     qh1 > qh2

CASO A: terreno menos competente arriba

CASO B: terreno más competente arriba

Cálculo de la carga de hundimiento de una cimentación.

El hundimiento de una cimentación se produce cuando la presión transmitida supera la resistencia a corte del terreno.


-DETERMINACIÓN TEÓRICA DE LA  PRESIÓN DE HUNDIMIENTO  (  qh).

- Teoría de la Plasticidad
- Mecanismo de rotura bidimensional.
- Equilibrio entre fuerzas exteriores y las desarrolladas por el terreno.

a) SOLUCIÓN DE PRANDTL ( 1920). Hipótesis:

- Terreno sin peso
- Zapata corrida
- Deformación plana.

qh =  qo Nq+ c Nc

b) SOLUCIÓN DE TERZAGHI ( 1943). Hipótesis:Terreno con peso específico γ.

qh = c Nc+ qo Nq+ 0,5 γ B Nγ

Nγ≈ 1,5 ( Nq-1) tg φ

c)SOLUCIÓN DE BRINCH HANSEN ( 1970).    Hipótesis:

- Zapata finita ( forma: cuadrada, rectangular, circular)
- Cargas inclinadas y/o excéntricas.
- Efecto de la profundidad.

B´= ancho eficaz de la cimentación.   B´= B –2 eB

⌦Para evaluar situaciones a largo plazo ( con drenaje): carga  de hundimiento en efectivas:

 Valor de γ*:

CORRECCIÓN POR EFECTO DE LA EXCENTRICIDAD E INCLINACIÓN DE LA CARGA:


POR LA EXCENTRICIDAD DE LA CARGA:

POR LA INCLINACIÓN DE  LA CARGA: factores de inclinación

CORRECCIÓN  POR EFECTO DE LA  PROFUNDIDAD  DE  LA CIMENTACIÓN:

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.

Hormigón - Armaduras: Longitudes de anclaje.

En los apartados 5.°, 6.° y 7.° a continuación se ofrecen las longitudes de anclaje que deben utilizarse en la práctica. Al aplicarlas deben tenerse presentes los siguientes puntos.
 

a) A efectos de anclaje de barras en tracción, para tener en cuenta el efecto de la fisuración oblicua debida al esfuerzo cortante, debe suponerse la envolvente de momentos flectores trasladada paralelamente al eje de la pieza, en el sentido más desfavorable (figura 9.7), en una magnitud igual al canto útil.

b) Cuando puedan existir efectos dinámicos (por ejemplo, en zonas sísmicas), las longitudes de anclaje deben aumentarse en 10 Ø.
 

c) Si la armadura real existente, es mayor que la estrictamente necesaria, Asreal, las longitudes de anclaje Ib indicadas en los puntos siguientes pueden reducirse al valor: 

La limitación 0,33 Ib es aplicable a barras en tracción y debe elevarse a 0,66 Ib para barras en compresión.
 

d) En el caso de vigas, debe llevarse hasta los apoyos extremos al menos un tercio de la armadura necesita resistir el máximo momento positivo; y debe haber al menos un cuarto en los apoyos intermedios.
 

e) En las zonas de anclaje de barras de gran diámetro (Ø 40), éstas deben quedar situadas en esquinas de estribos; y si existen más de dos capas, las barras situadas junto a los paramentos deben llevar estribos adicionales.

Hormigón - Armaduras: Ganchos y Patillas normales.

En los anclajes, los extremos de las barras pueden terminar en prolongación recta, en gancho o en patilla; también pueden anclarse las barras mediante ganchos en U o disponiendo barras transversales soldadas. 

Todos estos dispositivos se ilustran en la figura 9.6 con sus correspondientes características geométricas mínimas. En cuanto a los diámetros de doblado, deben ajustarse a lo indicado en la tabla 9.3. 

 

Figura 9.6  Diversos tipos de anclaje de barras.

Como más adelante se indica (punto 5. estos dispositivos permiten reducir la longitud de anclaje por prolongación recta. Ahora bien, para que sean eficaces es necesario que se encuentren recubiertos de un espesor suficiente de hormigón (al menos, tres diámetros).

Hormigón - Armaduras: Ganchos y patillas normales.

En los anclajes, los extremos de las barras pueden terminar en prolongación recta, en gancho o en patilla; también pueden anclarse las barras mediante ganchos en U o disponiendo barras transversales soldadas. Todos estos dispositivos se ilustran en la figura 9.6 con sus correspondientes características geométricas mínimas. En cuanto a los diámetros de doblado, deben ajustarse a lo indicado en Ja tabla 9.3. 

Figura 9.6 Diversos tipos de anclaje de barras. Fuente: CPH, 1999

Como más adelante se indica (punto 5.°) estos dispositivos permiten reducir la longitud de anclaje por prolongación recta. Ahora bien, para que sean eficaces es necesario que se encuentren recubiertos de un espesor suficiente de hormigón (al menos, tres diámetros).

Hormigón - Armaduras: Posiciones de las barras.

Las longitudes de anclaje dependen de la posición que ocupan las barras en la pieza con respecto a la dirección del hormigonado. En efecto, las barras superiores están en peores condiciones de adherencia que las inferiores, debido a que el hormigón que las circunda es genera1mr1te de calidad algo más baja, a causa del efecto de refluxión de aire y lechada hacia lo alto durante la compactación. Por ello, a efectos de adherencia, La Instrucción española distingue dos posiciones de las barras, la ¡ y la II, que se definen como indica la tabla 9.4.

TABLA 9.4  POSICIONES DE BARRAS, A EFECTOS DE ANCLAJE

Por su parte, el Eurocódigo 2 es más preciso al definir las posiciones de las barras a efectos de adherencia, introduciendo como nueva variable el canto total h de la pieza y distinguiendo los tres casos siguientes:

• Si h <= 25 cm, todas las barras están en posición 1.
• Si 25 <h <= 60 cm, están en posición ¡ las barras colocadas en la mitad inferior de la pieza.
• Si h > 60 cm, están en posición 1 las barras colocadas a una distancia igual o mayor que 30 cm de la cara superior de la pieza.

 Esta forma de definir la posición 1 se explica porque, en las piezas de pequeño espesor (h <= 25 cm), el efecto de refluxión anteriormente mencionado es inapreciable.

Anclaje de las armaduras - Hormigón Armado.

GENERALIDADES

Los anclajes extremos de las barras deben asegurar la transmisión de esfuerzos al hormigón sin peligro para éste. En general, se efectúan mediante alguna de las disposiciones siguientes:
 

• por prolongación recta;
• por gancho o patilla;
• por armaduras transversales soldadas (caso de mallas, por ejemplo); 

• por dispositivos especiales.

La longitud de anclaje de una armadura es función de sus características geométricas de adherencia, de la resistencia del hormigón, de la posición de la barra con respecto a la dirección del hormigonado, del esfuerzo en la armadura y de la forma del dispositivo de anclaje. Por ello, su cálculo es complicado y, aun cuando el fallo de anclaje es un estado límite que debería dar origen, en rigor, al cálculo semiprobabilista correspondiente, en la práctica se sustituye por el empleo de longitudes de anclaje dadas por fórmulas sencillas, contrastadas que quedan del lado de la seguridad.

Es muy aconsejable, como norma general, disponer los anclajes en zonas en las que el  hormigón esté sometido a compresiones y, en todo caso, deben evitarse las zonas de fuertes tracciones. Esto conduce, en vigas, a llevar las armaduras de momento negativo, sobre apoyos intermedios, hasta Una ‘ distancia de éstos del orden del quinto de la luz; y en apoyos extremos, a bajar las armaduras dobladas a 90º, por la cara más alejada del soporte o muro.

Doblado de las Armaduras - Hormigón Armado.

Con independencia del ensayo de doblado-desdoblado de las armaduras encaminado a comprobar las características plásticas del acero, en las piezas de hormigón armado las barras deben doblarse con radios más amplios de los utilizados en dicho ensayo (tabla 8.6), para no provocar una perjudicial concentración de tensiones en el hormigón de la zona del codo. En este sentido conviene advertir que las tracciones transversales que tienden a desgarrar el hormigón suelen ser más peligrosas que las compresiones originadas directamente por el codo.

Las operaciones de doblado deben efectuarse en frío y a velocidad moderada. La Instrucción española establece que, salvo casos especiales, el doblado de las barras deberá realizarse sobre mandriles de diámetro no inferior a los valores indicados en la tabla 9.3.

TABLA 9.3  DIÁMETRO MÍNIMO DE MANDRIL PARA EL DOBLADO DE BARRAS

 

Los cercos de diámetro igual o menor de 12 mm pueden doblarse con radios menores, siempre que no se origine en el acero un principio de fisuración. Para evitar esta fisuración, los cercos y estribos no deben doblarse con diámetros interiores menores de tres diámetros ni menores de tres centímetros.

No debe admitirse el enderezamiento de codos, incluidos los de suministro, salvo cuando esta operación pueda realizarse sin daño inmediato o futuro para la barra correspondiente. 

CIMIENTOS: Aspectos que contribuyen en la hinca de Caissons.

-Los estudios de Mecánica de suelos resultaron muy conservador como, limitado, incompleto y sin criterio

-Durante la hinca no existió el asesoramiento y control de un ingeniero geotécnico para evitar y corregir los problemas presentados como los asentamientos exteriores, las filtraciones dentro del caisson

-El suelo disturbado, alrededor del cajón por una excavación inadecuada, con filtración de arenas y limos dentro del cajón

-Asentamiento por fenómeno de tubificación al interior  del cajón

-cajón inclinado dentro  del río

-Cajones del puente, Pilar y Estribo que no pueden  hincarse