Estudios geotécnicos y cimentaciones: DB-SE-C: Cimientos Factores que determinan el tipo de cimentación Pilar Rodríguez-Monteverde Dr. Arquitecto UPM ESQUEMA DE DECISION (Excluidos terrenos problemáticos) CONDICIONANTES ESTUDIOS GEOTECNICOS PROYECTO DE EDIFICIO TIPO DE TERRENO ROCA AFLORANTE O A PEQUEÑA TERRENO GRANULAR (ARENAS, GRAVAS) TERRENO ARCILLOSO (LIMOS, ARCILLAS) RESISTENCIA MEDIA BAJA ALTA DEFORMABILIDAD BAJA MEDIA ALTA TOLERANCIA DEL EDIFICIO AMPLIA ESTRICTA CIMENTACION SUPERFICIAL (ZAPATAS O LOSAS) CIMENTACION PROFUNDA (PILOTES)
Tipos de cimentación TIPOLOGIA DE CIMENTACIONES SUPERFICIAL ZAPATAS AISLADAS COMBINADAS CONTINUAS ARRIOSTRADAS LOSAS DE CANTO CONSTANTE REGRUESADAS ALIGERADAS SEMIPROFUNDA POZOS PROFUNDA PILOTES PREFABRICADOS HORMIGONADOS "IN SITU" MICROPILOTES HORMIGONADOS "IN SITU" Tipos
ELU y ELS CIMIENTOS PROFUNDOS DEFINICION Base de apoyo. Profundidad: 8 Diámetros USO El terreno de apoyo no es accesible Hay que limitar asientos 3 4 5 7 8 3
CIMIENTOS PROFUNDOS Clasificación: Por su tipo y distribución Pilote aislado Grupo de pilotes Zonas pilotadas Micropilotes CIMIENTOS PROFUNDOS Clasificación: Por su forma de trabajo Pilote por fuste o pilote flotante No alcanza un firme. Trabaja sobre todo por fuste 4
CIMIENTOS PROFUNDOS Clasificación: Por su forma de trabajo Pilote por punta o pilote columna Alcanza un firme Trabaja sobre todo por punta CIMIENTO PROFUNDO Clasificación: Por su forma de trabajo Pilote por fuste o pilote flotante Pilote por punta o pilote columna 5
CIMIENTO PROFUNDO Clasificación: Por el tipo de: Procedimiento constructivo Hormigonados in situ Hincados Condiciones de construcción < 0,45 m 0,45< <,00 m >,00 m de un tramo de varios tramos Aislados Aislados Aislados Aislados NO Con arriostramiento SI Con arriostramiento Parámetros geotécnicos PARAMETROS GEOTECNICOS A CONSIDERAR TERRENO CONDICIONES PARÁMETROS GRANULAR CUALQUIERA N < 0 Flojo 0 < N < 30 Medio 30 < N < 50 Compacto 50 < N Muy compacto ARCILLOSO RAPIDA q u < 00 kn/m Muy blando 00 < q u < 00 Blando 00 < q u < 400 Medio q u > 400 kn/m Duro
Factores condicionantes INFLUENCIA ENTRE LA CIMENTACIÓN Y EL EDIFICIO Profundidad del firme Firme superficial Roca superficial Firme a 4 5 m Estrato firme de espesor limitado Firme profundo Existencia a no de sótanos Nivel freático Edificios medianeros Factores condicionantes INFLUENCIA DEL TIPO DE EDIFICIO Terreno deformable: Estructura flexible Terreno poco deformable: Estructura rígida CONDICIONANTES ECONOMICOS Selección de la técnica en función del tipo de terreno Repercusión aceptable: 3-8% del P.E.M. Edificios singulares o terrenos problemáticos: Hasta 0 % del P.E.M. Edificio ligero, hasta 3 plantas Edificio de gran altura 7
Limitación de asiento del CTE Tabla.. Valores límite basados en la distorsión angular Tipo de estructura Limite Estructuras isostáticas y muros de contención /300 Estructuras reticuladas con tabiquería de separación /500 Estructuras de paneles prefabricados /700 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia arriba /000 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia abajo /000 Tabla.3. Valores límite basados en la distorsión horizontal Tipo de estructura Limite Muros de carga /000 Factores condicionantes CONDICIONANTES DE LOS EDIFICIOS PRÓXIMOS Edificios antiguos con cimentación somera Edificios ligeros sobre pilotes Edificios con cargas muy diferentes CONDICIONANTES DEL TIPO DE LA CIMENTACION Cimentación superficial por zapatas Terreno de resistencia media a alta Presiones de trabajo usuales 00 300 kn/m Sup. de ocupación de las zapatas en planta < 50 % sup. en planta del edificio Escasa influencia del Nivel Freático 8
ELEMENTOS DE CONTENCION Elección del Empuje del terreno Basados en la rotación del elemento: Estado de rotura Dependen del desplazamiento del terreno Tipo de suelo y compacidad o consistencia Rotación x/h Estado activo Estado pasivo Granular denso Granular suelto Cohesivo duro Cohesivo blando 0-3 4 0-3 0-0 - 0-0 - 0-4 0 - Factores condicionantes CONDICIONANTES DEL TIPO DE LA CIMENTACION Cimentación por losa Terreno de resistencia media a baja (q adm < 50 kn/m) Edificios de cargas importantes Sup. de ocupación de las zapatas en planta > 50 % sup. en planta del edificio Sótanos estancos bajo Nivel Freático Reducción de asientos diferenciales Cimentación compensada 9
Factores condicionantes CONDICIONANTES DEL TIPO DE LA CIMENTACION Cimentación por pilotes Firme no alcanzable por cimentación superficial (Prof. > 5 m) Limitación de asientos Permeabilidad del terreno que impide la cimentación superficial Cargas fuertes y concentradas Incidencia de las cimentaciones vecinas Factores condicionantes ASPECTOS DE LA CIMENTACIÓN ASPECTO GEOTÉCNICO Transmitir al terreno las acciones de la estructura sin romper el terreno Transmitir al terreno las acciones de la estructura con deformaciones tolerables ASPECTO MECANICO Resistencia de las reacciones del terreno a las que está sometida 0
Factores condicionantes ASPECTOS DE LA CIMENTACIÓN ASPECTO CONSTRUCTIVO Construida correctamente y con los materiales adecuados frente a la agresividad del terreno Estar protegida frente a las modificaciones naturales y artificiales del entorno Factores condicionantes DIMENSIONADO Suelos arcillosos Dimensiones en función de la capacidad portante del terreno a carga rápida Comprobación a largo plazo Reajuste de las dimensiones, si es necesario Cálculo de los asientos previsibles para las dimensiones de la cimentación Reajuste, si es necesario, de las dimensiones en función de asientos máximos tolerables
Factores condicionantes DIMENSIONADO Suelos granulares Dimensiones en función de los asientos máximos tolerables Comprobación de las dimensiones en función de la capacidad portante del terreno Reajuste de las dimensiones, si es necesario DB-SE-C 4. Cimentaciones directas. Definiciones y tipologías. Análisis y dimensionado 3. Presión admisible y de hundimiento qh = ck Nc dc sc ic t c + q0k Nq dq sqiq t q + B * γk Nγ dγ s γ iγ t q D S N t kn/m adm 3B * 5 = + q = K q d sp u 4. Asientos 5. Condiciones constructivas. Control γ
Influencia del Nivel freático A) SUELO ARCILLOSOS BLANDOS SATURACIÓN CONSISTENCIA BLANDA LEVANTAMIENTO DEL FONDO DE EXCAVACION B) SUELOS ARCILLOSOS DUROS PEQUEÑO CAUDAL DEL AGUA FRANJA DEBILITADA ARCILLAS EXPANSIVAS C) SUELOS ARENOSOS GRANDES FILTRACIONES - BOMBEOS - DRENAJES - PANTALLAS Influencia de los edificios próximos ANTIGUOS, CON CIMENTACÓN SOMERA - NO PILOTES HINCADOS - EXCAVACIONES DE SÓTANOS PANTALLAS - MODIFICACIONES NIVEL FREÁTICO EDIFICIOS ADYACENTES CON CARGAS MUY DIFERENTES - PROBLEMAS CON LAS LOSAS EDIFICIOS PILOTADOS: SOLICITACIONES PARÁSITAS - ROZAMIENTO NEGATIVO - EMPUJES HORIZONTALES 3
Influencia de los terrenos heterogéneos TERRENOS HETEROGÉNEOS VARIABILIDAD VERTICAL CAPACIDAD CRECIENTE CON PROFUNDIDAD CAPAS DURAS-BLANDAS ALTERADAS CAPA BLANDA PROFUNDA CAPA RIGIDA SUPERFICIAL SOBRE CAPA BLANDA VARIABILIDAD HORIZONTAL ZONAS / PUNTOS DEBILES ESTRATOD IMBRICADOS LENTEJONES CUIDADO CIMENTACIONES POR LOSA Rellenos artificiales RELLENOS ARTIFICIALES COMPACTADOS EN GENERAL: NO RECOMENDABLE CARGAS UNITARIAS BAJAS (-,5 kp/cm) CIMENTACIONES NO INDIVIDUALES ZAPATAS CORRIDAS (LOSAS) MATERIAL DE RELLENO ADECUADO COMPACTACIÓN ADECUADA SUELOS COLAPSABLES POR INUNDACIÓN CUIDADO AL AGUA FILTRACIONES 4
Terrenos especialmente problemáticos SUELO CON MATERIA ORGÁNICA SUELOS COLAPSABLES SUELOS EXPANSIVOS TERRENOS KARSTICOS (SOLUBLES) RELLENOS Y VERTIDOS LADERAS INESTABLES TERRENOS AGRESIVOS ZONAS SÍSMICAS ZONAS DE SUBSIDENCIA Terrenos especialmente problemáticos RELLENOS GRUESOS RELLENOS COMPACTADOS CONTROLADOS CUIDADO SATURACIÓN / INUNDACIÓN SUELOS CON MATERIA ORGÁNICA 0% MO 0% MO SUELOS COLAPSABLES ASIENTOS GRANDES BRUSCOS - INUNDACIÓN SUELOS EXPANSIVOS CIMENTACIÓN SEMIPROFUNDA-POZOS MEDIDAS COMPLEMENTARIAS TERRENOS CÁRSTICOS CAVIDADES HUECOS-ZONAS BLANDAS 5
Terrenos especialmente problemáticos VERTIDOS Y ECHADIZOS LADERAS INESTABLES SUELOS AGRESIVOS AL HORMIGÓN EFECTOS TÉRMICOS FRIO HELADA CALOR AREAS SÍSMICAS ARRIOSTRAMIENTO AREAS DE SUBSIDENCIA MINERÍA NIVEL FREATICO Sismo Fabricas con problemas: Mampostería en seco, adobe o tapial Fabricas de ladrillo, bloques de mortero, etc. de más de 4 alturas si 0,08 g > a b > 0, g. Fábricas de ladrillo, bloques de mortero, etc. De más de alturas si a b, > 0, g a b Aceleración sísmica básica procedente de un mapa de peligrosidad sísmica.
Sismo Aceleración sísmica de cálculo, a c : S ρ a b a = S ρ a c b - Coeficiente de amplificación del terreno - Coeficiente adimensional de riesgo - Aceleración sísmica básica procedente de un mapa de peligrosidad sísmica. Sismo Aceleración sísmica de cálculo, a c : a = S ρ c a b S - Coeficiente de amplificación del terreno ρ - Coeficiente adimensional de riesgo Depende de: - La vida útil del edificio, probabilidad de exceder a c - La importancia del edificio - Importancia normal -Importancia especial ρ =,0 ρ =, 3 a b - Aceleración sísmica básica. 7
Sismo Aceleración sísmica de cálculo, a c : S a - Coeficiente de amplificación del terreno Para: - ρ a b 0, g -0,g < ρ a b < 0,4g -0,4g ρ a b = S ρ c a b S = C,5 ab + 3,33 ρ g S = C,5 C 0,,5 S =,0 Sismo Aceleración sísmica de cálculo, a c : C - Coeficiente del terreno Valor de C, en función de la velocidad de propagación de ondas de cizalla, V s C Terreno I Roca compacta Suelo granular muy denso N > 50 Suelo cementado V s >750 m/s,0 Terreno II Roca muy fragturada Suelo granular denso 3 < N 50 Cohesivo muy duro qu > 400 kn/m 400 < V s 750 m/s,3 Terreno III Suelo granular medio < N 30 Suelo cohesivo de firme a muy firme 00 < qu 400 KN/m 00 < V s 400 m/s, Terreno IV Suelo granular suelto N < 0 Suelo cohesivo blando qu < 00 kn/m V s < 00 m/s,0 8
Sismo Aceleración sísmica de cálculo, a c : C - Coeficiente del terreno C = C e i 30 i Como media ponderada del valor de cada uno de los terrenos hasta 30 m de profundidad Sismo Criterios de diseño de cimentación: Criterios generales No utilizar diferentes tipos de cimentación Apoyar en un terreno homogéneo Análisis de licuefacción: cuando hay arenas sueltas NF Cimentación profunda en zonas licuables 9
Sismo Criterios de diseño de cimentación: Criterios de atado Atado en dos direcciones: Para a c 0, g Vigas de hormigón en dos direcciones Para a c < 0, g es suficiente la solera de 5 cm de espesor o /50 de la luz EDIFICIO ENTRE MEDIANERÍAS MEDIANERÍA,0 PATIO + ó SÓTANOS 8,0 m PATIO + ó SÓTANOS,0 N,0 MEDIANERÍA MEDIANERÍA 0 PLANTAS + SÓTANOS,0 0 PLANTAS + SÓTANOS,0 m N,0 5,0 5,0 5,0 5,0 CALLE 0
EDIFICIO AISLADO 5,0 5,0,0 N,0,0 4 PLANTAS + SÓTANO 5,0 PLANTAS (SIN SÓTANO) 0,0 N 5,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0 RELLENO CONDICIONANTES: Roca superficial Profundidad irregular 3 4 ROCA m 5
0 N 0 N.F. 3 4 5 7 8 5 8 5 50 R TIERRA VEGETAL ARENA GRAVAS CONDICIONANTES: Nivel freático Arena floja-media 9 m 0 m 0 3 4 5 7 8 9 0 N 35 40 50 0 8 5 TIERRA VEGETAL ARENA COMPACTA ARENA FLOJA CONDICIONANTES: Terreno compacto: espesor limitado Terreno flojo
N.F. m 0 3 4 5 7 q (kn/m ) u TIERRA VEGETAL 50 00 ARCILLA BLANDA 0 00 800 000 ARCILLA DURA CONDICIONANTES: Terreno arcilloso blando-medio Nivel freático m 0 u 3 4 5 7 q (kn/m ) 300 450 50 00 80 0 000 TIERRA VEGETAL ARCILLA DURA ARCILLA BLANDA PEÑUELA CONDICIONANTES: Terreno arcilloso duro: espesor limitado Terreno arcillosos blando-medio 3
0 q (kn/m ) u m 3 80 4 FANGO 5 7 8 9 0 RELLENO 50 0 00 350 50 300 ARCILLA 300 350 000 MARGA CONDICIONANTES: Relleno superficial Terreno blando Nivel freático N.F. 0 4 8 0 4 8 0 4 N 0 0 0 0 30 45 50 R R RELLENO ARCILLA ARENA GRAVAS q =80 kn/m q =0 kn/m u q =00 kn/m u u CONDICIONANTES: Relleno superficial Terreno arcilloso blando-medio Nivel freático Terreno granular 8 m 30 4
5 8 FIRME 0 4 8 N.F. 4 0 0 4 RELLENO R R R 4 R 0 3 8 m N CONDICIONANTES: Relleno Nivel freático Profundidad irregular m 4 4 0 8 N.F. 4 8 0 8 50 R N 0 ALUVIAL GRAVAS KARSTIFICADOS YESOS YESOS CONDICIONANTES: Nivel freático Terreno karstificado
CHAMARTÍN TAMAÑO DE LAS PARTICULAS EN mm CORTE VERTICAL ESTRATIFICADO DESCRIPCION MUESTREO Y ENSAYOS IN SITU BORRO S.P.T. N/0 cm N/30 cm PROF. (m) TIPO TIPO COTAS 0 40 0 80 00 Hormigón fábricas 3 Rellenos,00-,0 % RETENIDO % QUE PASA 4 5 Arenas flojas 5,50-,0 7 5,00 8 7,50-8,0 9 0 Arcillas arenosas MI 0,00-0,50 3 Arena de miga,00-,0 4 5 7 Arenas tosquizas TP 4,50-5,00 TP,00-,50 7,00-7,0 Indice de plasticidad Límite líquido CHAMARTÍN CORTE VERTICAL ESTRATIFICADO DESCRIPCION MUESTREO Y ENSAYOS IN SITU BORRO S.P.T. N/0 cm N/30 cm PROF. (m) TIPO TIPO COTAS 0 40 0 80 00 Hormigón fábricas,00-,0 3 Rellenos 4 5 Arenas flojas 5,50-,0 7 5,00 8 7,50-8,0 9 0 Arcillas arenosas MI 0,00-0,50 3 Arena de miga,00-,0 4 5 Arenas tosquizas TP 4,50-5,00 TP,00-,50 7 7,00-7,0
RETIRO TAMAÑO DE LAS PARTICULAS EN mm CORTE VERTICAL ESTRATIFICADO DESCRIPCION MUESTREO Y ENSAYOS IN SITU BORRO S.P.T. N/0 cm N/30 cm PROF. (m) 3 TIPO Tierra vegetal Arena de miga TIPO COTAS,0-,80 3,00 0 40 0 80 00 % RETENIDO % QUE PASA 4 5 Arena tosquiza 4,00-4,0 7 8 9 Tosco arenoso TP 8,00-8,50 0 Arena tosquiza,50-,0 3 3,00 4 5 Tosco TP 4,00-4,50,00-,0 Indice de plasticidad 7 Límite líquido RETIRO CORTE VERTICAL ESTRATIFICADO PROF. (m) TIPO DESCRIPCION Tierra vegetal Arena de miga MUESTREO Y ENSAYOS IN SITU TIPO COTAS,0-,80 BORRO N/0 cm S.P.T. N/30 cm 0 40 0 80 00 3 3,00 4 5 Arena tosquiza 4,00-4,0 7 8 9 Tosco arenoso TP 8,00-8,50 0 Arena tosquiza,50-,0 3 3,00 4 5 Tosco TP 4,00-4,50,00-,0 7 7
USERA TAMAÑO DE LAS PARTICULAS EN mm CORTE VERTICAL ESTRATIFICADO DESCRIPCION MUESTREO Y ENSAYOS IN SITU BORRO S.P.T. N/0 cm N/30 cm PROF. (m) TIPO TIPO COTAS 0 40 0 80 00 Arcilla arenosa TP,00-,0 3 % RETENIDO % QUE PASA 4 5 Arenas flojas con niveles de gravas 4,00-4,0 5,00 7 7,00-7,0 8 9 Arcillas blandas 0 MI 0,00-0,50 3 4 5 7 Peñuelas algo yesíferos TP TP 3,00-3,50,00-,50 Indice de plasticidad Límite líquido USERA CORTE VERTICAL ESTRATIFICADO DESCRIPCION MUESTREO Y ENSAYOS IN SITU BORRO S.P.T. N/0 cm N/30 cm PROF. (m) TIPO TIPO COTAS 0 40 0 80 00 Arcilla arenosa TP,00-,0 3 4 5 Arenas flojas con niveles de gravas 4,00-4,0 5,00 7 7,00-7,0 8 9 Arcillas blandas 0 MI 0,00-0,50 3 4 Peñuelas algo yesíferos TP 3,00-3,50 5 TP,00-,50 7 8
DB-SE-C 4. Cimentaciones directas. Definiciones y tipologías. Análisis y dimensionado 3. Presión admisible y de hundimiento qh = ck Nc dc sc ic t c + q0k Nq dq sqiq t q + B * γk Nγ dγ s γ iγ t q D S N t kn/m adm 3B * 5 = + q = K q d sp u 4. Asientos 5. Condiciones constructivas. Control γ q h Presión de hundimiento = cknc dc sc + q Nqdqsq + B * γknγ dγ s 0K d Factor de profundidad s Factor de forma i Factor de inclinación de la carga t Factor de proximidad a un talud γ 9
q h d = cknc dc sc + q Nqdqsq + B * γknγ dγ s 0K Factor de profundidad Para D m d= Para D > m: Presión de hundimiento d c = + 0,34 arctg(d / B*) Nq D dq = + ( senφk ) arctan ; para φk Nc B * = 0 : dq = d γ = γ Presión de hundimiento d Factor de profundidad d c D/B 0 0,5,00,50,00,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 d c,85,34,393,443,47,5,57,53,54,549 φ (º) d q 0,000,95,04,07,08,08,09,09,0,0,0 0,000,87,580,58,583,584,585,585,585,585,585 5,000,7,533,535,53,537,537,537,537,538,538 30,000,53,474,47,477,477,478,478,478,478,478 35,000,3,408,409,40,4,4,4,4,4,4 40,000,09,338,339,340,340,340,34,34,34,34 d γ 30
Presión de hundimiento qh = cknc sc + q N s + B * γ Nγ s 0K q q K s Factor de forma Largo plazo B * s c = + 0, L * B * sq = +,5 tgφk L * s γ = B * 0,3 L * γ q h Presión de hundimiento = cknc sc + q Nqsq + B * γknγ s 0K s Factor de forma Largo plazo Zap.cuadrada Zap. corrida s c =, s c = s q = +,5tgφ s q = s γ = 0,7 s γ = γ 3
Presión de hundimiento s Factor de forma B/L 0,9 0,80 0,70 0,0 0,50 0,40 0,30 0,0 0,0 0,00 s c,00,80,0,40,0,00,080,00,040,00,000 s q B/L,000 0,9 0,80 0,70 0,0 0,50 0,40 0,30 0,0 0,0 0,00 φ (º) 0,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 0,54,49,437,38,38,73,8,4,09,055,000 5,99,30,50,490,40,350,80,0,40,070,000 30,8,779,93,0,50,433,34,0,73,087,000 35,050,945,840,735,30,55,40,35,0,05,000 40,59,33,007,88,755,9,503,378,5,,000 s γ B/L 0,9 0,80 0,70 0,0 0,50 0,40 0,30 0,0 0,0 0,00 s γ 0,700 0,730 0,70 0,790 0,80 0,850 0,880 0,90 0,940 0,970,000 s c Presión de hundimiento q = c N s + h K s Factor de forma c c q 0K Corto plazo Zap. corrida sc = sq = 3
Presión de hundimiento q = c N s + h K s Factor de forma c c q 0K Corto plazo Zap.cuadrada sc =, sq =.Para B <, m q D S N t adm 3B * 5 = +.Para B, m Presión admisible kn/m D S t B * + 0,3 q adm = 8 N + * 3B 5 B * kn/m 33
.Para B, m Presión admisible D S t B * + 0,3 q adm = 8 N + kn/m * 3B 5 B * B* = 8 N P 0,3 D st + 3 B * 5 D +...,3 3 B * s t 5 Asiento total en pulgadas P B * Zona de influencia N =Valor medio entre 0,5 B por encima y B por debajo 0 + + 5 + 0 + 5 N = = 5 N =0 N = N =5 N =0 N =5 34
Asientos ω S S max S 3 β max ΔS β max = ΔS L Limitación de asiento del CTE Tabla.. Valores límite basados en la distorsión angular Tipo de estructura Limite Estructuras isostáticas y muros de contención /300 Estructuras reticuladas con tabiquería de separación /500 Estructuras de paneles prefabricados /700 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia arriba /000 Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia abajo /000 Tabla.3. Valores límite basados en la distorsión horizontal Tipo de estructura Limite Muros de carga /000 35
Asiento admisible L = m Δs = L = 000 = mm 500 500 s t Δs = = 4mm Presión admisible.para B, m B* = 8 N B * = P D st + 3 B * 5 3,0m 0,3 =.500 4 8,5 5 0,3 D +...,3 3 B * s t 5 Asiento total en pulgadas 3
MUROS DE SOTANO Acciones y solicitaciones a considerar E A E P E P E P E P 37