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MECANICA DE SUELOS II
Cimentaciones La cimentación es la parte inferior de una estructura y su función es transferir la
carga de la estructura al suelo en que esta descansa.
Una cimentación adecuadamente diseñada es la que transfiere la carga a través del
suelo sin sobresforzar a este. Sobresforzar al suelo conduce a un asentamiento
excesivo o bien a una falla cortante del suelo, provocando daños a la estructura.
Tipos de cimentaciones:
Dependiendo de la estructura y suelo encontrados se usan varios tipos de
cimentaciones.
1) Cimentaciones superficiales
Zapata aislada o corrida: es simplemente una ampliación de un muro de
carga o columna que hace posible dispersar la carga de la estructura
sobre un área grande del suelo.
Losa de cimentación: es una placa de hormigón apoyada sobre el
terreno la cual reparte el peso y las cargas del edificio sobre toda la
superficie de apoyo.
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Las losas son un tipo de cimentación superficial que tiene muy buen
comportamiento en terrenos poco homogéneos que con otro tipo de
cimentación podrían sufrir asentamientos diferenciales. También en
terrenos con muy poca capacidad portante.
2) Cimentaciones semiprofundas
Pozos de cimentación o caissons: Son en realidad soluciones
intermedias entre las superficiales y las profundas, por lo que en
ocasiones se catalogan como semiprofundas. Algunas veces estos deben
hacerse bajo agua, cuando no puede desviarse el río, en ese caso se
trabaja en cámaras presurizadas.
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Micropilotes: son una variante basada en la misma idea del pilotaje, que
frecuentemente constituyen una cimentación semiprofunda.
3) Cimentaciones profundas
Cimentaciones con pilotes: se usan para estructuras más pesadas
cuando se requiere gran profundidad para soportar la carga. Los pilotes
son miembros estructurales hechos de madera, concreto o acero, que
transmiten la carga de la superestructura a los estratos inferiores del
suelo.
Según como transmiten sus cargas al subsuelo, los pilotes se dividen en:
Pilotes de fricción: la carga de la superestructura es soportada por
los esfuerzos cortantes generados a lo largo de la superficie lateral
del pilote.
Pilotes de punta: la carga soportada es transmitida por su punta a
un estrato más firme.
Pilas perforadas: se taladra un agujero en el subsuelo y luego se rellena
con concreto, debiéndose usar un ademe de metal mientras se taladra el
agujero. El ademe se deja ahogado en el agujero o se retira durante la
colocación del concreto. Generalmente, el diámetro de una pila perforada
es mucho mayor que el de un pilote. La distinción entre pilote y pilas
perforadas deja de ser clara para un diámetro de aproximadamente 1m. y
luego las definiciones y nomenclaturas son inexactas.
Cimentaciones Superficiales FACULTAD DE ING. CIVIL
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1. Capacidad de carga ultima de cimentaciones superficiales:
1.1. Conceptos generales:
Consideremos una franja de cimentación(es decir, una cuya longitud es
teóricamente infinita) descansando sobre la superficie de una arena densa
o de un suelo cohesivo firme, con un ancho B. Ahora si la carga es
aplicada gradualmente a la cimentación, el asentamiento aumentara. La
variación de la carga por área unitaria sobre la cimentación q, junto con el
asentamiento de la cimentación. En un cierto punto, cuando la carga por
área unitaria a qu, tiene lugar a una falla repentina en el suelo que soporta
la cimentación, y la superficie de falla en el suelo se extenderá hasta la
superficie del terreno. A esta carga por área unitaria qu se le denomina
capacidad última de carga de la cimentación. A este tipo de falla repentina
en el suelo se le llama falla por cortante general.
Si la cimentación bajo consideración descansa sobre arena o suelo
arcilloso de compactación media, un incremento en la carga sobre la
cimentación también estará acompañado por un aumento del
asentamiento. Sin embargo, en este caso la superficie de falla en el
suelo se extenderá gradualmente hacia afuera desde la cimentación.
Cuando la carga por área unitaria sobre la cimentación es igual a qu(1),
el movimiento de la cimentación estará acompañado por sacudidas
repentinas.
Se requiere entonces un movimiento considerable de la cimentación
para que la superficie de falla en el suelo se extienda a la superficie
del terreno. :a carga por área unitaria a la que esto ocurre es la
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capacidad de carga ultima qu . Más allá de este punto, un aumento de
la carga estará acompañado por un gran incremento de asentamiento
de la cimentación. La carga por área unitaria de la cimentación, qu(1), se
llama carga primera de falla. Note que un valor pico de q no se alcanza
en este tipo de falla, denominado falla por cortante local en el suelo.
Si la cimentación esta soportada por un suelo bastante suelto, la
gráfica carga- asentamiento. En este caso, la superficie de falla en el
suelo no se extenderá hasta la superficie del terreno. Más allá de la
carga ultima de falla qu, la gráfica carga – asentamiento será muy
empinada y prácticamente lineal. Este tipo de falla en el suelo se
denomina falla de cortante por punzonamiento.
Con base en resultados experimentales, Vesic (1973) propuso una relación
para el modo de falla por capacidad de carga de cimentaciones
descansando en arenas. La figura muestra esta relación, que contiene la
siguiente notación:
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o Cr: Compacidad relativa de la arena
o Df: profundidad de la cimentación medida desde la superficie del
terreno.
NOTA:
B¿= 2BLB+L ; Donde B= ancho de longitud y L= longitud de la cimentación.
Para cimentaciones superficiales (es decir, para Df/B*) la carga ultima
ocurrirá con un asentamiento de la cimentación de 4 a 10% de B. Esta
condición ocurre con una falla cortante general en el suelo, sin embargo
con una falla local o por punzonamiento, la carga ultima llega a ocurrir con
asentamientos de 15 a 25% del ancho de la cimentación.
1.4. El factor de seguridad:
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El cálculo de la capacidad de carga admisible total en cimentaciones superficiales requiere la aplicación de un factor de seguridad (FS) a la capacidad de carga total última.
qadm=quFS
Sin embargo, algunos ingenieros en la práctica prefieren usar un factor de
seguridad de:
incrementodel esfuerzo neto sobre el suelo= capacidad de cargaultimaFS
La capacidad de carga ultima neta se definió como:
qneta(u)=qu−q
incrementodel esfuerzo neto sobre el suelo=qu−qFS
El factor de seguridad definido por la ecuacion anterior debe ser por lo menos 3
en todos los casos.
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