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1 OPENCOURSEWARE INGENIERIA CIVIL I.T. Obras Públicas / Ing. Caminos bibjbkqlp=ab=`fjbkq^`fþk iìáë=_~ μå_ä òèìéò mêçñéëçê=`çä~äçê~ççê af`lmfr (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 1

2 l_gbqfslp Definir la función e importancia que posee la cimentación como nexo entre terreno y estructura Realizar una clasificación tipológica y funcional de este tipo de elementos Establecer criterios de predimensionamiento y una estrategia para su cálculo Desarrollar los métodos de cálculo existentes para cimentaciones directas rígidas y flexibles Abordar el diseño de cimentaciones profundas y sus procedimientos de cálculo (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 2

3 `lkqbkfalp 1. Misión e importancia 2. Tipología de cimentaciones 3. Clasificación funcional 4. Criterios de predimensionamiento 5. Cálculo de zapatas 6. Cálculo de cimentaciones profundas 7. Disposiciones constructivas (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 3

4 NK=jfpfþk=b=fjmloq^k`f^ Misión de la cimentación Transmitir adecuadamente las cargas de la estructura al terreno que le da soporte Actúa como elemento de transición entre: Un medio conocido, homogéneo y artificial, con elevadas tensiones de trabajo ( 30 MPa) H. Armado Un medio cambiante, heterogéneo y natural, con bajas tensiones de trabajo ( 0,3 MPa) Terreno Los errores en el diseño de una cimentación son hasta 10 veces más costosos que en estructura y difíciles de reparar (quedan enterrados ) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 4

5 OK=qfmlildð^=ab=`fjbkq^`flkbp Superficiales o directas Apoyan directamente sobre la superficie, que es competente y relativamente homogéneo. Es el tipo más habitual Zapatas: Cimentación aislada. Elementos puntuales Vigas de cimentación: Elementos longitudinales Losas y emparrillados: Elementos superficiales planos Semiprofundas (pozos) Apoyan en capas competentes más profundas o realizando sustitución parcial de terreno por hormigón pobre Profundas (pilotes) En terrenos de resistencia insuficiente, se emplean para alcanzar estratos competentes a mayor profundidad (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 5

6 OK=qfmlildð^=ab=`fjbkq^`flkbp Tipologías habituales de cimentaciones: (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 6

7 OK=qfmlildð^=ab=`fjbkq^`flkbp Utilización de cada tipología de cimentación: 0 m Directas Semiprofundas (Pozos) Profundas (Pilotes) 2 m σ adm kpa 5 m σ adm 150 kpa m σ adm 50 kpa (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 7

8 PK=`i^pfcf`^`fþk=crk`flk^i La EHE distingue entre dos tipos de cimentaciones por la forma de resistir las solicitaciones: [Art. 58.2] Cimentaciones rígidas (V máx 2h) Se calculan mediante el método de bielas y tirantes Cimentaciones flexibles (V máx > 2h) Se calculan a como elemento sometido a flexión simple (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 8

9 QK=mobafjbkpflk^jfbkql Materiales a emplear El hormigón será de baja resistencia. La EHE 08 impone un mínimo a emplear de HA 25.Se utiliza habitualmente acero B 500 S/SD en su armado Tipo de zapata Normalmente, las zapatas más económicas son las flexibles, al contener un menor volumen de hormigón y de acero. Su forma y dimensión dependerá de las solicitaciones a resistir Canto mínimo El canto mínimo establecido en los extremos es de 25 cm, [Art. 58.8] aunque por criterios de anclaje de las armaduras de arranque de pilares se recomienda superar los 40 cm (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 9

10 QK=mobafjbkpflk^jfbkql Recubrimientos Si el elemento se hormigona contra el terreno se adoptará un recubrimiento mínimo de 70 mm [Art ] Hormigón de limpieza (solera de asiento) En la parte inferior se suele aplicar una capa de hormigón pobre de unos 10 cm. de espesor para regularizar la superficie y evitar el contacto directo de la zapata con el terreno 70 mm + Δr h 40 cm 10 cm r nom Hormigón de limpieza (HL) f ck 10 N/mm² (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 10

11 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Verificación de la estabilidad del cimiento: [CTE DB SE C] Comprobación a hundimiento del terreno Comprobación a vuelco Comprobación a deslizamiento Diseño estructural de la cimentación: Cimentaciones rígidas: [Art ] Comprobación de bielas y tirantes Cimentaciones flexibles: [Art ] Armado a flexión simple Verificación a cortante Verificación a punzonamiento (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 11

12 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Verificación de la estabilidad del cimiento: Se considera el peso propio del cimiento Acciones en valor característico (sin mayorar, γ F =1) Coeficientes parciales de seguridad de materiales (γ R ): Específicos según CTE DB SE C Cimientos Minoran únicamente la resistencia del terreno Diseño estructural de la cimentación: No se considera el peso propio del cimiento Acciones con valores de cálculo (mayorados) Coeficientes parciales de seguridad según EHE 08 (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 12

13 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Parámetros geotécnicos básicos del terreno: Tensión de hundimiento (σ h ) Valor de la tensión aplicada sobre el terreno que provoca su colapso mecánico. Define la máxima capacidad portante del terreno Tensión admisible (σ adm = σ h /γ R ) Valor de la tensión considerada en los cálculos, obtenida mediante la minoración de la tensión de hundimiento por el coeficiente γ R = 3,0 Cohesión (c) Fuerza intermolecular de unión existente entre las partículas del terreno. Su valor se expresa en unidades de tensión (kpa) Ángulo de rozamiento interno (φ) Parámetro que define la fricción o fuerza de rozamiento existente entre las partículas del terreno, expresado normalmente en grados. De él se obtiene el ángulo de rozamiento zapata terreno (δ 3/4 φ) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 13

14 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Verificación de la estabilidad del cimiento: Solicitaciones actuantes en el plano de apoyo de la cimentación (sin mayorar): Solicitaciones procedentes de la estructura (N, M, V) Peso propio del cimiento ( 5 a 10% del axil) Momento adicional generado por el cortante (V h) h M N T N V M T Plano de cimentación N T = N + P 1,10 N M T = M + V h V T = V V T (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 14

15 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Comprobación a hundimiento: Determinación de tensiones bajo zapata: σ N M 6 TY, M T TZ, N e T y 6e z 1 A WY WZ a b a b Criterios de comprobación de tensiones: σ máx σ adm σ mín 0 * * Si no se cumple esta condición, se comprobará suponiendo una distribución triangular de tensiones en el terreno σ mín a b h σ max (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 15

16 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Casos de cálculo a hundimiento: Caso 1: Carga centrada (e=0) Distribución uniforme de tensiones (σ = N T / A σ adm ) Caso 2: Carga excéntrica (e 0) Caso 2.A (e a/6) Distribución de tensiones trapecial. Solicitación dentro del núcleo central de la zapata Caso 2.B (a/6 < e a/4) Distribución de tensiones triangular. Solicitación fuera del núcleo central de la zapata. Despegue de la zapata Caso 2.C (e > a/4) Zapata inestable al vuelco, considerando un coeficiente parcial de seguridad al vuelco de γ E = 1,8 / 0,9 = 2,0 [Tabla 2.1 CTE DB SE C] (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 16

17 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Casos de cálculo a hundimiento en 2D: Caso 2.A Caso 2.B σ adm σ adm σ 1 NT 6e 1 σ ab a adm σ 1 4NT 3( a 2 e) b a l 3 e a 2 σ adm (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 17

18 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Casos de cálculo a hundimiento en 2D: Alternativa a Casos 2.A y 2.B e 2 σ NT e ab 1 2 a σ adm Ntotal Vk σ 2 h Hundimiento y vuelco: M V h MT e N P N Armado: Md Vd h M e N N d T Td, d (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 18

19 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Comprobación a vuelco: En zapatas aisladas se verifica directamente aplicando la condición de hundimiento vista anteriormente (e a/4) Es de carácter secundario (comprobación indirecta) Comprobación a deslizamiento: Debe verificarse que las acciones desestabilizadoras (E d ) que propician el deslizamiento de la zapata sean inferiores a las máximas reacciones estabilizadoras (R d ) que puedan desarrollarse R NT tanδ c A Ed Rd VT γ 1,50 R (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 19

20 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Cálculo de zapatas rígidas: [Art ] Modelo de bielas y tirantes: No es necesario comprobar nudos si se emplea el mismo f ck para zapatas y pilares Cuantías de armado obtenidas por cálculo para respuesta trapecial: R1d Td ( x1 0,25 a) Asfyd 0,85 d Nd 3e l 4e l R1d 1 ; x1 2 l l 3e 4 2 f 400 N/mm yd (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 20

21 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Cálculo de zapatas flexibles: [Art ] Armado a flexión: Sección de referencia S 1, situada a una distancia genérica de 0,15 a hacia el interior de la cara del soporte (sobrevuelo) Verificación a cortante: Sección de referencia S 2, situada a un canto útil d desde la cara del soporte. No se empleará armadura adicional de cortante (aumentar canto) Verificación a punzonamiento: Sección de referencia S 3, formada por el perímetro crítico u 1, calculado sin armadura de punzonamiento S 2 d S 3 = u 1 S 1 (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 21

22 RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p Cuantías mínimas de armado: Cuantía mecánica a tracción U s = 0,04 U c Cuantía geométrica por metro lineal de zapata y para cada dirección de armado: [Art ] Acero B 400 S/SD A s 0,0010 h (1 ) Acero B 500 S/SD A s 0,0009 h (0,9 ) Disposición de armaduras: [Art ] Separación entre barras no superior a 30 cm Recomendable emplear diámetros no inferiores a 12 mm Recomendable la utilización de mallas electrosoldadas para facilitar la puesta en obra de la armadura (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 22

23 SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p Elementos de una cimentación profunda: Pilotes Elementos esbeltos encargados de transmitir las solicitaciones provenientes de la estructura al terreno Encepado Elemento encargado de transmitir las solicitaciones del soporte a los pilotes y de hacerlos trabajar de forma solidaria (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 23

24 SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p Encepados rígidos de 2 pilotes: Armadura principal inferior, siendo la tracción de cálculo T d : T f d s yd yd Nd( v 0,25 a) A f 0,85 d N/mm Armadura secundaria: Cara superior: Al menos 1/10 de la capacidad mecánica de la inferior Armadura horizontal y vertical: Cercos de atado formando una retícula, con cuantía superior al 4 (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 24

25 SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p Encepados rígidos de 3 y 4 pilotes: d T 0,68 N (0,58l 0,25 a) A f d d s yd T T N (0,50l 0,25 a ) A f 0,85 d d 1 1 1d s yd N (0,50l 0,25 a ) A f 0,85 d d 2 2 2d s yd (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 25

26 SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p Cálculo de encepados flexibles: Se calculan de la misma forma que las zapatas flexibles, considerando las secciones de referencia S 1 (flexión) y S 2 (cortante) y S 3 (punzonamiento en pilotes) S 2 d (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 26

27 SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p Cálculo de pilotes: [Art. 58.6] Se considerará que el pilote trabaja biempotrado (α=0,5) A efectos de cálculo, se asimilan a un soporte aislado N d = f cd A c + A s f yd El diámetro de cálculo del pilote será: d cal = 0,95 d nom con d nom 50 d cal d nom 20 mm Hincado In situ (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 27

28 TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p Anclaje de la armadura inferior en zapatas: [Art. 58.4] ZAPATAS RÍGIDAS ZAPATAS FLEXIBLES (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 28

29 TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p Vigas de atado entre zapatas: [Art. 58.5] En zona sísmica (a c 0,16 g) deben disponerse uniendo zapatas en dos direcciones ortogonales (NCSR 02) Se calculan a tracción con un axil de cálculo igual a a c N d, siendo N d el axil máximo de las zapatas a atar (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 29

30 TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p Disposición de armaduras en encepados: Armadura principal uniendo los centros de los pilotes Armadura secundaria en bandas (horizontal) y cercos (vertical) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 30

31 TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p Perspectivas de armaduras en encepados: (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 31