PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PARA CIMENTACIONES CORRIDAS SOBRE TIERRA ARMADA.

A continuación se da el procedimiento, paso a paso, para el diseño de una cimentación corrida soportada por suelo granular reforzado con tiras metálicas:

1. Obtenga la carga total a soportarse por unidad de longitud de cimentación. Obtenga también las cantidades

a. Ángulo de fricción del suelo, ø
b. Ángulo de fricción suelo-tirante, øμ
c. Factor de seguridad contra falla por capacidad de carga
d. Factor de seguridad contra ruptura del tirante, FS(B)

e. Factor de seguridad contra zafadura del tirante, FS(P)
f. Resistencia a la ruptura de los tirantes de refuerzo, fy
g. Peso específico del suelo, γ
h. Módulo de elasticidad del suelo, Es
i. Relación de Poisson del suelo, μs
j. Asentamiento admisible de la cimentación, Se
k. Profundidad de la cimentación, Df

2. Suponga un ancho de cimentación, B, y también d y N. El valor de d debe ser menor que 2/3 B. 

También, la distancia del fondo de la cimentación a la capa más baja de refuerzo debe ser de aproximadamente 2B o menor. Calcule ΔH.

3. Suponga un valor de LDR.

4. Para el ancho B (paso 2) determine la capacidad última de carga, qu, para suelo sin refuerzo [ecuación (3.3); nota: c = O]. Determine qadm(1): 

5. Calcule la carga admisible qadm(2) con base en el asentamiento tolerable, Se, suponiendo que el suelo no está reforzado (ec (4.32a)]:

(La carga admisible para un asentamiento dado, Se, también se determina con las ecuaciones que se refieren a las resistencias a la penetración estándar.)

6. Determine el menor de los dos valores de qadm obtenido de los pasos 4 y 5. El menor valor de qadm es igual a q0.

7. Calcule la magnitud de qR para la cimentación soportada por la tierra armada: 

8. Calcule la fuerza del tirante, T(N), en cada capa de refuerzo usando la ecuación (4.87) (nota: unidad de T(N) en kN/m de cimentación).

9. Calcule la resistencia por fricción de los tirantes en cada capa por longitud unitana de cimentación, FB, usando la ecuación (4.91). En cada capa, determine si FB / T(N) >=  FS(P). Si FB / T(N)  < FS(P), la longitud de las tiras de refuerzo para una capa debe incrementarse. Esto incrementará el valor de FB y de FS(P), por lo que la ecuación (4.91) debe reescribirse como

donde L = longitud requerida para obtener el valor deseado de FB

10. Use la ecuación (4.89) para obtener el espesor de tirante para cada capa. Alguna tolerancia debe considerarse para el efecto de la corrosión en el refuerzo durante la vida de la estructura
 

11. Si el diseño no es satisfactorio, repita los pasos 2 al 10.

CIMENTACIÓN CORRIDA: Localización de la superficie de falla.

La figura 4.37 muestra una condición idealizada para el desarrollo de la superficie de falla en el suelo para la condición mostrada en la figura 4.36c. Ésta consta de una zona central (zona 1) inmediatamente abajo de la cimentación, que se asienta junto con la cimentación al aplicarse la carga. A cada lado de la zona 1, el suelo es empujado hacia afuera y hacia arriba; esta es la zona II. Los puntos A’,A’’´, A’’’, que definen las líneas límite entre las zonas I y II, se obtienen considerando la distribución del esfuerzo cortante τxz en el suelo causada por la carga de la cimentación. El término τxz se refiere al esfuerzo cortante desarrollado a una profundidad z por debajo de la cimentación a una distancia x medida desde el centro de línea de la cimentación. Si se efectúa la integración de la ecuación de Bousinnesq, τxz queda dacia por la relación

FIGURA 4.37 Mecanismo de falta bajo una cimentación soportada por tierra armada [parte (b) según Binquet y Lee, 1975b]

La variación de τxz a cualquier profundidad z se muestra por las líneas interrumpidas en la figura 4.37a. Los puntos A‘ y B’ refieren a los puntos en que el valor de es máximo en z = z1. Similarmente, A” y B” se refieren a los puntos en que τxz es máximo en z = z2. Las distancias x =  X0 en que el valor máximo de τxz ocurre, toma una forma adimensional y se muestran en la figura 4.37b.

CIMENTACIÓN CORRIDA SOBRE SUELO GRANULAR REFORZADO CON TIRAS METÁLICAS.

Modo de falla

La naturaleza de la falla por capacidad de carga de una cimentación superficial corrida que descansa sobre una masa de suelo compacta y homogénea, se mostró en la figura 3.la. En contraste, si se colocan capas de tiras de refuerzo o tirantes en el suelo bajo una cimentación superficial corrida, la naturaleza de la falla en la masa del suelo será como se muestra en la figura 4.36a, b y c.

El tipo de falla en la masa del suelo mostrada en la figura 4.36a ocurre generalmente cuando la primera capa de refuerzo se coloca a una profundidad, d, mayor que aproximadamente 3/2 B (B = ancho de la cimentación). Si los refuerzos en la primera capa son fuertes y están suficientemente concentrados, pueden actuar como una base rígida a una profundidad limitada. La capacidad de carga de cimentaciones en tales casos se evalúa por la teoría presentada por Mandel y Salencon (1972). Resultados experimentales de laboratorio para la capacidad de carga de cimentaciones superficiales que descansan sobre un estrato de arena con una base rígida a una profundidad limitada, también fueron proporcionados pór Meyerhof (1974), Pfeifle y Das (1979) y Das (1981).

El tipo de falla mostrado en la figura 4.36b ocurre si d/B es menor que aproximaclamente y el número de capas de refuerzo, N, es menor que 2/3 aproximadamente. En este tipo de falla tiene lugar la extracción de los tirantes de refuerzo.

El efecto más benéfico de la tierra reforzada se obtiene cuando d/B es menor que aproximadamente y el número de capas de refuerzo es mayor que 4 pero no mayor que 6 o 7. En este caso, la masa de suelo falla cuando los tirantes superiores se rompen (véase la figura 4.36c). 

Fig 4.36 Tres modos de falla por capacidad de carga en tierra armada.

Localización de la superficie de falla.

CIMENTACIÓN SUPERFICIAL SOBRE SUELO REFORZADO.

La capacidad de carga última de cimentaciones superficiales puede mejorarse incluyendo refuerzo de tensión tal como tiras metálicas, geotextiles y geomallas en el suelo que soporta la cimentación. El procedimiento para diseñar las cimentaciones superficiales por condición de asentamiento límite (es decir, la capacidad de carga admisible) con capas de geomallas como refuerzo está aún en las etapas de investigación y desarrollo.

Sin embargo, el problema de la capacidad de carga admisible de cimentaciones superficiales que déscansan sobre suelo granular con tiras metálicas fue estudiado en detalle por Binquet y Lee (1975a, b), que propusieron el método racional de diseño que se presenta en las siguientes secciones.

TABLA 4.6  Distorsión angular limite recomendada por Bjerrum.

TABLA 4.7 Criterios de asentamientos admisibles.

TABLA 4.8  Asentamientos promedio admisibles para diferentes tipos de edificios.