jueves, 28 de febrero de 2013

Cimentaciones en suelos heterogéneos.

Introducción
Anteriormente se supuso generalmente que el suelo era relativamente uniforme hasta una gran profundidad, o hasta una profundidad limitada, donde se localizaba una base firme. En realidad, estas condiciones son tan raras, que pueden corisiderarse como excepciones. Por lo tanto, los procedimientos descritos en los capítulos anteriores no son, con frecuencia, directamente aplicables para resolver problemas prácticos. Sin embargo, son valiosos, porque pueden ser modificados para que den indicaciones razonables del comportamiento probable de las cimentaciones en materiales heterogéneos.

La mayor parte de los subsuelos son o estratos definidos o elementos más o menos lenticulares. Algunos componentes del lepósito pueden ser materiales bastante resistentes e ncompresibles. mientras que otros pueden ser relativamente débiles y compresibles. Apoyándose en la información preliminar, como la de los sondeos de exploración, combinada con las pruebas de penetración estándar y pruebas sencillas de laboratorio, es posible decidir si algunas partes del subsuelo son suficientemente fuertes e incompresibles para no requerir más estudio. La atención puede concentrarse entonces en las zonas más débiles o compresibles.

La tarea principal del proyectista, antes de que pueda elegir el tipo adecuado de cimentación, consiste en determinar la influencia de elementos que se consideran débiles. En general, esto puede hacerse estimando o calculando los esfuerzos en el subsuelo, en la suposición de que es uniforme y elástico. Después de haber evaluado las propiedades fisicas de los materiales dudosos, apoyándose en los datos de exploración, puede determinarse la capacidad de éstos para resistir los esfuerzos sin fallar ni deformarse excesivamente. El resultado de esta investigación usualmente es suficiente para permitir la selección del tipo de cimentación adecuado. Ocasionalmente, pueden ser necesarios procedimientos de exploración más elaborados y pruebas en el suelo, para obtener la base de una buena decisión.

El cálculo de los euerzos puede hacerse mediante el diagrama de Newmark o en muchos casos de los que ordinariamente se encuentran, por algún procedimiento simplificado. Aunque el diagrama se basa en la suposición de que el material es homogéneo, los errores en los esfuerzos debidos a la estratificación o a otras irregularidades, seguramente no serán lo suficientemente grandes para invalidar las predicciones del comportamiento probable del suelo.

lunes, 25 de febrero de 2013

Bases para el Proyecto de Zapatas en Arena.

En la fig. 19. 1a, se muestran relaciones típicas carga- asentamiento para zapatas de anchos cliferentes, desplantadas en la superficie de un depósito de arena homogénea. Cuanto más ancha es la zapata, mayor es la capacidaci de carga por unidad de área. Sin embargo, para un asentamiento dado S1, por ejemplo 2 cm, la presión del suelo es mayor para una zapata de ancho intermedio Bb que para una zapata grande de
ancho Bc. Las presiones correspondientes a los tres anchos están indicadas por los puntos b, c, y a, respectivamente.

Pueden usarse los mismos datos para construir la fig. 19,1b, que muestra la presión q que corresponde a un asentamiento dado S1 como función del ancho de la zapata. La presión en el suelo para un asentamiento S1 aumenta al aumentar el ancho de la zapata, si ésta es relativamente pequeña, alcanza un máximo para un ancho intermedio y luego disminuye gradualmente al aumentar esta dimensión.

Relaciones entre la presión del suelo, el ancho de la zapata, y los asentamientos, para zapatas de relación constante Df/B sobre arena de compacidad relativa uniforme a) Curvas carga-asentamiento para zapatas de anchos crecientes Ba, Bb y Bc b) Variación de la presión del suelo con el ancho de la zapata para asentamiento dado S1.
FIGURA 19.1 Relaciones entre la presión del suelo, el ancho de la zapata, y los asentamientos, para zapatas de relación constante Df/B sobre arena de compacidad relativa uniforme a) Curvas carga-asentamiento para zapatas de anchos crecientes Ba, Bb y Bc b) Variación de la presión del suelo con el ancho de la zapata para asentamiento dado S1.

Aunque la relación mostrada en la fig. 19.1 b, es generalmente válida para el comportamiento de zapatas sobre arena, influyen en ella varios factores, incluyendo la compacidad relativa de la arena, la profundidad a la que se desplanta la cimentación, y la posición del nivel freático. Además, la forma de la curva sugiere que, para zapatas angostas, las pequeñas variaciones en la presión real del suelo pueden conducir a grandes variaciones en el asentamiento y, en algunos casos, a asentamientos tan grandes que el movimiento se consideraría como falla por capacidad de carga. La razón es clara al considerar la forma de la curva carga-asentamiento para una zapata angosta (fig. 19.1a). Por otra parte, un pequeño cambio de presión en una zapata ancha tiene poca influencia en asentamientos tan pequeños como S1 además, el valor de q1 correspondiente a Si es muy inferior al que produciría una falla por capacidad de carga en una zapata ancha.

El procedimiento sencillo descrito en el resto de este artículo para determinar las dimensiones de las zapatas en arena se basa en las aproximaciones ilustradas en la fig.19.2. La porción cóncava hacia arriba de las curvas, semejantes a la porción derecha de la fig. 19.1b está reemplazada por una línea recta fg (fig. 19.2), de acuerdo con la cual, la presión del suelo correspondiente al asentamiento S1 es independiente del ancho de la zapata. El error para las zapatas de dimensiones usuales es ordinariamente menor que ±10 por ciento. La porción izquierda rápidamente ascendente de las curvas, se reemplaza por la línea recta cf, que queda a la derecha de la curva real, proporcionando así un margen de seguridad contra una falla por capacidad de carga.

La posición de la línea quebrada efg es diferente para distintas arenas. Los procedimientos para obtener las líneas para diferentes arenas y para usarlas en el proyecto de zapatas se describen en los subtítulos siguientes.
Figura 19.2 Relación real (linea llena) entre presión del suelo y el ancho de la zapata, sobre arena para un asentamiento dado S1, y relación aproximada (lineas de rayas) usada como base para el proyecto.
Figura 19.2 Relación real (linea llena) entre presión del suelo y el ancho de la zapata, sobre arena para un asentamiento dado S1, y relación aproximada (lineas de rayas) usada como base para el proyecto.

jueves, 21 de febrero de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO: LOSA DE CIMENTACION EN ARCILLA.

Varios de los principios que se refieren a la compensación total y parcial, y a sus relaciones con el factor de seguridad en Las losas de cimentación sobre arcilla se ilustran el problema 18-2. La combinación de cargas elegidas para el proyecto es el peso del edificio, más la carga viva permanente. Para esta combinación se requiere un espesor Df de 6.26 m para la completa compensación, mientras que una profundidad de 4.72 m, proporciona un factor de seguridad de 3.

Los cálculos demuestran que, para una profundidad de 4.72 m, un incremento imprevisto en las cargas, de solamente el 25 por ciento, reduciría el factor de seguridad de la cimentación aproximadamente en un 50 por ciento. A la misma profundidad, el factor de seguridad se reduciría en forma desproporcionada a un valor ligeramente menor que la unidad, si las cargas se aumentaran 50 por ciento.

En este problema se ilustra también la importancia de la sobrecarga Df. Se ve que el factor de seguridad disminuye a la unidad, cuando se reduce la sobrecarga de 4.72 a 1.65 m. Si D, se redujera a cero, el factor de seguridad para las cargas de proyecto sería igual a 0.74, y ocurriría la falla.

Para cualquier cambio en la resistencia de la arcilla, todos los valores del factor de seguridad calculados, cambian proporcionalmente. Estos cambios se ilustran en las curvas de la hoja 3 para diferentes valores de qu.

Los cálculos del problema son correctos, si el espesor de la arcilla blanda es igual cuando menos a 18.30 m.

Los depósitos de espesores menores y los de carácter heterogéneo (cap. 21), requieren un estudio especial.



lunes, 18 de febrero de 2013

PROYECTO ILUSTRATIVO - ZAPATAS EN ARCILLA.

Los datos generales menos favorables obtenidos de varios sondeos en el solar del edificio se clan en la Hoja 1. También se da una lista de las cargas para las que habrá que considerar un factor de seguridad de 3. Se supone que estas cargas rigen el diseño. Si debido a que pueden producirse combinaciones más severas de corta duración, la carga total en cualquier zapata pudiera exceder de estos valores en más del 50 por ciento durante la vida del edificio, a las zapatas en que pudieran presentarse estas condiciones se les darán las dimensiones correspondientes para las combinaciones de carga más severas, con un factor de seguridad de 2.


La presión neta admisible en el suelo se determina de la fig. 18.3, en la cual se toma el promedio de la resistencia a la compresión simple de la arcilla para profundidades abajo de la base, igual al ancho de la zapata. Para fines de ilustración, aunque pudiera considerarse un refinamiento, innecesario en la práctica, se usa un valor más alto qa en las zapatas cuadradas que en las continuas, debido al factor de forma (1 + O.2B/L).

Inicialmente, por supuesto, no se conoce el ancho de la zapata. Por lo tanto, la profundidad a la que deben promediarse las resistencias a la compresión tampoco se conoce, y se requiere un procedimiento de tanteos. Las hojas adjuntas muestran solamente el tanteo final para cada zapata. El tanteo inicial se basa en un promedio aproximado de qu, tomado a ojo de los datos de la gráfica de la Hoja 1. La convergencia hacia el valor final de B es rápida; generalmente, los resultados del tercer tanteo son satisfactorios.

Los ejemplos de los procedimientos de tanteos en este problema y en los siguientes, y la disposición general de los cálculos, son representativos de la práctica usual de las oficinas de proyecto. En muchos casos, puede plantearse el problema en forma de ecuaciones y resolverlas directamente para obtener una cierta cantidad, como podría ser el ancho de la zapata. Sin embargo, las ecuaciones resultan complicadas y muchas veces son fuentes de error. Y lo que es más importante, frecuentemente ocultan la influencia de las variables principales. En cambio, los procedimientos de tanteos, conducen rápidamente a valores aproximadamente correctos de las cantidades deseadas y permiten al proyectista, en cada paso de los cálculos, juzgar lo razonable de los resultados. Además, esta forma de cálculo facilita las comprobaciones independientes, que requiere todo proyectista.

Como en la fig. 18.3 se da el valor de la capacidad de carga en exceso, del peso de  la sobrecarga adyacente a la zapata, los pesos de la losa del piso y del suelo arriba de la elevación de la base se restan de la carga sobre la zapata. Sin embargo, esta resta compensa muy aproximadamente los pesos de la losa del piso y de la zapata que anteriormente se habian añadido a la presión producida por la carga del muro. Por lo tanto, usualmente es suficientemente preciso dividir la carga del muro o columna por el área de la zapata y comparar esta presión, con el valor de seguridad determinado en la fig. 18.3. Sin embargo, si no se omiten los cálculos de la carga adicional menos la sobrecarga, pueden simplificarse como se indica para la zapata de la columna en la Hoja 2 del problema, en la que el peralte de la zapata se multiplica por la diferencia entre los pesos volumétricos del concreto y del suelo. Debe notarse que la sobrecarga en la proyección exterior de la zapata del muro, aunque es mayor que ‘γDf se ignora en los cálculos. Se supone que esta carga la toma completamente la resistencia del suelo adyacente.


El área de la zapata de la columna en el problema es tal que la presión neta en el suelo se excede ligeramente bajo las cargas vivas y muertas usadas para el proyecto. Es una técnica común permitir estos pequeños excesos, porque usualmente la precisión que se da a la medida de las zapatas es de 7 u 8 cm. Tomando en consideración los límites de precisión probables de las cargas, la resistencia del suelo y los métodos de análisis, rara vez se justifica un mayor refinamiento en el proyecto.

jueves, 14 de febrero de 2013

Zapatas en Arcilla Procedimiento de Diseño.

Si las zapatas que soportan una estructura están proyectadas con un factor de seguridad de 3, los asentamientos diferenciales por consolidación de la arcilla que las subyace, probablemente no excedan de 2 cm. siempre que las zapatas estén suficientemente separadas como para que el funcionamiento de cada una de ellas sea independiente de las demás y siempre que el suelo bajo ellas no sea una arcilla normalmente consolidada, blanda o muy blanda. Las cargas que se consideran al elegir los tamaños de las zapatas para proporcionar un factor de seguridad de 3, deben ser las que vayan a obrar la mayor parte del tiempo. No se incluirán los valores excepcionales de la carga viva, debidos a combinaciones improbables de carga, ni las cargas producidas por el viento, la nieve en climas templados, o las de los sismos. El factor de seguridad no debe ser menor que 2 bajo las condiciones más severas y combinacones de carga probables. Por lo tanto, la presión máxima en el suelo en las condiciones más desfavorables de carga no debe exceder de 1.5 veces los valores de q obtenidos con la ec. 18.4 y la fig. 18.3.


Como se dijo antes en este artículo, el valor de qu que debe usarse para obtener la presión admisible del suelo qa para una zapata dada, usando la ec. 18.4 y la fig. 18.3, debe representar el promedio para una profundidad B bajo el desplante. Sin embargo, los tamaños, formas y profundidades de las zapatas comúnmente varian considerablemente en una obra determinada. Además, los sondeos no se hacen ordinariamente en cada zapata. Por estas razones, y debido a las variaciones inherentes de la mayor parte de los depósitos naturales de arcilla, rara vez se justifica el USO (le diferentes promedio de valores de qa para diferentes zapatas. La presión admisible se basa comúnmente en datos de los sondeos en que aparezcan las condiciones menos favorables. La determinación de su magnitud y la decisión de si debe variarse de unas zapatas a otras, o para las diferen tes profundidades de desplante, dependerá del criterio del ingeniero especialista en cimentaciones.

Las zapatas continuas que se construyen debajo de los muros exteriores de los sótanos están sujetas a cargas desequilibradas, incluyendo la presión lateral de la tierra (fig. 18.1 b). Si la diferencia yHde sobrecarga en los dos lados de la zapata no excede de O.5q, la carga desequilibrada puede despreciarse.

Croquis para indicar Df en zapatas con sobrecarga de diferente profundidad a cada lado.
Figura 18.1 b Croquis para indicar Df en zapatas con sobrecarga de diferente profundidad a cada lado.

De otra manera, La zapata y el muro del sótano deben proyectarse como muro de sostenimiento.
En muchos casos, excepto cuando se trata de arcillas firmes o duras, el efecto de cualquier zapata en un grupo, resulta afectado en forma importante por la presencia de las zapatas vecinas o de otras áreas cargadas. En este caso, el asentamiento diferencial de una cimentación de zapatas puede ser mucho mayor que 2 cm. En consecuencia, deberá hacerse una investigación de los asentamientos de toda la cimentación para completar la determinación de la presión admisible en el suelo para las zapatas individuales.

lunes, 11 de febrero de 2013

Cargas de Proyecto de una Cimentación.

La selección de las cargas en las que debe basarse el proyecto de una cimentación, influye no solamente en la economía, sino también, algunas veces, hasta en el tipo de cimentación. Además, las mismas condiciones del suelo tienen influencia en las cargas que deberían haberse considerado.

Cada unidad de cimentación debe ser capaz de soportar, con un margen de seguridad razonable, la carga máxima a la que vaya a quedar sujeta, aun cuando esta carga pueda actuar sólo brevemente o una vez en la vida de la estructura. Si una sobre- carga o una mala interpretación de las concliciones del suelo hubieran de tener como consecuencia, simplemente un aumento excesivo de los asentamientos, pero no una falla catastrófica, pudiera justificarse un factor de seguridad más pequeño, que si dicha falla pudiera producirse.

Frecuentemente se especifican en los reglamentos de construcción las cargas máximas, las presiones correspondientes en el suelo y las cargas en los pilotes; estos requisitos son restricciones legales al proyecto que deben satisfacerse. Sin embargo, como no pueden considerarse todas las eventualidades, el ingeniero de cimentaciones debe asegurarse por sí mismo que son seguras, aunque satisfagan el reglamento. Además, las cargas que se requieren para las Investigaciones de seguridad o para satisfacer los requisitos legales pueden no ser adecuadas para asegurar el funcionamiento más satisfactorio de la estructura con respecto al asentamiento.

Por ejemplo, como las arenas se deforman rápidamente bajo el cambio de esfuerzo, los asentamientos de las zapatas en la arena acusan la carga real máxima a la que están sujetas. Puede ser que la carga viva real nunca se aproxime al valor prescrito en el reglamento de construcción, mientras que las cargas muertas reales y las calculadas, deben ser prácticamente iguales. Por lo tanto, una columna que en el reglamento de construcción tenga una relación grande de la carga viva a la muerta, probablemente se asiente menos que una que la tenga pequeña. Así, para determinar las dimençiones de las zapatas que se apoyan en arena de modo que sufran igual asentamiento, el ingeniero debe usar la estimación más realista posible de las cargas vivas máximas, en vez de unas infladas arbitrariamente.

Por otra parte, el asentamiento de una estructura apoyada en zapatas sobre una arcilla saturada, virtualmente no es afectado por una corta aplicacion de una carga relativamente grande a una o más zapatas, siempre que no se llegue a una falla por capacidad de carga. Debido a lo lento de la respuesta de la archa a las cargas aplicadas, el asentamiento debe estimarse sobre la base de la carga muerta, más la mejor estimación posible dela carga viva perrnanente, en vez de tomar en cuenta la carga viva maxima.

En los capftulos siguientes se sugieren para las diferentes condiciones, las cargas y factores de seguridad adecuados. Sin embargo, en cada proyecto será necesario hacer una cuidadosa valoración de las condiciones peculiares del terreno y estructura de que se trate. Como regla general, debe aplicarse un factor de seguridad de 3 con las cargas especificadas en los reglamentos de construcción, si el subsuelo no es de tipo anormal y si sus propiedades se han investigado en forma correcta. El factor de seguridad, ordinariamente no debe ser menor de 2, aunque se conozcan las cargas máximas con un grado de precisión elevado y se conozcan excepcionalmente bien las condiciones del suelo.

El asentamiento permisible depende del tipo de estructura y de su función. La carga transmitida al suelo en la base de una piJa de puente puede deberse en su mayor parte, al peso muerto de la pila y el asentamiento correspondiente puede ser de varios centímetros. Si el asentamiento ocurre durante la construcción de la pila, no tiene importancia práctica. Si se produce durante un largo tiempo, puede no tener consecuencias, siempre que la superestructura sea de armaduras sencillas o vigas en yoladizo; pero las consecuencias pueden ser serias, si la superestructura es una trabe o armadura continua. Pocos edificios de concreto pueden soportar un asentamiento diferencial entre columnas adyacentes de más cte 2 cm, sin mostrar algunos signos de daño. Una estructura de acero puede soportar algo más y una mampostería de ladrillo puede soportar tres o cuatro veces esta cantidad sin daño serio. El asentamiento irregular o errático es más peligroso para una estructura de cualquier tipo, que ci uniformemente distribuido.

Ya que en el costo de una cimentación influye mucho la magnitud de los asentamientos diferenciales que se consideran tolerables, el ingeniero no debe subestimar el asentamiento que su estructura puede soportar.

Las consideraciones anteriores se refieren a las cargas que influyen en el comportamiento del suelo o roca en que se apoya la cimentación. Además) el proyecto estructural de los elementos de las cimentaciones de concreto reforzado, como zapatas, cabezales para pilotes, o losas como actualmente se hacen, utilizando diseño plástico, requieren que se asignen factores de carga que consideren la naturaleza de la misma y la probabilidad de su ocurrencia.

jueves, 7 de febrero de 2013

Etapas de la Selección del Tipo de Cimentación.

El tipo de cimentación más adecuado para una estructura dada, depende de varios factores, como su función, las cargas que debe soportar, las condiciones del subsuelo y el costo de la cimentación comparado con el costo de la superestructura. Puede ser que sea necesario hacer Otras consideraciones, pero las anteriores son las principales.

Debido a las relaciones existentes entre estos varios factores, usualmente pueden obtenerse varias soluciones aceptables para cada problema de cimentación. Cuando diferentes ingenieros con su gran experiencia se ven ante una situación dada, pueden llegar a conclusiones algo diferentes. Por lo tanto, el criterio juega un papel muy importante en la ingeniería de cimentaciones. Es de dudar que alguna vez pueda elaborarse un procedimiento estrictamente científico para el proyecto de cimentaciones, aunque los progresos científicos hayan contribuido mucho al perfeccionamiento de la técnica.

Cuando un ingeniero experimentado comienza a estudiar una obra nueva, casi instintivamente desecha los tipos más inadecuados de cimentación y se concentra en los más prometedores. Cuando su elec ción se ha reducido a unas cuantas alternativas que se adaptan bien, a las condiciones del subsuelo y a la función de la estructura, estudia la economía relativa de estas selecciones, antes de tomar la decisión final.

Los ingenieros con menos experiencia pueden seguir un procedimiento semejante, sin peligro de cometer errores serios, si aprovechan los resultados de los estudios científicos y el trabajo experimental de otros. Sin embargo, para que sea útil esta información debe estar organizada lógicamente. En la parte C de este libro, se hace una relación de la experiencia con vanos tipos de cimentaciones y condiciones del subsuelo, presentada de manera que el lector pueda familiarizarse con los procesos mentales usados por hombres que han tenido éxito en la práctica. Haciéndolo así, el lector puede usar técnicas semejantes y esperar llegar a soluciones razonables, excepto para los problemas de cimentación más complejos.

Al elegir el tipo de cimentación, el ingeniero debe dar los siguientes 5 pasos sucesivos:

1. Obtener cuando menos, información aproximada con respecto a la na turaleza de la superestructura y de las cargas que se van a transmitir a las cimentaciones.
 
2. Determinar las condiciones del subsuelo en forma general.
 
3. Considerar brevemente cada uno de los tipos acostumbrados de cimentación, para juzgar si pueden construirse en las condiciones prevalecientes; si serían capaces, de soportar las cargas necesarias, y si pudieran experimentar asentamientos perjudiciales. En esa etapa preliminar se eliminan los tipos evidentemente inadecuados.
 
4. Hacer estudios más detallados y aún anteproyectos de las alternativas más prometedoras. Para hacer estos estudios puede ser necesario tener información adicional con respecto a las cargas y condiciones del subsuelo, y generalmente, deberán extenderse lo suficiente para determinar el tamaño aproximado de las zapatas o pilas, o la longitud aproximada y número de pilotes necesarios. También puede ser necesario hacer estimaciones más refinadas de los asentamientos, para predecir el comportamiento de la estructura.
 
5. Preparar una estimación del costo de cada alternativa viable de cimentación, y elegir el tipo que represente la transacción más aceptable entre el funcionamiento y el costo.

En los pasos 3 y 4, se requiere el conocimiento del comportamiento probable de cada tipo de cimentación para cada tipo de condición del subsuelo.

martes, 5 de febrero de 2013

Influencia de los Métodos Constructivos en el Proyecto.

En los siguientes capítulos, se establecerán métodos para determinar la bondad de las diferentes clases de cimentaciones, En general, se considerará que una cimentación es satisfactoria, si no transmite presiones al subsuelo que exceden la carga de seguridad o que produzcan asentamientos excesivos. Sin embargo, algunos tipos de cimetaciones, que pudieran ser completamente aceptables desde estos dos puntos de vista, también pueden ser extremadamente dificiles o imposibles de ejecutar. Más aún, algunas instalaciones pueden originar asentamientos excesivos en las propiedades vecinas. Por lo tanto, la practicabilidad para construir cada tipo de cimentación en que pudiera pensarse es una cuestión importante. En muchos casos, es un factor decisivo para la elección final.

La elección del tipo de cimentación para una estructura dada puede ser influida también por la posibilidad de daño, debido a operaciones de construcción, realizadas en predios adyacentes en fecha posterior. Por ejemplo, una cimentación satisfactoria para un determinado edificio puede consistir en pilas que atraviesen arcilla blanda hasta un estrato de arcilla muy dura que descanse en arena compacta saturada, que a su vez está sobre a un manto de roca. Sin embargo, si se construye un nuevo edificio en la propiedad adyacente y se cimienta sobre pilas que se prolongan a través de la arcilla dura y la arena saturada hasta el manto de roca, existen muchas probabilidades de que la arena fluya entrando en la excavación para las nuevas pilas, y que el soporte para el estrato de arcilla dura debajo del primer edificio se pierda. Ante esta posibilidad, puede ser preferible apoyar el primer edificio en pilas que se prolonguen hasta la roca, aún a costa de mayor gasto. Por lo tanto, la posibilidad de daño debida a la futura construcci6n en la vecindad, puede ser un factor importante en la elección final del tipo de cimentación.