4 fundaciones-superficiales ii
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Introduccin a la Mecnica de Suelos
FUNDACIONES
FundacionesSuperficiales
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Asentamientos en Suelos Granulares
Asentamientos en Suelos Arcillosos
Asentamientos
Ensayos de Placa
Asentamientos Admisibles
FUNDACIONES
SUPERFICIALES
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ASENTAMIENTOS
Una fundacin al ser cargada sufre asentamientos, que ocurrenen parte inmediatamente despus de aplicada la carga y en parte
con el correr del tiempo
tiT +=
instantneose desarrolla con
el correr del tiempo
sciT ++=
debido a la proceso deconsolidacin primaria,
(disipacin del excesode presin de poros)
cs
debido a la consolidacinsecundaria o creep,(a presiones efectivas
constantes)
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ASENTAMIENTOS
sciT ++=
c
s
i instantneo: Teora de la Elasticidadmtodos empricos
por consolidacin primaria: Teora de la Consolidacin
por consolidacin secundaria: mtodos empricos,teora de la consolidacin ampliada
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ASENTAMIENTOS
... el uso de la Teora de la Elasticidad !?
La aplicacin de la TE a la simulacin del comportamiento de sueloses discutible, sin embargo es una herramienta valiosa en situacionesdonde se aplican altos FS a cargas de rotura (pequeas deformaciones)
Q
QRQRFSFACTOR DE SEGURIDAD
Exploracin de SubsueloCaractersticas de la
carga mximaEstructuras tpicas
Completa LimitadaCarga mxima de proyectoocurre frecuentemente;
consecuencias de colapsodesastrosas
Puentes ferroviarios,almacenes, silos,
estructuras hidrulicasy de contencin
3.0 4.0
Carga mxima de proyectoocurre ocasionalmente;
consecuencias de colapsoserias
Puentes carreteros,edificios industriales y
pblicos2.5 3.5
Carga mxima de proyectoocurre excepcionalmente
Edificios de oficinas yresidenciales
2.0 3.0
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ASENTAMIENTOS
Asentamiento Instantneo - Teora de la Elasticidad
determinacin delmdulo de elasticidad
a partir de ensayos de campo atravs de mtodos indirectos
midindolo enensayos de laboratorio
a partir de cualensayo ??
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ASENTAMIENTOS
determinacin de E a partir de ensayos de laboratorio
terrapln extenso
ensayo
edomtrico
ensayo decompresin
triaxial
zapata
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ASENTAMIENTOS
Asentamiento Instantneo - Teora de la Elasticidad
... en las situaciones cotidianas de la ingeniera prctica no es usualcontar con ensayos de laboratorio o de campo que permitan laestimacin de mdulos, entonces el uso de la TE se dificulta bastante
Alternativa: suelos granulares - mtodos empricos
suelos cohesivos - condicin no drenada
Eu/Su= 400 a 500 para pequeas deform., altos FSEu/Su=100 para gdes deform., prximas a la rotura
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ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOSsciT ++=
i ASENTAMIENTO INSTANTANEO - originado en la distorsina volumen constante de la masa de suelo cargada; ocurre enforma simultnea a la aplicacin de la carga, principalmentecomo consecuencia del cambio de forma, no de volumen delsuelo de fundacin
c ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION - resultado de lareduccin de volumen por la expulsin del agua de los poros,generada por el flujo producido por el exceso de presin de poros
i c
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION SECUNDARIA -tambin denominado asentamiento por creep o fluencia; sedesarrolla a presiones efectivas constantes ya que el exceso de
presin de poros se disip en el proceso de consolidacin
s
s
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ASENTAMIENTO INSTANTANEO (ELASTICO)
Davis y Poulos (1968) en su suelo estratificado el asentamiento
elstico puede obtenerse como la suma de las deformacionesverticales de cada una de las capas:
( )hE
1YXZ
zi =
E, parmetros de elasticidad del suelo, correspondientes a cada capaX, Y tensiones horizontales
Z tensin vertical debidas a las cargas aplicadas por la fundacinh espesor de cada capa
ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS sciT ++=
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ASENTAMIENTO INSTANTANEO (ELASTICO)
Simons y Menzies (1977) si el perfil de suelo es un estrato de
arcilla razonablemente homogneo, se puede asignar a la arcillavalores de E y representativos del estrato, en cuyo caso elasentamiento intntaneo se calcula por la siguiente expresin,vlida para fundaciones flexibles uniformemente cargadas:
u10i
E
qB=
0 = factor de correccin debido al espesor finito del estrato de suelo, H
1 = factor de correccin debido a la profundidad de fundacin, DfB = ancho de la fundacin rectangular, o dimetro de la fundacin circularEu = mdulo elstico no drenado
ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS sciT ++=
qDf
BH
L = Longitud
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ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS
coeficiente 0
0 0 10 15 20Df/8
o
0.8
0.9
1.0
qDf
BH
L = Longitud
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ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS
coeficiente 1
qDf
B H
L = Longitud
H/B
1
1.0
1.5
2.0
0.5
0 0.1 100101 1000
L/B = 5
Cuadrado
L/B = 10
L/B = 2
Crculo
L/B =
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ASENTAMIENTO INSTANTANEO
Relacin entre zapatas flexibles y rgidas
Simons y Menzies (1980)
Poulos y Davis (1973)
( ) ( ) ( )[ ] 2
1
flexiblebordecentrorgida +zapata circular
( ) ( ) ( )[ ] 23
1
flexibleesquinacentrorgida +zapata rectangular
( ) ( ) ( )[ ]
2
1
flexiblebordecentrorgida
+zapata continua
ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS
( ) ( )imomx,flexiblemedio,flexible 9.0
( ) ( )rgidamedio,flexible 1.1
sciT ++=
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ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION
Teora de la Consolidacin Unidimensional
e
log
Ce
Cc
+
+=
p
vc
v
pe
o
o f
o
logClogCe1
HS
p
ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS sciT ++=
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ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION SECUNDARIA
Teora de la Consolidacin Unidimensional
e
log
No contamos todava con un mtodoconfiable para el clculo de la magnitud de
estos asentamientos; por tal motivo, cuando
es necesario estimar estos asentamientos,dichas estimaciones estn basadas en
mtodos empricosconsolidacin
primaria
consolidacinsecundaria
ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS sciT ++=
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ASENTAMIENTOS EN
SUELOS ARCILLOSOS
sciT ++=
Teora de la ConsolidacinUnidimensional
Teora de la Elasticidad
u
10i
E
qB= ; zapatas flexibles
zapatasrgidas
REDUCCIONESSimons y Menzies
Poulos y Davis
mtodosempricos
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ASENTAMIENTOS EN
SUELOS GRANULARES
En general, en proyectos de fundaciones superficiales apoyadasen suelos granulares el factor dominante es el asentamiento, salvo
en suelos muy sueltos o fundaciones de pequeas dimensiones
asentamientos
inmediatospredominantes
iT
=
El uso de la teora de la elasticidad a partir de valores hallados en
laboratorio es bastante restringido, debido a la dificultad de obtenermuestras indeformadas se recurre a mtodos empricosbasados en ensayos de campo
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ASENTAMIENTOS EN
SUELOS GRANULARES
Mtodos empricos basados en los resultados del SPT
Terzaghi y Peck (1948)Alpan (1964)Meyerhof (1965)Peck y Bazaraa (1969)
Tomlinson (1969)DApplonia et al. (1970)Schultze y Sherif (1973)Sutherland (1974)Peck, Hanson y Thornburn (1974)
Burland, Broms y De Mello (1977)Oweis (1979)Arnold (1980)Agnastopoulos y Papadopoulos (1982)
Burland y Burbidge (1985)
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ASENTAMIENTOS EN
SUELOS GRANULARES
Correlacin entre N (SPT) y la compacidad relativa de arenas(Terzaghi & Peck, 1948)
Muy densa> 50
Densa30 50
Medianamente densa10 30
Suelta4 10
Muy suelta0 4
Compacidad RelativaN (SPT)
( ) 15155015 >+= medidomedidocorregido NN.N
Arenas muy finas y arenas limosas, debajo de la napa fretica
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ASENTAMIENTOS ENSUELOS GRANULARES
Mtodo de Meyerhof (1965)
grandesplateasN
q2.84
s
1.25mB33.0B
B
N
q2.84s
1.25mBN
q9.1s
2
=
>
+=
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ASENTAMIENTOS ENSUELOS GRANULARES
Mtodo de Schultze y Sherif (1973)
Es un mtodo estadstico basado en el SPT
+
=
B
D0.41N
pSH
0.87
S = coeficiente de asentamiento (cm3/kg)
p = presin de contacto (kg/cm2
)N = valor medio de SPTD = profundidad de la fundacin (m)B = ancho de la fundacin (m)
H = asentamiento (cm)
iT =
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ASENTAMIENTOS ENSUELOS GRANULARES
Coeficiente de asentamiento (S) - Mtodo de Schultze y Sherif
S
(mm/
kPa)
cm3/kg = 10 [mm/kPa]B (m)
Factores de reduccin para ds/B < 2
1.5
1.0
0.5
ds/B
0.91 0.89 0.87 0.85
0.76 0.72 0.69 0.65
0.52 0.48 0.43 0.39
1 2 5 100L/B
10
1.0
0.1
ds/B >2100
L/B52
1
0.5 1 2 3 4 5 10 20 30 50
P =s p
N0.87 (1+0.4D/B)
N = SPT medio
p
ds
B
L
D
-
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ENSAYOS DE PLACA
objetivos
obtener parmetrosde deformacin (E)
obtener parmetrosde resistencia (Su, )
prever el asentamientode una fundacin, por
extrapolacin
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ENSAYOS DE PLACA
en superficie en zanja en perforacin
segn la ubicacin de la placa:
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ENSAYOS DE PLACA
segn el mtodo de aplicacin de la carga:
deformacincontrolada
carga controlada
carga incrementalmantenida
carga cclica
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ENSAYOS DE PLACA
D 1194 - 94 : Standard Test Method for BEARING CAPACITY OFSOIL FOR STATIC LOAD AND SPREAD FOOTINGS
NBR 6489 : PROVA DE CARGA DIRETA SOBRE TERRENO DE
(DEZ/1984) FUNDAO
ASTM
ABNT
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ENSAYOS DE PLACA
Relacin entre el asentamiento de la placa (rp) y elasentamiento de la fundacin (rf)
2
pf
fpf
DD
D2rr
+
= Terzaghi (1955)
p
f
pf A
Arr =
Timoshenko (1951)
placa fundacin
rprf
para lamismatensin
rp
rf
r
placa
fundacin
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ENSAYOS DE PLACA
... cuando se busca prever el asentamiento de una fundacin,por extrapolacin de resultados del ensayo de placa ...
CUIDADO !!!!
presencia de suelos estratificados ovariacin de E con la profundidad
el ensayo puede llegar aindicar muy poco acerca del
comportamiento de la fundacin
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ASENTAMIENTOSADMISIBLES
Problemas debidos a asentamientos excesivos(Institution of Structural Engineers, Londres 1989)
Apariencia visual inclinaciones antiestticas
fisuras
Utilizacin y funcionamiento mquinas con ejes largospuentes gra
desages, etc
Estabilidad y daos estructurales fisuracin excesiva
vuelcos
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ASENTAMIENTOSADMISIBLES
asentamientosuniformes
asentamientos
diferencialesasentamientosno uniformescon distorsin
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ASENTAMIENTOSADMISIBLES
Valores lmites de rotacin relativa -distorsin angular- ()para edificios de hormign armado y paredes portantes de
mampostera armada
(Institution of Structural Engineers, Londres 1989)
Skempton yMc Donald
(1956)
Meyerhof
(1956)
Polshin yTokar
(1957)
Bjerrum
(1963)Daosestructurales
150
1
250
1
200
1
150
1
Fisuras en
paredes 300
1
500
1
500
1
500
1
A B
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FUNDACIONESSUPERFICIALES
B
D
Q
Asentamiento dentro de los lmites
de tolerancia de la estructura
PROYECTO
Adecuado FS con respecto a la rotura(Capacidad de Carga)
Suelos Arcillosos: Capacidad de Carga y Asentamientos sonrelevantes
Suelos Arenosos: los Asentamientos son el factor dominante,excepto en arenas muy sueltas y zapataspequeas (B < 1m)
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FUNDACIONESSUPERFICIALES
Capacidad de carga
Teora de Capacidad deCarga : Hansen
Valores adm recomendadospor NORMAS
Frmulas empricas apartir de ensayos SPT
AsentamientosciT ++=Suelos arcillosos
Suelos Arenosos iT =