Trabajo De Fundaciones Final.docx

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR UNIVERSIDAD DE ORIENTE EXTENSION CANTAURA – ESTADO ANZOÁTEGUI

Profesor:

Bachilleres:

Ing. Jorge Missel

Johan Uribe C.I. 25.344.984 Moises Olivares C.I. 25.757.062 Julio, 2018

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INDICE

Introducción:

Pág. 3

Suelos

Pág. 5

Tipos de Suelo

Pág.7

Capacidad de carga del suelo según su tipo

Pág.9

Clasificación de los suelos para fundaciones

Pág.11

Ensayos de suelo para cargas admisibles

Pág.15

Fundaciones

Pág.19

Tipo de Fundaciones

Pág.21

Clasificación de las fundaciones

Pág.26

Cálculos más usados en fundaciones

Pág.29

Criterio de Fundación

Pág.31

Fallas en fundaciones

Pág.32

Conclusión

Pág.36

Bibliografía

Pág.38

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INTRODUCCION El suelo y su clasificación es una de las partes más importantes que se debe tener en cuenta a la hora de construir una estructura, ya que es en este dónde se transmitirán las cargas que actúen en la estructura, generalmente tiende a ser heterogéneo y no presentar asentamientos, por lo que se debe tener en cuenta un factor de seguridad adecuado. Estos se clasifican según su composición siendo algunos más adecuados para la construcción y otros no aptos para esta, también es importante conocer sus diferentes capas horizontales ya que en la primera puede no ser apto para construcción, pero en la siguiente presentar las condiciones adecuadas.

Existen diferentes métodos para medir la capacidad de carga del suelo, desde la simple inspección ocular hasta ensayos de muestras del terreno donde se levantará una estructura, entre estos ensayos están el método estándar y el método de carga de placa, cada uno con sus propios procedimientos.

Las fundaciones o cimentaciones propiamente dichas es aquella parte de la estructura que transmite sus cargas al suelo y proporciona un sistema de apoyo estable a la misma, su comportamiento dependerá del suelo, en estas el ingeniero deberá tener el mayor cuidado y precisión posible ya que un fallo en estas puede incrementar el costo de la estructura al tener que reforzar las cimentaciones e inclusive llevar a una falla catastrófica

Existen dos tipos de fundaciones según Terzaghi las cuales son superficiales y profundas, donde en las primeras se desprecia el efecto de resistencia al corte del suelo, mientras que en las segundas puede llegar a ser

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primordial en su diseño. Entre las primeras están las zapatas y losas que se usan según las características que pueda tener el terreno y entre las segundas están los pilotes, pilotajes y encepados

Entre los cálculos más utilizados están los de la teoría de Terzaghi, aunque también hay otras teorías que son utilizadas para la construcción de estructuras. Entre los criterios para el diseño de una fundación está el estudio de la mecánica estructuras, para poder empezar a diseñar las dimensiones de la misma, para esto hay que conocer la capacidad de resistencia del suelo, las fuerzas que actúan sobre esta y su momento flexionante.

En este trabajo de investigación se van a desarrollar los diferentes puntos propuestos como los suelos, tipos, capacidad de carga según su tipo clasificación de los suelos para fundaciones, fundaciones, tipos de fundaciones, cálculos más utilizados, criterios de fundaciones, fallas de fundaciones, entre otros.

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1) SUELOS Es la capa más superficial de la corteza terrestre, que resulta de la descomposición de las rocas por los cambios bruscos de temperatura y por la acción del agua, del viento y de los seres vivos.

El proceso mediante el cual los fragmentos de roca se hacen cada vez más pequeños, se disuelven o van a formar nuevos compuestos, se conoce con el nombre de meteorización.

Los productos rocosos de la meteorización se mezclan con el aire, agua y restos orgánicos provenientes de plantas y animales para formar suelos. Luego el suelo puede ser considerado como el producto de la interacción entre la litosfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. Este proceso tarda muchos años, razón por la cual los suelos son considerados recursos naturales no renovables. En el suelo se desarrolla gran parte de la vida terrestre, en él crece una gran cantidad de plantas, y viven muchos animales.

Componentes del Suelo

Se pueden clasificar en inorgánicos, como la arena, la arcilla, el agua y el aire; y orgánicos, como los restos de plantas y animales. Uno de los componentes orgánicos de los suelos es el humus. El humus se encuentra en las capas superiores de los suelos y constituye el producto final de la descomposición de los restos de plantas y animales, junto con algunos minerales; tiene un color de amarillento a negro, y confiere un alto grado de fertilidad a los suelos. 

Fase Sólida: Comprende, principalmente, los minerales formados por

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compuestos relacionados con la litosfera, como sílice o arena, arcilla o greda y cal. También incluye el humus. 

Fase Líquida: Comprende el agua de la hidrosfera que se filtra por

entre las partículas del suelo. 

Fase Gaseosa: Tiene una composición similar a la del aire que

respiramos, aunque con mayor proporción de dióxido de carbono (CO). Además, presenta un contenido muy alto de vapor de agua. Cuando el suelo es muy húmedo, los espacios de aire disminuyen, al llenarse de agua.

Horizontes del Suelo.

Se define como Horizontes a las capas que forman el suelo. El perfil de un suelo ideal comprende los siguientes horizontes: 

Horizonte A: Llamado también Horizonte de Lavado por estar

expuesto a la erosión y lavado de la lluvia. Es la capa más superficial del suelo, abundan las raíces y se pueden encontrar los microorganismos animales y vegetales, es de color oscuro debido a la presencia del humus. 

Horizonte B: Recibe el nombre también de Horizonte de

Precipitación, ya que aquí se acumulan las arcillas que han sido arrastradas por el agua del horizonte, es de color más claro que el anterior y está constituido por humus mezclado con fragmentos de rocas. 

Horizonte C: Se le conoce también como Subsuelo o Zona de

Transición, está formado por la roca madre fragmentada en proceso de desintegración. 

Horizonte D: Es la capa más profunda del suelo, está formado por la

roca madre fragmentada, por lo que también recibe el nombre de Horizonte R.

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2) TIPOS DE SUELO Los suelos se clasifican según diferentes criterios: su evolución, composición, capacidad de uso en agricultura y textura, entre otros.

Las partículas minerales que forman el suelo tienen diferentes tamaños y se llaman arena, limo y arcilla, de mayor a menor. La textura del suelo depende de la partícula mineral más abundante en él. Entonces, de acuerdo a la textura, los suelos se clasifican en:

Arenosos: En ellos predomina la arena. Por el tamaño grande de sus partículas, estos suelos no retienen el agua que baja a zonas más profundas. Generalmente son de color claro y como no contienen mucha materia orgánica no suelen ser productivos para la agricultura.

Limosos: Las partículas de tamaño medio, el limo, son las que predominan. Por ello, son suelos que no filtran el agua rápidamente, contienen mucha materia orgánica, pero se compactan mucho al secarse.

Arcillosos: La arcilla, partícula de menor tamaño es la predominante. Son suelos casi impermeables pero muy compactos en ausencia de agua. Contienen mucha materia orgánica pero cuando están secos casi no permiten el crecimiento de las raíces.

Se llama suelo franco a aquel que tiene aproximadamente la misma proporción de las tres clases de partículas minerales y por ello tiene propiedades que lo hacen ideal para la agricultura.

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Según la evolución del suelo y la descomposición de la roca que le dio origen, los suelos se clasifican en: •Suelos no evolucionados: De formación reciente, próximos a la roca madre con poca materia orgánica. •Suelos poco evolucionados: Con gran cantidad de materia orgánica y color variable dependiendo de la composición. •Suelos evolucionados: Con mucha materia orgánica en diferentes estados de descomposición, roca madre bien desintegrada. Aptos para la agricultura.

La Estructura del Suelo

Se refiere a la manera en que las partículas del suelo se agrupan en fragmentos mayores. Las partículas irregulares de aristas y vértices agudos dan lugar a una estructura en bloques con forma de nuez. Si las partículas son más o menos esféricas, la estructura es granular. Algunos suelos tienen estructura prismática o en columnas, formada por prismas o columnas verticales de tamaño comprendido entre 0,5 y 10 centímetros.

La estructura laminar consiste en trozos planos en posición horizontal. La estructura influye en la proporción de agua que es absorbida por el suelo, en la susceptibilidad del suelo a la erosión y en la facilidad de cultivo.

Características Hídricas de los Suelos:

Agua Estructural: Está contenida en los minerales del suelo (hidrómica, óxidos hidratados, etc.) solamente son liberados en procesos edáficos. 8

Agua Hidroscópica: Es Agua inmóvil, es removida solamente por calentamiento o sequía prolongada.

Agua Capilar: Es agua retenida en los micro poros por fuerza de capilaridad, el agua de los capilares mayores puede percollar pero no puede drenar fuera del perfil.

Agua Gravitacional: Es agua retenida en los macro poros y puede drenar fuera del perfil.

3) CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO SEGÚN SU TIPO La cimentación es la parte de la estructura que permite la transmisión de las cargas que actúan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente. Cuando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor o en menor grado, y producen asentamientos de los diferentes elementos de la cimentación y por consiguiente de toda la estructura. Durante el diseño se deben controlar tanto los asentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales. El suelo constituye el material de ingeniería más heterogéneo y más impredecible en su comportamiento, es por ello que los coeficientes de seguridad que suelen utilizarse son al menos de 3 con relación a la resistencia. La presencia de diferentes tipos de suelos y de distintos tipos de estructuras da lugar a la existencia de distintos tipos de cimentaciones.

Se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial

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excesivo. Por tanto, la capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales: •

Si la función del terreno de cimentación es soportar una

determinada tensión independientemente de la deformación, la capacidad portante se denominará carga de hundimiento. •

Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensión aplicada al

terreno y la deformación sufrida por éste, deberá calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible.

Las propiedades mecánicas de un terreno suelen diferir frente a cargas que varían (casi)instantáneamente y cargas cuasipermanentes. Esto se debe a que los terrenos son porosos, y estos poros pueden estar total o parcialmente saturados de agua. En general los terrenos se comportan de manera más rígida frente a cargas de variación casi instantáneamente ya que éstas aumentan la presión intersticial, sin producir el desalojo de una cantidad apreciable de agua. En cambio, bajo cargas permanentes la diferencia de presión intersticial entre diferentes partes del terreno produce el drenaje de algunas zonas.

En el cálculo o comprobación de la capacidad portante de un terreno sobre el que existe una construcción debe atenderse al corto plazo (caso sin drenaje) y al largo plazo (con drenaje). En el comportamiento a corto plazo se desprecian todos los términos excepto la cohesión última, mientras que en la capacidad portante a largo plazo (caso con drenaje) es importante también el rozamiento interno del terreno y su peso específico.

En obras de importancia y características especiales, y sobre todo, cuando es proyectada su construcción en terrenos cuyo subsuelo no es 10

conocido, es obligatorio el estudio del suelo para cada caso en particular. No es prudente deducir la resistencia y comportamiento de un suelo a partir de las características de otro, aun cuando estén próximos entre sí.

Existe una tabla que dice cuanto soporta cada suelo según su tipo

Tierra vegetal naturalmente húmeda

1, — kg/em2

Tierra vegetal muy húmeda

0,5

kg/cm2.

Tierra vegetal nat. húmeda mezclada con arena

1,5

kg/cm2

Tierra vegetal mezclada con arcilla seca

4, --- kg/cm2.

Terreno

de

relleno (tierra

vegetal, arena

y 2, — kg/em2.

cascotes) apisonado Barro y fango

NO SOPORTA

Arcilla seca

6, — kg/cm2.

Arcilla muy húmeda

NO SOPORTA

Tierra greda poco compacta

1,5

kg/cm2.

Tierra greda compacta

2,5

kg/cm2.

Arena fina sin compactar

2, — kg/cm2.

Arena fina compactada

5, — Kg/cm2.

Arena mediana compactada

7, — kg/cm2.

Tosca compacta

5,5

Tosca dura

9, — kg/cm2.

kg/cm2.

4) CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS PARA FUNDACIONES Se ofrece con propósito ilustrativo ciertas pautas indicativas del probable comportamiento de algunos tipos de suelos. Desde luego, no eximen

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de la obligatoriedad de contar, especialmente en los casos precedentemente indicados, con los correspondientes estudios de suelos.

Grava: Con excepción de las gravas pizarrosas, la grava es material apropiado para cimentaciones siempre y cuando subyacentes no existan estratos frágiles o blandos, ni esté expuesta a socavación la cimentación.

La grava tiene reducida o casi nula capilaridad; por tanto, no es probable que la presencia de agua subterránea, o su humedecimiento, sean causas de disminución de su resistencia ni origen de asentamientos.

Arena:

No

es

prudente

generalizar

respecto

al

probable

comportamiento y resistencia de las capas de arena, pues debido a causas ya expuestas, relacionadas con su formación, los suelos de esta naturaleza se encuentran en diverso estado de compacidad, además de tener variada granulometría.

Si las arenas, medias y gruesas, son compactas y su granulometría es favorable tienen apropiada resistencia para sustentar estructuras. No ocurre lo mismo con las arenas muy finas, sobre todo si son sueltas, como es el caso de arenas cuyo origen es producto del transporte del viento (arenas eólicas). Las capas de arena suelta son muy susceptibles a densificarse por efecto de la vibración causada por movimientos sísmicos, pudiendo esperarse, eventualmente, asentamiento de la cimentación e indeseables efectos de carácter estructural.

Cuando se trate de este tipo de suelo, es preciso profundizar las excavaciones para cimentos y definitivamente limitar las presiones de contacto cimento – suelo. La razón de esta exigencia podemos percibirla cuando 12

caminamos por la playa, la arena fluye a cada lado hundiéndose los pies; sin embargo, a cierta profundidad los pies no bajan ya más: la capacidad de carga ha aumentado. Lo mismo pasa con cimentaciones construidas a mayor profundidad.

La presencia de agua en suelos arenosos, especialmente cuando se trate de arenas finas sueltas, puede ser causa de marcada disminución de su resistencia en caso de ocurrencia de sismos y, eventualmente, origen del fenómeno de licuefacción.

Limo: Es un suelo de partículas muy pequeñas, relativamente no es plástico y tiene capilaridad elevada. Cuando se encuentra en estado suelto su resistencia es pequeña; su presencia debe ser motivo de reserva por parte del diseñador y el constructor.

Arcilla: Es dura cuando está seca, pero su consolidación se produce lentamente. Cuando es humedecida se torna plástica y deformable, modificando su consistencia según el grado de humedecimiento que alcance; por lo tanto, en suelos arcillosos la alteración del contenido de agua en su masa juega importante rol en su comportamiento y resistencia.

El humedecimiento, que en algunos casos llega hasta la saturación, se produce de diversas maneras. Causas potenciales de humedecimiento son las lluvias y el aumento del caudal de los ríos y arroyos.

También los suelos pueden humedecerse por efecto de la capilaridad, es decir, por succión del agua que pudiera encontrarse en capas inferiores.

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La succión es pequeña o casi nula en suelos granulares (arenas y gravas), pero suele ser grande en suelos arcillosos, ascendiendo el agua hasta alcanzar los cimientos de los edificios.

Suelos que contienen materia orgánica: Los suelos que contienen materia orgánica, la turba y el fango, definitivamente no son apropiados para cimentaciones.

Estas capas deben ser eliminadas durante la excavación, la misma que debe profundizarse hasta encontrar capas suficientemente resistentes. Los suelos de color marrón oscuro, gris oscuro o negro, o tengan olor característico, estructura esponjosa o fibrosa, corresponden a este inconveniente tipo de suelo. Desde luego, un suelo producto de rellenos tampoco es apropiado para cimentaciones.

Homogeneidad del subsuelo: Otra característica que también debe tenerse en cuenta en cimentaciones es la uniformidad del subsuelo. Cuando las capas subyacentes a la cimentación son suficientemente resistentes la condición es favorable: sin embargo, cuando una capa de comprobada resistencia para la cimentación prevista reposa sobre otra de menor resistencia la situación cambia sustancialmente.

A modo ilustrativo, se muestra el caso de una zapata cimentada sobre una capa de arena y que debajo de esta se encuentre una de arcilla blanda. La presión supuesta como admisible para la arena es transferida a la capa de arcilla blanda, la misma que fluye hacia los lados, lo probable es que se produzca el asentamiento de la zapata.

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A través de la masa de arena la presión ejercida por la zapata es transferida a la capa de arcilla empujándola a los lados produciendo, eventualmente, el humedecimiento de la zapata.

Por ello se insiste en que el aspecto de las capas superficiales no es suficiente para deducir con certeza el comportamiento de un determinado suelo. Es indispensable la exploración de las capas inferiores hasta la profundidad procede en cada caso.

5)

ENSAYOS

DE

SUELO

QUE

SE

UTILIZAN

PARA

DETERMINAR CARGAS ADMISIBLES Básicamente se necesita saber las características del suelo y eso comienza desde la inspección ocular hasta ensayos con máquinas muy especiales que brindan resultados con muy poco error, entre ellos se destaca:

Para muestras alteradas e inalteradas:

Ensayos para caracterizar suelos: Granulometría, Limites de consistencia, Humedad natural, clasificación de suelos, Pesos específicos, porosidad, grado de saturación, relación de vacíos.

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Ensayos especiales: Triaxiales, cortes directos, consolidación, pesos unitarios, densidad in situ, ensayo de la placa.

Resultados: Capacidad de soporte admisible, Modulo de reacción K, Asentamiento de suelo S.

Ensayo de penetración estándar: es una herramienta útil y practica para determinar la capacidad de soporte del suelo, esta es utilizada para el dimensionamiento de los cimientos de la estructura. Además de obtener la capacidad de soporte, el ensayo permite obtener muestras de suelos para la realización de otros ensayos que permiten cuantificar la propiedad índice y resistencia del suelo.

En la ejecución del ensayo existen un numero de factores que afectan los resultados que pueden obtenerse; conocer y hacer énfasis en estas variables y en otras limitaciones ayudara en la interpretación correcta de los resultados del ensayo. Aunque se denomina “estándar”, el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencias, en especial la energía que llega a la toma de muestras la cual depende del equipo empleado, por lo que es necesario aplicar factores de corrección para expresar los resultados en función de la energía entregada. El ensayo de carga de placa: es un ensayo de campo para la determinación de la capacidad de soporte y asentamiento de un suelo. Para la ejecución de la prueba debe excavarse una calicata hasta el nivel de desplante del cimiento. Una placa de carga de 2,54 cm (1 in) de espesor como mínimo y 30,5 cm (12 in) a 76,2 cm (30 in) de diámetro es utilizada para transmitir la

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carga al suelo. La carga es generada por un gato hidráulico apoyado en su parte inferior sobre la placa de carga y en la superior a una barra inmovilizada.

El procedimiento de ensayo está estandarizado en el método ASTM D1194. La prueba consiste en aplicar con el gato hidráulico una carga previamente definida, ocasionando en el suelo un asentamiento. Cuando el asentamiento cesa se aplica otro incremento de carga, repitiéndose el proceso hasta alcanzar un asentamiento máximo permisible del suelo, Smáx, hasta que se observe la falla en el suelo o hasta alcanzar la capacidad máxima del gato hidráulico. Los valores de incremento de carga son medidos por un manómetro conectado al gato hidráulico y los asentamientos por deformímetros ubicados sobre la placa de carga. El resultado es una curva carga-asentamiento.

El procedimiento ASTM D1194 considera como capacidad de soporte última para la placa de carga, qult (placa), la carga correspondiente a un asentamiento del 10% del diámetro de la placa.

La Ecuación siguiente permite determinar la capacidad de soporte última para suelos arenosos. La capacidad de soporte última, qult, se calcula a partir de la capacidad de soporte última del ensayo de carga de placa, qult (placa).

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Prueba de compresión sin confinar: Es la prueba más sencilla y económica de realizar. Consta de tomar una muestre cilíndrica de suelo cohesivo con altura igual a 2,5 veces su diámetro y comprimirla axialmente en una máquina de ensayo, similar a las que se usan para las probetas de concreto.

Un manómetro conectado al instrumento permite ir midiendo las presiones ejercidas sobre la muestra. Una de las mayores ventajas que ofrece esta prueba es que el suelo es libre de fallar según el plano más débil.

Este ensayo no puede realizarse en suelos sueltos pue se desmoronan al comprimirlos, y solo sirve para suelos cohesivos que puedan permanecer firmes sin confinamiento.

Prueba de corte directo: Es la prueba de corte más antigua, ya usada por coulomb en 1776.consiste en colocar la muestra de suelo en un recipiente cuadrado o circular que está cortado horizontalmente en dos mitades, donde la superior desliza sobre la inferior.

La muestra se coloca entre dos piedras porosas que permiten drenar el suelo cuan do esta húmedo o saturado, y se le aplican fuerzas de compresión y corte simultáneamente. Las fuerzas de compresión pueden ser originadas por presiones exteriores carga muerta aplicada sobre la muestra, mientras que la fuerza cortante se debe al deslizamiento relativo de las dos mitades del recipiente, a las cuales se imprime una fuerza lateral creciente hasta que el suelo falla por corte, a lo largo del plano horizontal.

Prueba de compresión triaxía: La prueba de compresión triaxial para determinar las propiedades resistentes de un suelo es la más versátil y segura 18

de todos los ensayos y resulta similar al que se realiza para otros materiales, como por ejemplo el concreto.

Se toma una muestra cilíndrica de suelo de altura igual a 2 o 2,5 veces su diámetro y se la coloca dentro de una membrana elástica de caucho con tope rígido de metal, entre piedras porosas. La membrana está ubicada dentro de una cámara con aire comprimido o algún líquido a presión, preferentemente aceite, para confinar la muestra. Cuando la presión lateral ejercida supera los 10 kg/cm2 conviene agregar bandas metálicas reforzando a la membrana.

La prueba se inicia aplicando un esfuerzo de confinamiento lateral y axial de igual magnitud. Luego el confinamiento lateral se mantiene constante y se va incrementando paulatinamente el esfuerzo axial hasta que el suelo falle por corte.

Prueba de la impronta esférica: Esta prueba realizada por primera vez en 1947 por N.A. Tsytovich permite determinar las fuerzas de cohesión y su variación en el tiempo, en suelos cohesivos firmes y rocas viscosas. Para realizar esta prueba, se somete al suelo en estudio a la presión creciente de una estampa esférica, y van midiendo los asentamientos producidos y las presiones ejercidas.

6) FUNDACIONES La fundación es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un sistema de apoyo estable. El comportamiento de cada fundación depende primordialmente de las propiedades del subsuelo que la soporta.

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Aunque los suelos son apropiadamente clasificados como materiales ingenieriles, ellos difieren de los materiales hechos por el hombre pues, generalmente, no se pueden especificar sus propiedades, por lo contrario, se les debe aceptar de la manera como existen en la naturaleza.

De lo dicho anteriormente se desprende que toda fundación está conformada por un binomio que debe interactuar en perfecta armonía. Por un lado, tenemos la parte artificial constituida por la infraestructura o subestructura, conjunto de partes estructurales, generalmente de concreto, que transmiten las cargas de la superestructura al suelo y, por la otra, el suelo en sí, el cual es el soporte universal. El ingeniero de fundaciones debe asegurar que estas cumplan a cabalidad con las consideraciones de seguridad, confiabilidad, funcionabilidad y economía.

Además, se debe proporcionar una adecuada profundidad de fundación, a manera de mantener los asentamientos dentro de los límites tolerables y se debe proporcionar un factor de seguridad adecuado contra una falla estructural de la fundación o del suelo que la soporta.

Cargas que debe trasmitir la fundación a las cargas que debe trasmitir la fundación al terreno: Cuando se habla de fundaciones se habla también de la parte más importante de una construcción y a la cual no debe ahorrarse ni materiales ni cuidados, pues a su deficiencia se deben siempre las grietas producidas al recibir una fundación una carga superior a su capacidad resistente. or economía, las dimensiones, calidad y proporciones de los materiales a emplear en las fundaciones por cuanto será muy costoso pretender subsan

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Es un grave error reducir, p ar los defectos originados por estas deficiencias, lo cual no se logrará sin recurrir al refuerzo de los cimientos construidos defectuosamente, con el consiguiente incremento del costo original de la estructura.

La función de una fundación ante un sismo es brindar al edificio una base rígida y capaz de trasmitir al suelo las acciones que se generan por la interacción entre los movimientos del suelo y de la estructura, sin que se produzcan fallas o deformaciones excesivas en el terreno. De una fundación correcta depende el éxito de una estructura. La fundación de un edificio debe cumplir con: 1) Trasmitir al terreno las cargas estáticas. 2) Trasmitir las cargas dinámicas. 3) Dimensiones ajustadas a la capacidad de resistencia del suelo en el tiempo. 4) Que los asentamientos no superen los límites admisibles. 5) Prevenir los asentamientos por sobre consolidación. 6) Prevenir la licuefacción del suelo en caso de sismos. 7) Trabajar en conjunto, limitando los desplazamientos diferenciales, horizontales y verticales, entre los apoyos.

Cuando es factible elegir el sitio donde se ubicará el edificio, es conveniente un lugar de terreno firme, libre de problemas de las amplificaciones locales del movimiento del terreno que suelen presentarse en los terrenos blandos, y de asentamientos excesivos y pérdida de capacidad de apoyo que ocurre en algunas arenas poco compactas con un sismo.

7) TIPOS DE FUNDACIONES

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Terzaghi (1943) clasificó las fundaciones en superficiales y profundas, de acuerdo a la profundidad relativa de la cota de fundación Df. Las superficiales son aquella en que la relación profundidad/ancho mínimo es menor o igual a la unidad (Df/B ≤ 1). Para las profunda esta relación es mayor a uno.

La diferencia fundamental entre ambos tipos de fundaciones radica en que para las primeras se desprecia el efecto de la resistencia al corte del suelo situado por encima de la losa de fundación, es decir la capacidad del mismo para soportar carga es relativamente pequeña. Para las fundaciones profundas no se puede despreciar dicho efecto, ya que este puede ser el factor primordial en la obtención de capacidad de carga de las mismas.

Tipos de fundaciones superficiales:

Las zapatas: son los tipos más comunes de fundaciones superficiales Generalmente se usan estos tipos de fundación cuando las capas más superficiales del subsuelo tienen una adecuada capacidad de carga y una baja compresibilidad.

Las zapatas aisladas: son las más sencillas y económicas de todas las fundaciones. Son de carácter puntual ya que soportan las columnas

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individuales, generalmente constituidas por dados de concreto cuyas dimensiones en planta son iguales (cuadradas) o casi iguales (rectangulares).

Las zapatas combinadas: pueden soportar dos o más columnas ubicadas en un eje de una edificación. Generalmente se usan para resolver problemas de grandes excentricidades en columnas situadas muy cerca del lindero.

Las zapatas continuas: sirven de fundación a paredes de carga o muros de contención de tierras y una de sus dimensiones en planta es muchas veces mayor que la otra por lo que se les conoce como tira de fundación. En diseño se les considera de longitud infinita y la carga que soportan se expresa por metro de longitud.

Las losas de fundación: son aquellas que se disponen en plataforma, la cual tiene por objeto transmitir las cargas del edificio al terreno distribuyendo los esfuerzos uniformemente. Se usan para soportar todas las columnas de una edificación, por lo que sus dimensiones son relativamente grandes. Se emplean en terrenos menos resistentes o menos homogéneos o bajo estructuras menos resistentes. Además de una mayor repartición de carga, las losas tienen la ventaja de disminuir los asentamientos diferenciales, debido al aumento de área de contacto, sirviendo estas como puentes sobre zonas más compresibles del suelo redistribuyendo las cargas hacia las zonas más resistentes. Puede decirse de forma aproximadamente que la losa es más económica que las zapatas si la superficie total de estas es superior a la mitad de la superficie cubierta por el edificio, debido al menor espesor de concreto y cuantía de armaduras, a una excavación más sencilla y un ahorro de encofrados. 23

Las losas de espesor constante: tienen la ventaja de su gran sencillez de ejecución. Si las cargas y las luces no son importantes el ahorro de encofrados puede compensar el mayor volumen de concreto necesario. Su armado se compone de tres partes fundamentales: - Armado superior y armado inferior, compuesto por un mallado metálico se barras de acero corrugado dispuesto simétricamente. - Armado complementario que funciona como un refuerzo del armado antedicho en las zonas donde apoyan los pilares. - Los caballetes y las esperas de los pilares que soportan la armadura superior.

Las losas con capiteles: son losas que se utilizan para aumentar el espesor bajo los pilares y mejorar la resistencia a flexión y cortante. Los capiteles pueden ser superiores o inferiores teniendo estos últimos la ventaja de realizarse sobre la excavación y dejar plana la superficie del sótano. Su armado es similar al de las losas de espesor constante.

Las losas nervadas con nervios principales bajos los pilares y otros secundarios. Los nervios pueden ser superiores o inferiores, en el caso de nervios superiores el encofrado es más complicado, y suele ser necesario el empleo de un relleno de aglomerado ligero y un solado independiente para dejar plana la superficie superior. Los nervios inferiores pueden hacerse sobre la excavación. Se construyen para estructuras de cargas desequilibradas. Las vigas de unión de los pilares se calculan como zapatas continuas bidireccionales. Por lo general, el espesor mínimo de la losa es de 20cm. Estas losas nervadas definen los arranques de los pilares en los encuentros de las vigas bidireccionales. En la fachada del edificio conviene crear una zanja perimetral de concreto en forma de zuncho o que las losas vuelen alrededor de línea de fachada.

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Las losas flotantes: se usan cuando es necesario construir estructuras muy sensibles a asentamientos en terrenos pobres. La fundación debe hacerse de dimensiones tales que el peso del volumen de tierra removida sea similar a la carga producto del peso de la estructura. En esta forma las condiciones de carga en la superficie del terreno de fundación no han sido teóricamente modificadas por la construcción, de modo que será razonable suponer que los asentamientos serán bajos o nulos.

Las cimentaciones profundas se utilizan principalmente cuando: – El terreno resistente está profundo – No hay terreno resistente y por tanto se excede de la capacidad portante del existente – Los pilotes son solicitados a tracción – Es necesario resistir cargas inclinadas – En edificios sobre el agua – Si el terreno puede sufrir variaciones volumétricas superficiales estacionales

Tipos de fundaciones profundas:

Pilotes: Pieza larga a modo de estaca, de madera, hierro y hormigón armado, que se hinca en el terreno, bien para soportar una carga, transmitiéndola a capas inferiores más resistentes, bien para comprimir y aumentar la compacidad de las capas de tierra subyacentes.

Pilotajes: Un pilotaje es una cimentación constituida por una zapata o encepado que se apoya sobre un grupo de pilote o columnas que se introducen profundamente en el terreno para transmitir su carga al mismo. Los pilotajes se emplean cuando el terreno resistente está a profundidades de los 5 o 6m; 25

cuando el terreno es poco consistente hasta una gran profundidad; cuando existe gran cantidad de agua en el mismo; y cuando hay que resistir acciones horizontales de cierta importancia.

Pilotes prefabricados: Estos se hincan en el terreno mediante maquinas del tipo martillo. Son relativamente caros ya que deben ir fuertemente armados para resistir los esfuerzos que se producen en su transporte, izado e inca. Pueden originar perturbaciones en el terreno y en las estructuras próximas durante su hinca, tienen la ventaja de que la hinca constituye una buena prueba de carga.

Pilotes moldeados in situ: Estos se realizan en perforaciones practicadas previamente mediante sondas de tipo rotativo. Generalmente son de mayor diámetro que los prefabricados y resisten mayores cargas.

Encepados: Los encepados constituyen piezas prismáticas de hormigón armado que trasmiten y reparten la carga de los soportes o muros a los grupos de pilotes. Como en la actualidad se emplean generalmente pilotes de diámetro grande por razones económicas él número de pilotes por cada encepado no suele ser muy elevado.

8) CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDACIONES Zapatas: Las zapatas son los tipos más utilizados y se utilizan cuando el terreno tiene en su superficie una resistencia media o alta con respecto a las cargas de la estructura. Es homogénea como para ser afectadas por asentamientos diferenciales entre las distintas partes.

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Zapatas aisladas: Son de carácter puntual, generalmente están constituidas por dados de hormigón de planta cuadrada. Las fundaciones de zapata en general constituyen los tipos más usados tanto por su economía como por su sencillez de construcción.

Zapatas atirantadas: Son de carácter puntual y trabajan de forma independiente, pero se encuentran unidas por una cadena apoyada al terreno la cual se diseña para evitar el movimiento horizontal relativo entre zapatas aisladas o para unir una zapata aislada a una función corrida.

Zapatas y vigas de fundaciones: La viga de fundación es un elemento estructural que permite tomar las cargas de muro y transmitirlas a zapatas aisladas. Puede haber varias razones para querer diseñar zapatas con vigas de fundación.

Por ejemplo: Como una forma de ahorrar en comparación a la alternativa de zapata corrida. En algunos casos es conveniente hacer que el peso de los muros descanse sobre la zapata para aumentar las cargas horizontales y equilibrar momentos descompensados en el apoyo.

Zapatas corridas: Cuando se trate de pilares alineados muy próximos a muros, o de equilibrar cargas excéntricas sobre las zapatas contiguas, se considera directamente el empleo de una zapata continua o zapata corrida.

Losas: Las losas se emplean en terrenos menos resistentes o menos homogéneos o bajo estructuras menos resistentes. Con ellas se aumenta la superficie de contacto y se reducen los asentamientos diferenciales. Puede decirse de forma aproximadamente que la losa es más económica que las zapatas si la superficie total de estas es superior a la mitad de la superficie 27

cubierta por el edificio, debido al menor espesor de hormigón y cuantía de armaduras, a una excavación más sencilla y un ahorro de encofrados.

Losas de espesor constante: Tiene la ventaja de su gran sencillez de ejecución. Si las cargas y las luces no son importantes el ahorro de encofrados puede compensar el mayor volumen de hormigón necesario.

Losas con capiteles: Se utilizan para aumentar el espesor bajo los pilares y mejorar la resistencia a flexión y cortante. Los capiteles pueden ser superiores o inferiores teniendo estos últimos la ventaja de realizarse sobre la excavación y dejar plana la superficie del sótano.

Losas nervadas: Con nervios principales bajos los pilares y otros segundarios los nervios pueden ser superiores o inferiores, en el caso de nervios superiores el encofrado es más complicado, y suele ser necesario el empleo de un relleno de aglomerado ligero y un solado independiente para dejar plana la superficie superior. Los nervios inferiores pueden hacerse sobre la excavación.

Losas frontales: Cuando es necesario construir estructuras muy sensibles a asentamientos en terrenos pobres puede recurrirse a fundaciones de loza flotante. La fundación debe hacerse de dimensiones tales que el peso del volumen de tierra removida sea similar a la carga producto del peso de la estructura. En esta forma las condiciones de carga en la superficie del terreno de fundación no han sido teóricamente modificadas por la construcción, de modo que será razonable suponer que los asentamientos serán bajos o nulos.

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Pilote aislado: aquel que está a una distancia lo suficientemente alejada de otros pilotes como para que no tenga interacción geotécnica con ellos.

Grupo de pilotes: son aquellos que, o bien por su proximidad interaccionan entre sí, o bien están unidos mediante elementos estructurales lo suficientemente rígidos como para que trabajen conjuntamente.

Zonas pilotadas: son aquellas en los que los pilotes están dispuestos con el fin de reducir asientos o mejorar la capacidad frente al hundimiento. Suelen ser pilotes de escasa capacidad portante individual y están regularmente espaciados o situados en puntos estratégicos.

Micropilotajes: son pilotes con diámetros comprendidos entre los 6 y 25cm (excepcionalmente 30 y 35cm).

9) CÁLCULOS MÁS USADOS EN FUNDACIONES Teoría de Prandtl. Prandtl determino en el marco de la teoría de la plasticidad, que el valor de la carga limite (qmax) que no es más que la máxima presión que se puede dar al elemento rígido sin que penetre en el medio semiinfinito está dada por el valor siguiente.

Se supone que el medio semiinfinito es rígido plástico perfecto, plano, homogéneo e isótropo.

Teoría de Hill. 29

Obtiene el mismo valor que la de Prandtl, haciendo notar que si la superficie del medio semiinfinito no fuese horizontal, la presión limite (qc) toma el valor:

Teoría de Terzaghi. Estableció que la presión máxima es:

Donde Nc, Nq y NY´son los “factores de capacidad de carga”, coeficientes adimensionales que dependen de φ que es el Angulo de fricción interna del suelo, h es la altura de desplante de la cimentación y Y´ es el peso específico del suelo.

La resistencia del suelo a las cargas aplicadas depende en gran medida de la capacidad de la zona C a oponerse al empuje de la zona B y al asentamiento de la zona A.

El esfuerzo admisible será qc dividido por el factor de seguridad (FS), el cual es de 3 para la mayoría de las normas vigentes y no debe ser menor que ese valor. qc tendrá diferente expresión según la geometría de la fundación y el tipo de suelo.

Terzagui descubrió que la falla general se produce en arcillas duras y arenas densas y el corte local se produce en arcillas sensibles o blandas y arenas sueltas. 30

10) CRITERIO DE FUNDACIÓN Antes de iniciar cualquier diseño de una cimentación es necesario conocer a capacidad de carga del suelo, dicho dato se reporta en el estudio de mecánica de suelos que se debe realizar en el terreno donde se vaya a cimentar.

Espesor: Al diseñar una zapata, lo primero que debe hacerse es estimar el espesor a utilizar en estos elementos, el cual usualmente se propone al inicio.

Presión neta de diseño del terreno (rn): Este concepto se refiere a la capacidad resistente del suelo para resistir cargas netas provenientes de las columnas, después de haber tomado en cuenta el peso propio de la zapata y del suelo sobre ésta. Fuerza cortante de diseño como viga ancha (vu): Dentro del análisis de las zapatas, hay que determinar el cortante crítico (VCR) y el cortante último (Vu) para determinar sí el espesor propuesto es aceptado o se hace un nuevo tanteo.

El cortante crítico que necesite el concreto simple (VCR) se calcula en función del peralte efectivo, ancho de la zapata (que se toma igual a un metro), porcentaje de acero de refuerzo por flexión (el cual casi siempre será el porcentaje mínimo (pmin), ya que, usualmente, en el diseño final, el refuerzo por flexión corresponde a refuerzo mínimo). La resistencia del concreto a usar es:

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Para el cortante último, es necesario determinar la distancia crítica (x), la cual será igual a la longitud del volado menos el peralte efectivo medido desde el paño de columna.

Una vez determinada esta nueva distancia sólo se multiplicará por la reacción actuante en el suelo (ra) y se tendrá el cortante último (Vu):

Punzamiento: Este tipo de falla se genera por la perforación de la columna sobre la base de la zapata generando una fuerza (Vu).

Momento flexionante (m): La sección crítica en una zapata aislada se considera a partir del paño del apoyo, el momento flexionante de la sección crítica es:

11) FALLAS DE FUNDACIONES Las fallas de fundación pueden provenir por distintas causas:

a) Errores en el proyecto. Mala elección de la solución para un caso determinado.

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b) Falta de exigencia en la exploración geológica. Generalmente la omisión no es del Geólogo sino el proyectista, al no comprender la relación entre la importancia de la obra y el alcance y forma de la investigación necesaria. c) Hechos difícilmente predecibles como: deslizamientos, sismos en zonas de baja o nula sismicidad, sifonajes, etc. d) En puentes, por socavaciones no bien previstas, en los desagües o magnitud de las crecidas. e) Fallas por punzonados en los patines de fundación. f) Errores o accidentes en la construcción de pilotajes.

En cuanto a los errores en el proyecto, pueden ser errores constructivos o de cálculo estructural, o errores en las estimaciones de velocidad de desagüe en el caso de proyecto de fundaciones de pilas de un puente. Todas estas causas de fallas se describen mejor a través de algunos ejemplos.

Consideramos en primer lugar el caso de edificios: Cuando existen terrenos de mala calidad, o con rellenos heterogéneos, a veces analizamos más conveniente proyectar fundaciones sobre plateas de hormigón. Ello puede ser acertado, si se estudia el terreno en cuanto a la posibilidad de que se produzcan asientos diferenciales, lo cual deberá relacionarse con la posibilidad de que la platea pueda resistirlos, que a su vez depende de la extensión de la platea y de su resistencia a esas deformaciones diferenciales.

También debe considerarse si la estructura del edificio sobre ella pudiese colaborar a resistir. Es así que ha habido casos de edificios terminados que luego han debido ser desalojados por las grandes averías estructurales que al tiempo se produjeron. Se corrigió posteriormente el problema general reforzando la estructura del edificio para que el conjunto de 33

la platea y la estructura del edificio pudiera soportar las solicitaciones parásitas provocadas por las flexiones y torsiones de la platea de fundación. Otros problemas de fundación que se han producido en edificios, se refieren a defectos en los patines o los pilotes.

En el caso de fundaciones directas pueden ser debidas al mal cálculo de los patines, a tener más carga que las tensiones admisibles del suelo al nivel de fundación, o por mal proyecto de los patines, que se perforaron por punzonado. Es curioso observar como un edificio se puede hundir sin perder su forma, lamentablemente por una falla evitable teóricamente. A veces hay hundimientos provocados por la lenta consolidación de todo el entorno de un edificio, como sucede en la ciudad de México. En el caso de fundaciones indirectas, con pilotes, en ocasiones se producen fallas, por distintas causas.

Tipos de fallas:

Estado límite de servicio o de funcionamiento: Aunque la estructura, incluyendo la fundación, no presente un daño físico de ella misma se considera que falla cuando ella no tiene un comportamiento adecuado que hace que esta salga de funcionamiento. Se puede llegar al estado límite de servicio cuando se presentan los siguientes problemas en el suelo o la fundación:

a) Asentamientos diferenciales y totales. Un asentamiento diferencial entre dos fundaciones continuas de una misma edificación puede producir ladeo de la estructura y podría llevarla a un posible volcamiento.

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El estado límite en este caso corresponde a sacar la estructura de funcionamiento por el hecho de presentarse una rotación que produce sensación de inseguridad en los ocupantes sin tener que haber llegado a la pérdida total del equilibrio.

b) Desplazamientos o levantamientos excesivos causados por suelos expansivos. c) Daños locales o generales causados por fenómenos de erosión interna, lixiviación o dispersión. d) Vibraciones excesivas causadas por estructuras o cargas móviles (motores o maquinas), que afecten el confort de los ocupantes.

Estados límites de resistencia: Está asociado a la falla física (rompimiento o fractura) de los componentes de la fundación o de cualquier parte de la estructura por un mal comportamiento del sistema suelo-fundación. Se puede llegar al estado límite de falla por resistencia cuando se presenta alguno de los siguientes problemas: a) Falla del suelo por exceder su capacidad portante. b) Disminución del equilibrio por inestabilidad del terreno. c) Amplificación y o modificación de las ondas sísmicas que viajan por el suelo produciendo falla de la estructura al entrar en resonancia con ella. d) Falla de la estructura por el cambio de las propiedades del suelo al presentarse el fenómeno de licuefacción durante un sismo. e) Falla de la estructura de la fundación como tal. f) Falla de la estructura por falta de amarres que den integridad estructural.

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CONCLUSION Los suelos constituyen una fuente inagotable de información de estudio e investigación para diversas ciencias. Para la ingeniería civil, el suelo es la base en la cual se cimientan las edificaciones es por ello que el estudio de este es de suma importancia para esta rama de la ingeniería.

Dependiendo del tipo de suelo y del comportamiento del mismo, es que se tomaran las medidas y se aplicaran los métodos necesarios para la construcción de los cimientos de una edificación. Es por ello que es necesario realizar previo al inicio de la construcción de la edificación, las correspondientes pruebas y ensayos, al suelo en el cual se realizara la obra.

Seguido del suelo en la construcción de una edificación pasa a ser prioridad las fundaciones o cimientos, las cuales son la parte de la estructura que está en contacto con el suelo o la roca y que tienen como función, soportar las cargas de la estructura al suelo y brindar un sistema de apoyo estable.

Según sea el tipo de suelo se elegirá el tipo de fundación a usar para la edificación, si el subsuelo poses una adecuada capacidad de carga y una baja comprensibilidad, se optara por fundaciones superficiales como las zapatas, pero si el suelo presenta condiciones adversas a la antes mencionadas se optará por fundaciones profundas como pilotes.

A la hora de diseñar una fundación es indispensable tener en cuenta factores como: el tipo de terreno, los asentamientos que se puedan producir, el tipo de carga de la construcción entre otros. Todos estos factores

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determinaran la carga admisible en donde también debe ser tomado en cuenta la capacidad de carga del terreno.

Según lo estudiado una fundación puede fallar de dos formas, de forma física en la cual se ve comprometida la integridad de la estructura ya sea por grieta o rupturas en la misma y la otra forma de falle sería la de servicio, que ocurre cuando la fundación no actúa de forma adecuada ya sea por desplazamientos

o

levantamientos

expansivos, entre otros factores.

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excesivos

causados

por

suelos

BIBLIOGRAFÍA https://www.monografias.com/trabajos33/suelos/suelos.shtml

https://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_portante

https://es.pdfcoke.com/document/72571366/CAPACIDAD-PORTANTE-DESUELOS

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https://es.pdfcoke.com/document/235952378/Ensayos-Para-Calcular-LaCapacidad-Portante-Del-Suelo

http://teoriadeconstruccion.net/blog/cimentaciones-profundas-definicion/

https://es.slideshare.net/mariaedurans/temas-5-y-6-capacidad-de-carga-delsuelo-consolidacin-y-esfuerzo-cortante

https://es.pdfcoke.com/doc/60592696/FUNDACIONES

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/canales_g_aa/capitulo3. pdf

Suelos, Fundaciones y Muros. Copyright.1993. M.G. Fratelli.

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