Fundaciones Directas o superficiales

Transcripción

1 GEOTECNIA I Transferencia de cargas al terreno 1 ra Parte Profesor: Ing. Augusto José Leoni Fundaciones Directas o superficiales ases aisladas Rectangulares, cuadradas o cilíndricas Tipos de Fundaciones directas Zapatas continuas Para apoyo de tabiues o muros Plateas Pueden ser rectangulares, cuadradas o cilíndricas Ing. Augusto José Leoni 1

2 Fundaciones Indirectas o profundas Pilotes hincados Estructuras esbeltas de º Aº o de acero, se hincan en el terreno con un martillo especial Tipo de Fundaciones indirectas Pilotes hormigonados in situ Se construyen en el terreno haciendo la excavación con máuinas especiales o a mano y luego se coloca la armadura y se cuela el º. Cajones Se excava a mano y paralelamente se hace descender una camisa de º Aº o de acero, luego se coloca la Aº y se cuela el º Fundaciones Directas Q Asentamiento ulbo de tensiones σ = Q/A Incrementos de tensiones Asentamientos = f (E, Cc, ν) Ing. Augusto José Leoni

3 Fundaciones Directas Q Qu 0,05 de a 0,1 de Carga Q Asentamiento δ (mm) Fundaciones Directas Asentamientos Diferenciales y distorsión angular Fisuras θ Distorsión angular δ θ = L δ L Peligro para máuinas sensibles a los asentamientos θ = 1/750 Peligro para pórticos con elementos diagonales θ = 1/600 Límite seguro para NO TENER agrietamiento de edificios θ = 1/500 Agrietamiento de muros sin cargas y de ladrillos θ = 1/300 Agrietamiento considerable de muros sin cargas y de ladrillos θ = 1/150 Ing. Augusto José Leoni 3

4 Mecanismo de falla en fundaciones directas Falla de la fundación de un grupo de silos (Tschebotarioff 1951) Mecanismo de falla en fundaciones directas Arena Densa (Dr = 100 %) (De eer y Vesic 1958) Ing. Augusto José Leoni 4

5 Mecanismo de falla en fundaciones directas Arena suelta (Dr = 15%) (De eer y Vesic 1958) Mecanismo de falla en fundaciones directas Laboratorio de Mecánica de Suelos Facultad de Ingeniería U.N.L.P. (005) Ing. Augusto José Leoni 5

6 Mecanismo de falla en fundaciones directas Corte general: Se produce en los suelos compactos o en las arenas densas Presión del suelo de tapada Cono de suelo ue se desplaza con la base Zona de empuje pasivo de Rankine Mecanismo de falla en fundaciones directas Corte localizado: Este mecanismo de falla se produce en los suelos arcillosos blandos o en las arenas sueltas Rotura por corte Ing. Augusto José Leoni 6

7 Mecanismo de falla de una zapata continua Apoyada sobre suelos cohesivos sin fricción c 0 y φ = 0 u b γ.h h u b. b.. b b = c. π.. b + γ. h. b. u = c.. π. + γ. h c c c u = 6,8. c + γ. h Para zapatas en superficie h = 0 u = 6,8.c Fórmula de capacidad de carga abiendo analizado los mecanismos de falla en fundaciones directas en escala real y con modelos de laboratorio, se vio ue las fórmulas de capacidad de carga dependían de diversos factores ue tenían ue ver con los parámetros de corte del suelo, con la forma de la base, con la profundidad de apoyo y con la inclinación de la carga a) Factores de resistencia (capacidad de carga) N(c;;γ) Fricción φ b) Factores de forma o geométricos S(c;;γ) (Shape) Ancho de de la base Largo L de la fundación Forma de la base c) Factores de profundidad d(c;;γ) (depth) Profundidad de apoyo de la base Df Densidad del terreno de fundación γ Características resistentes de suelo sobre la base D d) Factores de inclinación de la carga i(c;;γ) (inclination) V Ing. Augusto José Leoni 7

8 Geotecnia I - Diversos autores han estudiado este tema y cada uno de ellos ha elaborado una fórmula propia con distintos coeficientes. En este curso serán analizadas las fórmulas de capacidad de carga dadas por Terzaghi en primer término y por rinch ansen en segundo término. Fórmula de capacidad de carga de carga de Terzaghi: (Utiliza solamente factores de resistencia) c. Nc +. N + 0,5. γ`.. Nγγ Para zapatas continuas u = 1,3. c. Nc +. N + 0,4. γ`.. Nγγ Para zapatas cuadradas u = 1,3. c. Nc +. N + 0,3. γ`.. Nγγ Para zapatas circulares u = Donde: u = Tensión última o de rotura c = Cohesión del suelo = Presión efectiva de la tapada γ` = Densidad efectiva del suelo = Lado menor o diámetro de la fundación Gráficos de coeficientes de capacidad de carga de carga de Terzaghi N(c; ; γ) = Coeficientes de capacidad de carga = f(φ φ) Terzaghi da dos familias de curvas de los coeficientes de capacidad de carga N en un gráfico en función de φ, donde los de la línea llena son para los suelos cohesivos mixtos (arenas limos y arcillas) y arenas densas, y los de las líneas de trazo, corresponden a los suelos arcillosos blandos o arenas sueltas. En éste último caso la cohesión ue pudiera existir también se reduce haciendo c =.c/3 Ing. Augusto José Leoni 8

9 Geotecnia I - Fórmulas de capacidad de carga Terzaghi: Suelos compactos y arenas densas u = c. Nc +. N + 0,5. γ`.. Nγγ u = 1,3. c. Nc +. N + 0,4. γ`.. Nγγ u = 1,3. c. Nc +. N + 0,3. γ`.. Nγγ) Para zapatas continuas Para zapatas cuadradas Para zapatas circulares Fórmula de capacidad de carga Terzaghi: Arcillas blandas o arenas sueltas /3. c. N c +. N + 0,5. γ`.. N γγ Para zapatas continuas u = 1,3.(/3. c). N c +. N + 0,4. γ`.. N γγ Para zapatas cuadradas u = u = 1,3.(/3. c). N c +. N + 0,3. γ`.. N γ) γ) Ing. Augusto José Leoni Para zapatas circulares 9

10 Fórmula de capacidad de carga de rinch hansen Introduce los factores de forma, de profundidad y de inclinación a la fórmula de Terzaghi uedando finalmente: r = c. Nc. Sc. dc. ic +. N. S. d. i + 0,5. γ.. Nγ. Sγ. dγ. iγ r = Tensión de rotura c = Cohesión del suelo = Presión efectiva de la tapada del suelo N(c;;γ) = Factores de capacidad de carga = f(φ) L S(c;;γ) = Factores de forma (Shape) V d(c;;γ) = Factores de profundidad (depth) Df D i(c;;γ) = Factores de inclinación (inclination) En todos los casos, estas fórmulas dan tensiones de rotura para bases de carga vertical y centrada c Φ γ R L e D V V c Φ γ Area efectiva para la cuál la carga es centrada V. e =. L. L e = V /-e Las fórmulas de capacidad de carga necesitan de figuras regulares con cargas verticales y centradas para poder calcular la tensión de rotura Ing. Augusto José Leoni 10

11 Algunos casos particulares de determinación de áreas efectivas ase circular ase rectangular o cuadrada Area efectiva e 1 Area efectiva e L -e 1 -e Factores de capacidad de carga de rinch ansen tan (45 º N = + φ ). e N c ( N 1). cot( φ ) = ( π tan( φ ) N γ = 1,8.( N 1). tan( φ ) Ing. Augusto José Leoni 11

12 Factores de forma de rinch ansen 6 Sc = 1 + ( 0, + tg ( φ )). L 1 6 S γ = 1.( 0, + tg ( φ )). L S = S c S c N 1 Factores de Profundidad de rinch ansen d c = 1 + D 0,35 0, tan 4 ( φ ) d = d c d c 1 N =1 d γ D = Lado menor de la base ó diámetro D = Altura del manto de igual o mayor resistencia Ing. Augusto José Leoni 1

13 Factores de inclinación i 1 =.. cot( ) V + Aef c φ i c = i 1 i N 1 i = γ ( i ) V Factores de inclinación de rinch ansen i 1 =.. cot( ) V + Aef c φ i c = i 1 i N 1 i γ = ( i ) V V + A. c.cot( φ) Ing. Augusto José Leoni 13

14 Factores de inclinación de rinch ansen i 1 =.. cot( ) V + Aef c φ i c = i 1 i N 1 i γ = ( i ) V + A. c.cot( φ) V Ejemplo: Calcular la fundación para una vivienda de P + 1 piso en el siguiente perfil Sondeo 3 Ubicación: Calle Pola y Av. Del Trabajo - Capital Napa: 3,50 m Nro Prof. Descripción del Suelo Clasif. Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría E.N.P. Fricc. Cohes. γ d [ ] [Kg/cm²] [g/cm³] 1 1,00 Arcillo arenoso CL,00 Castaño CL 7 0,35 1,4 3 3,00 Arcillo arenoso CL 1 0,60 1,46 4 4,00 Castaño CL 5 5,00 Arcillo arenoso C 6 6,00 Castaño C 13 0,4 1,45 7 7,00 Limo arcilloso ML 8 8,00 Castaño ML umedad Natural Límite Plástico Límite Líuido Indice Plasticidad E.N.P. Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100 Pasa tamiz 00 Ing. Augusto José Leoni 14

15 Ejemplo: Calcular la fundación para una vivienda de P + piso en el siguiente perfil Sondeo Ubicación: Club de Campo Grand ell Lote 94 - City ell. Napa: 1,50 m Nro Prof. Descripción del Suelo Clasif. Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría E.N.P. Fricc. Cohes. γ d [ ] [Kg/cm²] [g/cm³] 1 0,7 Arcillo limoso castaño claro CL 1, Arcilloso CL 3, gris oscuro a castaño claro CL 1 0,79 1,47 4 3, CL 5 4, Limoso castaño ML 17 1,0 1,50 6 5, con nódulos compactos ML 7 6, ML umedad Natural Límite Plástico Límite Líuido Indice Plasticidad E.N.P. Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100 Pasa tamiz 00 Fundación directa a -,00 m de profundidad: Prof. N Cu = 8 tn/m φu = 1 ase cuadra con carga centrada a -,00 m r = c. Nc. Sc. dc +. N. S. d φ = 8 Nc = 9,5 N = 3,0 Sc = 1, S = 1,1 dc = 1 d = 1 = (1,85 tn/m3. 1,5 m + 0,85tn/m3. 0,50 m) φ r = 8 tn/m. 9,5. 1, + (1,85 tn/m 3. 1,5 m + 0,85tn/m 3. 0,50 m). 3,0. 1,1 = 103,4 tn/m adm = 103,4 tn/m / (Fs = 3) = 34,5 tn/m Ing. Augusto José Leoni 15

16 Ejemplo: Calcular la fundación para una vivienda de P + 1 piso en el siguiente perfil Sondeo Ubicación: Calle Necochea entre Galdes y lanes - La oca. Napa:,60 m Cota: 1,30 m Nro Prof. Descripción del Suelo Clasif. Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría E.N.P. Fricc. Cohes. γ d [ ] [Kg/cm²] [g/cm³] 1 0,7 Arena limosa gris oscuro con escombro SM No Plástico 1, Arcilloso M 3, castaño a castaño verdoso con escombro M 4 3, Arcilloso gris verdoso M 5 4, M <1 6 5, Arcilloso grisáceo M <1 7 6, M <1 umedad Natural Límite Plástico Límite Líuido Indice Plasticidad E.N.P. Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100 Pasa tamiz 00 Fundación directa: Prof. N <1 5 <1 6 <1 c u = N/15 = /15 = 0,15 kg/cm φu = + 0,66. N = 4 Adoptamos como sistema de fundación una platea superficial: Nc = 6, Si suponemos ue la platea es rectangular donde /L = 0,5 Tendremos Sc = 1,1 = 0 r = c. Nc. Sc +. N. S. d φ = 1,5 tn/m. 6,. 1,1 = 10,3 tn/m adm = 10,3 tn/m /(Fs = 3) = 3,4 tn/m Ing. Augusto José Leoni 16

17 Fundación directa: En éstos perfiles siempre es conveniente aprovechar la peueña preconsolidación del manto superficial, ue por lo general tiene una humedad menor y con ello una mayor resistencia al corte. De no existir este manto es conveniente fabricarlo mediante un relleno compactado de suelo seleccionado construido retirando el suelo del lugar y luego sobre él apoyar la platea con una tensión. Q Relleno compactado +. Suelo blando arcilloso saturado 45 x adm +. Si = L (. = adm. ( +.) = adm. [ ] / = adm. [1 + 4./ + 4.(/) ] Ejemplo: Si hacemos = L = 10 m y = 1 m = 3,4 tn/m.[1 + 4/10 + 4/100] = 4,90 tn/m Es de suma importancia hacer notar ue a este valor de la tensión admisible, habrá ue descontarle la tensión ue transmite el relleno compactado. Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada La profundidad de fundación depende de los problemas erosivos Arenas densas Fundación directa mediante bases aisladas o zapatas continuas o plateas de fundación Arenas densas hasta una profundidad importante Ing. Augusto José Leoni 17

18 Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada La profundidad de fundación depende del intercambio de humedades entre el aire y el terreno Arcillas o limos compactos Fundación directa mediante bases aisladas o zapatas continuas o plateas de fundación Arcillas y limos compactos hasta una profundidad importante Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada Arcillas o limos compactos La profundidad de fundación depende del intercambio de humedades entre el aire y el terreno Arcillas blandas saturadas Arcillas o limos compactos en la parte superior y luego arcillas blandas saturadas hasta una profundidad importante Fundación directa mediante bases aisladas o zapatas continuas o plateas de fundación, dependiendo del tipo de estructura, siempre y cuando transmitan una tensión baja al terreno donde se apoyan Ing. Augusto José Leoni 18

19 Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada La profundidad de fundación depende de los problemas erosivos Arena suelta Fundación directa mediante platea de fundación ue transmiten una tensión muy baja al terreno natural, o mediante pilotes hincados ue densifican la arena y aumentan la capacidad portante Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada (cargas Importantes) Arcillas blandas saturadas Arcillas o limos compactos Fundación indirecta mediante pilotes hincados o cilindros de fundación con o sin la punta ensanchada Ing. Augusto José Leoni 19

20 Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada (cargas peueñas) Relleno compactado Arcillas blandas saturadas Arcillas o limos compactos Relleno compactado con suelo seleccionado y fundación mediante platea apoyado sobre el mismo Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada Arcillas blandas saturadas Roca Fundación indirecta mediante cilindros de fundación con la punta apoyada en la roca Ing. Augusto José Leoni 0

21 Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada (para cargas importantes) Arenas sueltas Arcillas blandas saturadas Arcillas o limos compactos Fundación indirecta mediante pilotes hincados o cilindros de fundación con o sin la punta ensanchada Selección del tipo de fundación: Condición estratigráfica Solución adoptada (para cargas menores) Arenas sueltas Arcillas blandas saturadas Arcillas o limos compactos Fundación directa mediante plateas en superficie Ing. Augusto José Leoni 1

22 Selección del tipo de fundación Condición estratigráfica Solución adoptada Cargas peueñas Cargas Importantes Arcillas blandas saturadas Arenas medianamente densas Arcillas blandas saturadas Arcillas o limos compactos Fundación con pilotines Fundación indirecta mediante pilotes hincados o cilindros de fundación con o sin la punta ensanchada Ing. Augusto José Leoni